一种焊接夹具的制作方法

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种可快速拆装的防止阴极钢棒焊接变形的焊接定夹具。

背景技术：

大型钢结构由于其成本低、性能优良，因此被广泛应用于建筑，桥梁，电解等各行业。我国是全球最大的电解铝生产国，铝电解槽的电解回路中采用了大量的大型钢结构。阳极钢爪和阴极钢棒等作为电解回路的一部分，属于易耗品，需要定期修补和更换。它们在电解回路中的连接处通常需要通过焊接接入回路中，而且其焊接质量至关重要。焊缝处电阻一致性可以保证电解回路均衡，否则会出现横向电流，焊缝处电阻的绝对值对于节能减排非常重要，因为接头处的损耗都是无效的。无论是采用任何焊接工艺，焊接变形都是不可避免的，由此可见在实际生产中无论采用人工焊接还是机器自动焊接，一个可以多次循环利用，方便拆卸安装，并有效防止焊接变形尤其是角变形的刚性固定工装夹具是非常有必要。以350kA的铝电解系列为例，一个系列由144个铝电解槽组成，每个电解槽需要60根阴极钢棒。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种焊接夹具，可快速拆装且能够防止阴极钢棒焊接变形。

根据本发明一方面，提供了一种焊接夹具，包括：夹具基架、夹具楔子、防变形板和焊接衬垫架；

所述夹具基架用于确定阴极钢棒和铝钢爆炸焊板的相对位置；包括：基准架、刚性增强板、钩状座、焊把架、防变形板座和衬垫座；

所述基准架用于夹持阴极钢棒，所述刚性增强板固定在所述基准架背面，以与所述基准架配合定位所述阴极钢棒；

所述钩状座固定在所述基准架两侧；所述钩状座外侧固定有焊把架，所述焊把架用于焊接电源地线；所述钩状座斜下方固定有防变形板座，用于放置防变形板；所述钩状座底部安装有衬垫座，用于放置焊接衬垫架；

所述夹具楔子包括第一U形架和楔块，所述第一U形架用于固定铝钢爆炸焊板，所述楔块固定在所述第一U形架两侧，且直接插入所述夹具基架的所述钩状座；

所述防变形板用于固定安装在所述基准架两侧的钩状座上，防止所述夹具基架和夹具楔子向外胀开；

所述焊接衬垫架固定在所述夹具基架的衬垫座上，用于放置焊接垫板，以防止焊接粘连。

其中，所述基准架包括U型板和两个分部固定在所述U型架两侧的角架；所述U型板与所述角架形成两个第二U形架，所述两个第二U形架分别用于固定两个阴极钢棒。

其中，所述阴极钢棒通过定位螺栓固定在所述第二U形架中，且所述阴极钢棒与所述第二U形架内侧之间具有间隙。

其中，所述防变形板为葫芦板，其两端具有葫芦形状的孔。

其中，所述焊接衬垫架包括U形连接件、支撑杆和锯齿衬垫；所述焊接垫板放置在所述锯齿衬垫上方，作为焊缝的底部。

其中，所述焊接衬垫架采用不锈钢材料。

其中，所述锯齿衬垫上与所述焊接垫板的接触面为锯齿状。。

本发明提出的焊接夹具，以夹具基架为核心，该夹具由夹具楔子，防变形板和焊接衬垫架组成。该夹具可以适应同一系列电解槽不同工位的焊接定位，有效防止焊接变形，可快速拆装，循环利用。

附图说明

图1是传统铝电解槽的电解回路中阴极钢棒和爆炸焊钢板示意图。

图2是传统铝电解槽的电解回路中阴极钢棒尺寸图。

图3是传统铝电解槽的电解回路中爆炸焊钢板尺寸图。

图4是传统铝电解槽的电解回路中阴极钢棒和爆炸焊钢板装配体尺寸图。

图5是本发明一实施例中焊接夹具的总体结构示意图。

图6是本发明一实施例中夹具基架的结构示意图。

图7是本发明一实施例中夹具楔子的结构示意图。

图8是本发明一实施例中防变形板的结构示意图。

图9是本发明一实施例中焊接衬垫架的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明针对如图1所示的阴极钢棒和爆炸焊钢板之间进行焊接时的变形问题，设计了一种刚性固定夹具。如图2所示是阴极钢棒的尺寸图。其中，所述阴极钢棒的长度为2000mm，高度为220mm左右，厚度为80mm；如图3所示是爆炸焊钢板的尺寸图，所述爆炸焊钢板的长度为300mm，高度为220mm，所述爆炸焊钢板由铝板和钢板焊接而成，钢板和铝板之间有钢铝爆炸焊缝，其中铝板厚度为12mm，钢板厚度为40mm。图4是阴极钢棒和爆炸焊钢板装配体尺寸图，两个阴极钢棒平行放置，中心线相距207mm，爆炸焊钢板距离阴极钢棒端面的距离20mm。上述仅用于举例说明，本发明不限于上述尺寸及结构，实际尺寸及结构需根据实际情况而定。

如图5所示，本发明提出了一种焊接夹具。所述焊接夹具包括：夹具基架1，夹具楔子2，防变形板3和焊接衬垫架4。

所述夹具基架1是整个焊接夹具的基准，用于确定爆炸焊钢板和阴极钢棒的相对位置。如图6所示，所述夹具基架1是一个轴对称的焊接结构，包括：基准架5，刚性增强板6，钩状座7，焊把架8，防变形板座9和衬垫座10。

所述基准架5和刚性增强板6是所述夹具基架1的主体部分。所述基准架是一个U型板和两个角架焊接而成的整体。U型板的两侧分别与两个角架形成两个U形架，两个阴极钢棒置于所述U形架中，且由4个定位螺栓从所述U形架的两侧夹紧，以保证焊接过程中基准稳定，位置不发生变化。而由于基准架5结构不稳定，刚性差，因此在其背面焊接有刚性增强架6，可防止机械变形和焊接热变形。基准架5和阴极钢棒之间的配合要留有足够的间隙，基准架5的U形架内侧到阴极钢棒面的距离大于5mm，可以容许阴极钢棒安装和后期变形的位置偏差。

此外，基准架5的两个U形架最外侧下端分别焊接有一个钩状座7，用于放置夹具楔子2，钩状座7外形类似于钩子，结构紧凑小巧，但是刚度足够防止焊接角变形。

两个所述钩状座7的最外侧对称焊接有焊把架8，用于夹持焊接电源地线。钩状座7及其上焊接的焊把架8在两边呈对称关系，其对称的结构可以防止电弧偏吹，提高焊接质量。

钩状座7斜下方焊接有防变形板座9，用于放置防变形板3。

钩状座7底部安装有衬垫座10，用于放置焊接衬垫架4。

综上所述，夹具基架是整个夹具的核心部件。作为焊接件，各个焊接处要求满焊，保证足够强度，注意焊接顺序和位置，并保证焊接不得变形。

夹具楔子2也是一个焊接件，通过定位螺栓将其与铝钢爆炸焊板固定在一起，插入夹具基架中防止焊接角变形。它的结构如图7所示，主要由U形架12和楔块13焊接而成。U形架12两侧各有两个定位螺栓确定和铝钢爆炸焊板的位置。U形架两侧焊接楔块13，直接插入夹具基架的钩状座7的正上方，两者之间留有0.1～0.2mm间隙，防止U形架12在焊接过程中向两侧胀开，使其对钢板的压力减少，导致发生铝钢爆炸焊板整体向阴极钢棒侧的角变形。此外还要保证焊接结束后拆卸。

防变形板3如图8所示，其结构比较简单，就是在一块钢板上打两个相交的尺寸不一样的孔，形状类似葫芦，因此也称为防变形板。其尺寸根据夹具基架的防变形板座的尺寸，大孔的尺寸保证可以将防变形板座9上的板子套进去，然后将防变形板3向下移动，依靠小孔的紧密配合，可以从机械进一步防止焊接过程中，夹具基架和夹具楔子向外侧胀开，保证压力足够，确保摩擦力可以防止焊接角变形。

焊接衬垫架4如图9所示，为了避免其与焊接钢棒，铝钢爆炸焊板焊接到一起，导致夹具取不下来，整个焊接衬垫架除了焊接垫板，其余都采用不锈钢材质。焊接衬垫架4包括U形连接件14，支撑杆15，锯齿衬垫16，其中焊接垫板17直接放置在锯齿衬垫16上方，作为焊缝的底部，所述锯齿衬垫上与所述焊接垫板的接触面为锯齿状。所述支撑杆用于支撑焊接垫板17；所述U形连接件用于连接两个焊接垫板17。整个焊接衬垫架4放置在夹具基架的衬垫座上。

铝电解大修时，将新的阴极钢棒安装在铝电解槽工位上，保证二者基本平行，位置误差不超过1mm。

(1)将夹具基架架在阴极钢棒正上方，通过定位螺栓进行固定。(2)夹具楔子和铝钢爆炸焊板通过定位螺栓定位，并插入夹具基架的钩状座中。(3)将防变形板扣在夹具基架的钩状座斜下方的防变形板座上。(4)将焊接衬垫架安装在夹具基架的衬垫座上。

安装完成时，确认夹具和焊枪不发生干涉，并在夹具表面涂一层煤油，防止焊接过程中发生粘连。

焊接完成后，待工件冷却下来，按照与安装过程相反的顺序进行拆卸。(1)首先将焊接衬垫架取出。(2)将防变形板从防变形板座取下。(3)松开夹具楔子的4个定位螺栓，将夹具楔子取下，焊接完成时，铝钢爆炸焊板已经和阴极钢棒焊接为一体。(4)松开夹具基架的8个定位螺栓，将夹具基架从上方取出。

综上所述，所发明的焊接夹具可以实现快速安装和拆卸，并有效防止焊接变形。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。