锥形方管焊接工装及其焊接方法
【专利摘要】本发明揭示了一种锥形方管焊接工装，用于焊接成型锥形方管，包括用于放置待焊接管的工装底板、用于压紧待焊接管的压紧组件、用于固定待焊接管位置的定位挡块、穿设于待焊接管内的衬垫。本发明的有益效果主要体现在：能很方便地焊接锥形或异型方管，且焊接效果好，焊缝成型良好，不致于发生焊穿或反面氧化的情况。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锥形方管焊接工装及其焊接方法。 锥形方管焊接工装及其焊接方法
【背景技术】
[0002] 方管具有轴对称性，能较好的承受弯、扭变形，同时又节约钢材，因此广泛应用在 结构件领域，而不锈钢方管较普通方管具有更好的耐腐蚀能力，耐磁化能力，因此在电力传 动领域受到更多关注。例如，在受电弓产品的上、下臂装置连接管，是升降弓传动系统的重 要部件，这种管一般呈锥形状。即方管的一端口径大于另一端口径，整体截面呈现锥形过 渡。
[0003] 对于锥形状的不锈钢焊接，变形量较大，尤其是贯穿整根方管的纵缝焊接，会使不 锈钢方管的外形及尺寸产生极大的变化；同时，由于产品使用工况的要求，还必须保证一米 多长的纵缝全焊透，不能有焊穿或反面氧化等缺陷，造成了焊接难度极大，普通焊接方法根 本无法实现。但因为该方管具有锥度，所以又很难使用精拔工艺进行生产。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的解决上述技术问题，提出一种锥形方管焊接工装及其焊接方法。
[0005] 本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现： 锥形方管焊接工装，用于焊接成型锥形方管，包括 工装底板，用于放置待焊接管； 压紧组件，连接于工装底板上，用于压紧待焊接管，所述压紧组件设置于焊缝的两侧， 所述压紧组件的底面与待焊接管的上表面紧贴； 定位挡块，固定于工装底板，用于固定待焊接管位置，所述定位挡块设置有复数对，每 对所述定位挡块分别设置于待焊接管的两侧，所述定位挡块的内侧表面与待焊接管外侧表 面紧贴； 衬垫，穿设于待焊接管内； 所述锥形方管为一端口径向另一端口径锥形过渡的方管。
[0006] 优选地，所述压紧组件包括支架及设置于所述支架上的压块，所述支架焊接设于 工装底板上，所述压块上开设有腰形孔，所述腰形孔内穿有与工装底板连接的螺栓用以调 节压块松紧。
[0007] 优选地，所述压紧组件包括支架及设置于所述支架上的压块，所述支架焊接设于 工装底板上，所述压块上开设有腰形孔，所述腰形孔内设有螺栓，所述螺栓穿出工装底板与 设置在底板下的长螺杆啮合，所述长螺杆设置于螺栓的一侧，长螺杆转动带动螺栓转动从 而带动压块沿垂直于工装底板方向上下运动； 所述螺栓的螺纹线与螺栓中轴线平行，所述长螺杆的一侧为平面，为了便于装配，长 螺杆平面的一侧朝向螺栓，转动时，长螺杆与螺栓啮合。
[0008] 优选地，所述压紧组件包括固定于所述工装底板上的气缸，及由所述气缸驱动并 用于压紧待焊接管的条形压板，所述气缸的气缸轴运动带动所述条形压板沿垂直于所述工 装底板的方向上下运动。
[0009] 优选地，所述定位挡块焊接固定或螺纹固定于工装底板上，并均布于待焊接管长 度方向。
[0010] 优选地，所述工装底板上开设有T形滑动槽，所述定位挡块底部截面呈T形，并在 滑动槽内滑动。
[0011] 优选地，所述工装底板的滑动槽上开设有腰形孔，所述定位挡块上开设有通孔，所 述通孔内设置有螺栓，所述螺栓穿过腰形孔固定连接所述定位挡块与所述工装底板。
[0012] 优选地，所述工装底板的滑动槽上开设有腰形孔，所述定位挡块上开设有通孔，所 述通孔内设置有螺栓，所述螺栓穿过腰形孔与设置在工装底板下的长螺杆啮合，所述长螺 杆轴向贯穿工装底板，所述螺栓的螺纹与螺栓的中轴线平行，所述长螺杆的一侧为平面，且 所述平面与螺栓相对，所述长螺杆转动带动螺栓转动，从而带动定位挡块沿垂直于工装底 板的方向上下运动。
[0013] 优选地，所述焊接工装还包括用于卡紧衬垫用卡紧块，所述衬垫为水冷衬垫。
[0014] 优选地，所述卡紧块为楔形块。
[0015] -种锥形方管的焊接方法，包括如下步骤： 步骤一、定位步骤，根据待焊接的方管的形状、尺寸及轮廓将定位挡块置于所需的相应 位置，通过螺纹或焊接的方式将定位挡块固定于工装底板上，所述锥形方管为一端向另一 端锥形过渡的方管了，由待焊接合成的两个梯形半管合成，所述待焊接方管为待焊接合成 的两个梯形半管，保证焊接过程中，焊枪始终对准焊缝中心，并且在零件去除约束前不发生 变形； 步骤二、固定步骤，将两块梯形半管置于工装底板上，并通过压紧组件压紧，所述的压 紧方法包括两种，可任选其一进行压紧， a、 压紧方法一： al，将若干对压块置于梯形半管上表面，进行初步的抵压； a2,通过依次拧紧压块内的螺栓将压块锁定或可以通过底部与其啮合的长螺杆进行统 一紧固，确保梯形半管沿垂直于工装底板的方向完全固定而不移动； b、 压紧方法二： bl，启动设置于工装底板两侧的气缸，气缸轴带动条形压板向工装底板方向运动，从而 压紧梯形半管； 步骤三、衬垫放置步骤，将衬垫插入梯形管内部； 步骤四、衬垫固定步骤，通过卡紧块在衬垫底部卡紧，使得衬垫与待焊接管之间进行固 定，同时调整衬垫的成型槽,使其对准焊缝中心； 步骤五、水冷焊接步骤，打开水泵在衬垫内通水，然后进行通电焊接，保证方管全焊透， 通过衬垫的辅助成型，使焊缝成型良好，不致发生焊穿或反面氧化的情况； 步骤六、反面焊接步骤，待一面焊接完成后，去除压紧组件及定位挡块的约束，按上述 步骤一至五进行另一面的焊接； 步骤七、下料步骤，待两面的焊接完成并冷却后，卸下焊接好的方管，完成整个焊接过 程。
[0016] 本发明的有益效果主要体现在：能很方便地焊接锥形或异型方管，定位、固定、冷 却方式独树一格且焊接效果好，焊缝成型良好，不致于发生焊穿或反面氧化的情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1 :本发明的实施例一结构示意图。
[0018] 图2 :本发明的实施例二的结构示意图。
[0019] 图3 :本发明长螺杆的结构示意图，此时示意长螺杆具有平面的一侧。
[0020] 图4 :本发明长螺杆的结构示意图，此时示意长螺杆螺纹侧。
[0021] 图5 :本发明长螺杆的侧面结构示意图。
[0022] 图6 :本发明实施例二中工装底板的结构示意图。
[0023] 图7:图6的主视图。
[0024] 图8 :本发明实施例二中的定位挡块剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 本发明揭示了锥形方管焊接工装，用于焊接成型锥形方管，包括用于放置待焊接管的 工装底板、用于压紧待焊接管的压紧组件、用于固定待焊接管位置的定位挡块、穿设于待焊 接管内的衬垫。
[0026] 所述压紧组件设置于焊缝的两侧，并于待焊接管的上方压紧；所述定位挡块设置 有复数对，每对所述定位挡块分别设置于待焊接管的两侧，与待焊接管的外侧抵接，即所述 定位挡块的内侧表面与待焊接管外侧表面紧贴。所述锥形方管实则由两个梯形半管焊接而 成，锥形方管的一端口径向另一端口径锥形过渡的方管。相对的定位挡块之间的距离也随 着锥形方管口径的增大而增加。
[0027] 实施例一 如图1所示，所述压紧组件为包括支架及设置于支架上的压块2,所述支架均匀焊接设 于工装底板1上，每个支架上均设置有一个压块2。所述压块2上开设有腰形孔（图中未示 意)，所述腰形孔内穿有与工装底板1连接的螺栓21用以调节压块2松紧。所述的定位挡 块3通过焊接方式固定于工装底板1上。每对定位挡块3之间的距离可根据待焊接管的口 径大小进行适当的调节。衬垫为水冷衬垫5,由于水冷衬垫穿设于方管内位置无法固定，故 通过在水冷衬垫5下方采用斜楔形的卡紧块6进行抵接。使得水冷衬垫5的上表面贴紧方 管内壁，为了保持焊接时的稳定性及焊缝的良率，所述水冷衬垫5上设置有成型槽，在焊接 时要调整好使所述成型槽与方管的待焊接缝相对齐。
[0028] 焊接时，将待焊接方管即两个梯形管4置于工装底板1上，此时，由于定位挡块3 焊接于工装底板1上，故梯形半管需要置于相对的两块定位挡块3内。将水冷衬垫5穿设 于梯形管4内，通过焊机8进行焊接，由于焊接时温度较高，所以在焊接前先在水冷衬垫5 内保持通水，从而使焊缝成型良好，不致发生焊穿或反面氧化的情况。待一面方管焊接完成 并冷却后，去除压块2的刚性约束。再按上述方式进行方管反面的焊缝焊接。
[0029] 由于压块2数量较多，通过螺栓21进行单个调整拧紧时繁琐费时，故所述焊接工 装上还包括一设置在工装底板的长螺杆7,所述长螺杆7与螺栓21齿合。所述螺栓21的螺 纹与螺栓的中轴线平行。结合图3-图5所示，为了装配及螺栓21的顺序旋转，所述长螺杆 7的一侧进行切割，形成平面71，所述平面71于螺栓21正对，当需要调节时，通过旋转长螺 杆7即可带动螺栓21进行转动，从而调节压块2与工装底板1之间的距离。
[0030] 以上长螺杆7与螺栓21之间的传动与涡轮、蜗杆原理一致，螺栓与长螺杆垂直且 啮合，长螺杆转动时其上的螺纹72即可齿合螺栓上的螺纹带动螺栓进行转动。
[0031] 使用以上所述的锥形方管工装的焊接方法，包括如下步骤： 步骤一、固定待焊接管，将两块梯形半管4置于工装底板1上，将定位挡块抵3靠于梯 形半管的两侧，并固定于工装底板1上。定位挡块3的固定可以为焊接或螺纹固定。
[0032] 先固定定位挡块3是由于将定位挡块3固定后，再对后续的同一批次的梯形半管 4进行焊接时，可以在不需要松动定位挡块3的情况下进行放置待焊接管，同时也是为了能 更好的对待焊接管进行固定。然后，通过依次拧紧压块内的螺栓21将压块锁定或可以通过 底部与其啮合的长螺杆7进行统一紧固，确保梯形半管沿垂直于工装底板的方向完全固定 而不移动；保证焊接过程中，焊枪始终对准焊缝中心，并且在零件去除约束前不发生变形。
[0033] 步骤二、放置衬垫，将水冷衬垫插入梯形管内部。
[0034] 步骤三、固定衬垫位置，通过斜楔形的卡紧块6将衬垫底部进行卡紧，并调整衬垫 的成型槽，使其对准焊缝中心。
[0035] 步骤四、水冷焊接，打开水泵在衬垫内通水，然后焊机8进行通电焊接，保证方管 全焊透，通过水冷衬垫的辅助成型，使焊缝成型良好，不致发生焊穿或反面氧化的情况。
[0036] 步骤五、反面焊接，待一面焊完，并冷却后，去除压紧组件及定位挡块3的约束，再 按上述方式进行梯形半管4反面的焊缝焊接。
[0037] 步骤六、下料，待焊接完成后，冷却并进行下料。
[0038] 实施例二 如图2所示，所述压紧组件为整体的条形压板2,所述条形压板2通过固定于工装底板 1两端上的气缸9连接，所述气缸9的气缸轴运动带动条形压板2做松开压紧活动。气缸 9、工装底板1与条形压板2之间形成四边形，当气缸轴顶出时，条形压板2上升，即松开与 梯形半管4之间的连接。当气缸轴收回时，条形压板2下压，即可压紧梯形半管对梯形半管 4进行纵向固定。
[0039] 当然，所述气缸9也可以与条形压板2和工装底板1进行垂直的固定，同样可以达 到条形压板2对梯形半管4的整体一次性固定，方便、快捷。
[0040] 由于梯形半管4在横向上也会有位置的移动，故需要在横向上进行定位。本实施 例采用多对定位挡块3进行定位。所述定位挡块3螺纹固定于工装底板1上。鉴于力的大 小及焊接的稳定性考虑，锥形方管的细端较远，在锥形方管的略粗端则定位挡块3间距较 小。
[0041] 具体的，结合图6-图8所示，所述工装底板1上开设有T形滑动槽11，相应的，所 述定位挡块底部截面呈T形，可在滑动槽11内滑动。通过定位挡块3采用可移动的形式， 不仅能很好的保证定位挡块3能完全贴紧待焊接工件表面，增加刚性约束，降低焊接变形。 同时也能通过调节定位挡块3,定位不同型号的锥形管或其他异型方管，增加了工装的适用 范围。
[0042] 所述滑动槽上开设有腰形孔12,所述定位挡块3上开设有通孔31，所述通孔31内 设置有螺栓（图中未示意)，所述螺栓穿过腰形孔12固定连接所述定位挡块3与所述工装底 板1。为了方便一次性拧紧，所述工装底板1下方设置于螺栓啮合的长螺杆，通过转动长螺 杆带动螺栓进行定位挡块3的固定。所述的长螺杆与螺栓之间通过涡轮、蜗杆原理，此结构 原理与实施例一图1中通过长螺杆与螺栓21原理相同，定位挡块内所述螺栓的螺纹与螺栓 自身的中轴线平行。
[0043] 使用以上所述的锥形方管工装的焊接方法，包括如下步骤： 步骤一、固定待焊接管，将两块梯形半管4置于工装底板1上，将定位挡块抵3靠于梯 形半管的两侧，并固定于工装底板1上。定位挡块3的固定可以为焊接或螺纹固定。
[0044] 先固定定位挡块3是由于将定位挡块3固定后，再对后续的同一批次的梯形半管 4进行焊接时，可以在不需要松动定位挡块3的情况下进行放置待焊接管，同时也是为了能 更好的对待焊接管进行固定。然后，气缸9收回气缸轴，使得条形压板2压紧梯形半管4,使 得待焊接管在沿工装底板垂直方向不发生移动。保证焊接过程中，焊枪始终对准焊缝中心， 并且在零件去除约束前不发生变形。
[0045] 步骤二、放置衬垫，将水冷衬垫插入梯形管内部。
[0046] 步骤三、固定衬垫位置，通过斜楔形的卡紧块6将衬垫底部进行卡紧，并调整衬垫 的成型槽，使其对准焊缝中心。
[0047] 步骤四、水冷焊接，打开水泵在衬垫内通水，然后焊机8进行通电焊接，保证方管 全焊透，通过水冷衬垫的辅助成型，使焊缝成型良好，不致发生焊穿或反面氧化的情况。
[0048] 步骤五、反面焊接，待一面焊完，并冷却后，去除压紧组件及定位挡块3的约束，再 按上述方式进行梯形半管4反面的焊缝焊接。
[0049] 步骤六、下料，待焊接完成后，冷却并进行下料。
[0050] 本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方 案，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 锥形方管焊接工装，用于焊接成型锥形方管，其特征在于：包括 工装底板，用于放置待焊接管； 压紧组件，连接于工装底板上，用于压紧待焊接管，所述压紧组件设置于焊缝的两侧， 所述压紧组件的底面与待焊接管的上表面紧贴； 定位挡块，固定于工装底板，用于固定待焊接管位置，所述定位挡块设置有复数对，每 对所述定位挡块分别设置于待焊接管的两侧，所述定位挡块的内侧表面与待焊接管外侧表 面紧贴； 衬垫，穿设于待焊接管内； 所述锥形方管为一端口径向另一端口径锥形过渡的方管。
2. 如权利要求1所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述压紧组件包括支架及设 置于所述支架上的压块，所述支架焊接设于工装底板上，所述压块上开设有腰形孔，所述腰 形孔内穿有与工装底板连接的螺栓用以调节压块松紧。
3. 如权利要求1所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述压紧组件包括支架及设 置于所述支架上的压块，所述支架焊接设于工装底板上，所述压块上开设有腰形孔，所述腰 形孔内设有螺栓，所述螺栓穿出工装底板与设置在底板下的长螺杆啮合，所述长螺杆设置 于螺栓的一侧；所述螺栓的螺纹线与螺栓中轴线平行，所述长螺杆的一侧为平面，所述长螺 杆转动带动螺栓转动从而带动压块沿垂直于工装底板方向上下运动。
4. 如权利要求1所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述压紧组件包括固定于所 述工装底板上的气缸，及由所述气缸驱动并用于压紧待焊接管的条形压板，所述气缸的气 缸轴运动带动所述条形压板沿垂直于所述工装底板的方向上下运动。
5. 如权利要求1所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述定位挡块焊接固定或螺 纹固定于工装底板上，并均布于待焊接管长度方向。
6. 如权利要求5所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述工装底板上开设有T形 滑动槽，所述定位挡块底部截面呈T形，并在滑动槽内滑动。
7. 如权利要求5所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述工装底板的滑动槽上开 设有腰形孔，所述定位挡块上开设有通孔，所述通孔内设置有螺栓，所述螺栓穿过腰形孔固 定连接所述定位挡块与所述工装底板。
8. 如权利要求5所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述工装底板的滑动槽上开 设有腰形孔，所述定位挡块上开设有通孔，所述通孔内设置有螺栓，所述螺栓穿过腰形孔与 设置在工装底板下的长螺杆啮合，所述长螺杆轴向贯穿工装底板，所述螺栓的螺纹与螺栓 的中轴线平行，所述长螺杆的一侧为平面，且所述平面与螺栓相对，所述长螺杆转动带动螺 栓转动，从而带动定位挡块沿垂直于工装底板的方向上下运动。
9. 如权利要求1所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述焊接工装还包括用于卡 紧衬垫用卡紧块，所述衬垫为水冷衬垫。
10. 如权利要求9所述的锥形方管焊接工装，其特征在于：所述卡紧块为楔形块。
11. 一种锥形方管的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤一、定位步骤，根据待焊接的方管的形状、尺寸及轮廓将定位挡块置于所需的相应 位置，通过螺纹或焊接的方式将定位挡块固定于工装底板上，所述锥形方管为一端向另一 端锥形过渡的方管了，由待焊接合成的两个梯形半管合成，保证焊接过程中，焊枪始终对准 焊缝中心，并且在零件去除约束前不发生变形； 步骤二、固定步骤，将两块梯形半管置于工装底板上，并通过压紧组件压紧，所述的压 紧方法包括两种，可任选其一进行压紧， a、 压紧方法一： al，将若干对压块置于梯形半管上表面，进行初步的抵压； a2,通过依次拧紧压块内的螺栓将压块锁定或可以通过底部与其啮合的长螺杆进行统 一紧固，确保梯形半管沿垂直于工装底板的方向完全固定而不移动； b、 压紧方法二： bl，启动设置于工装底板两侧的气缸，气缸轴带动条形压板向工装底板方向运动，从而 压紧梯形半管； 步骤三、衬垫放置步骤，将衬垫插入梯形管内部； 步骤四、衬垫固定步骤，通过卡紧块在衬垫底部卡紧，使得衬垫与待焊接管之间进行固 定，同时调整衬垫的成型槽,使其对准焊缝中心； 步骤五、水冷焊接步骤，打开水泵在衬垫内通水，然后进行通电焊接，保证方管全焊 透； 步骤六、反面焊接步骤，待一面焊接完成后，去除压紧组件及定位挡块的约束，按上述 步骤一至五进行另一面的焊接； 步骤七、下料步骤，待两面的焊接完成并冷却后，卸下焊接好的方管，完成整个焊接过 程。
【文档编号】B23K37/04GK104057231SQ201410286096
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】刘诚桓, 陈善忠, 刘露露 申请人:南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司