一种用于高压容器壳体侧壁孔法兰焊接装配装置的制作方法

本发明涉及一种焊接装配装置领域，具体是一种手工焊接或自动焊机焊接薄壁高压容器壳体侧壁孔法兰的装配装置。

背景技术：

压力容器、航空、航天行业使用的需要承载内压的金属材料薄壁高压容器，有些需要在容器壳体侧壁的同一圆周截面上设置不少于两个的监测、调整内部压力孔。为保证高压容器结构强度和密封要求，开孔处需要焊接法兰。当容器壳体侧壁开孔后整体刚性变差，需要通过外顶或内撑方式，恢复容器壳体原有形状精度要求；容器壳体侧壁孔焊缝为相贯线形状，焊缝定位、焊接过程热变形大，焊缝缺陷多，焊缝力学性能差，承压能力降低，需要通过控制焊缝错边量、焊缝形貌，保证焊缝力学性能。

在容器外部使用焊接装配定位装置，会产生焊接干涉，目前多采用在容器内部使用焊接装配定位装置，可以将容器壳体整体撑圆并控制焊缝质量。但从内部安装焊接装配装置，装置结构会受容器两端开口直径限制。当容器两端开口直径在容器壳体内径的三分之二以下时，整体结构焊接装配装置则基本无法使用。采用分体式结构在容积壳体内部组装的焊接装配装置，受到容器壳体侧壁开孔数量、壳体直径限制，装配装置一般结构复杂，安装时间长，实现焊缝一次完成装配、定位、焊接难度大。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的装配装置一般结构复杂，安装时间长，实现焊缝一次完成装配、定位、焊接难度大的不足，本发明提出了一种用于高压容器壳体侧壁孔法兰焊接装配装置。

本发明包括螺杆、锥形压盘、支撑体、定位盘、双头螺柱、顶盘、定形盘。其中：顶盘位于所述锥形压盘小直径端的端面处，通过螺杆将二者固连。多个支撑体均布在锥形压盘的圆周表面上，并通过顶盘定位。多个定形盘分别安装在各支撑体的端面上。

顶盘位于所述锥形压盘小直径端的端面处，通过螺杆将二者固连。多个支撑体均布在锥形压盘的圆周表面上，并通过顶盘定位。多个定形盘分别安装在各支撑体的端头处。

使用时，调整多个支撑体沿径向移动，通过安装在各支撑体端面的定形盘将工件壳体撑圆达到形状精度要求后，依次拆除各定形盘，并更换为定位盘；通过球面带肩螺母对所述定位盘施加拧紧力，以调整法兰工件与容器壳体侧壁开孔处的错边量。

所述锥形压盘外表面分为等径段和锥段，并且该锥形压盘的轴向长度略大于支撑体的轴向长度。所述等径段的外径小于工件开口；所述锥段的半锥角为20°，轴向长度与支撑体的轴向长度相同。

所述支撑体由相互垂直的支撑杆和安装板组成，外形呈“t”形。所述支撑杆位于安装板的中心；该支撑杆的端面为锥形压盘锥段配合的弧面，并且该弧面的锥度与所述锥段的锥度相同。所述安装板与支撑杆连接的表面为平面，另一个表面为与高压容器壳体内表面配合的圆弧面；所述安装板表面圆弧的方向与高压容器壳体的圆周方向一致。在所述安装板圆弧面的边缘有环形槽，通过该环形槽避开工件的焊缝。

定位盘为圆形。在该定位盘下表面外缘处有与工件配合的止口。该定位盘的中心有弧形凹槽。在该弧形槽的中心有双头螺柱的装配孔。该定位盘的圆周表面有径向延伸的开口槽，该开口槽与所述装配孔连通。

所述定形盘的直径大于工件开孔的直径。该定形盘的中心有弧形凹槽，用于螺母的定位配合，以增加该球面带肩螺母与定形盘的接触面。在该定形盘中心有双头螺柱的装配孔。该定位盘的圆周表面有径向延伸的开口槽，该开口槽与所述装配孔连通。在该定位盘的圆周表面有两个u形的观察开口。所述定形盘的一个盘表面为与工件的外表面配合的圆弧面。

所述顶盘的外径小于工件开口的直径。该顶盘的一个表面中心有凹槽，该凹槽的直径大于所述锥形压盘上等径段的外径。

本发明适用于容器端面开口直径小于容器壳体，内径在50mm以上、容器壳体壁厚在4mm以下、容器壳体承载内部压强不小于10mpa的高压容器壳体。该高压容器壳体侧壁上同一截面开孔且开孔数量不少于1个，焊接法兰的焊缝抗拉强度不小于1450mpa。本发明能够多件法兰同时装配、定位、焊接，有效控制了容器壳体形状精度和焊缝成形质量，方便施焊、周转的焊接装配装置。本发明用于承载内压的金属材料薄壁高压容器，且容器端部小开口，容器壳体侧壁多处开孔焊接法兰且开孔角度不限，能够满足装配精度和控制焊缝质量的需要。

本发明采用的分体式结构，满足端面小开口容器壳体的焊接装配装置安装使用需求；采用的多个活动支撑体结构，不受容器壳体在同一截面上开孔之间角度位置的限制；通过安装不同数量的支撑体，可调整容器壳体焊接时的形状精度，不受容器壳体开孔后变形量影响；通过更换支撑体，可适用于不同直径系列的容器壳体；分体式结构拆装方便，多件法兰可一次完成装配、定位、焊接，不会产生焊接干涉，可满足手工焊接或自动焊机焊接的需要，适合多工位连续生产。

本发明通过在薄壁容器内部设置均布支撑结构，提高了薄壁容器壳体开孔状态下的整体刚性。通过锥体结构将轴向拧紧力转化为径向胀紧力，能够提高容器壳体形状精度和消除焊缝焊接热变形影响的效果。在容器壳体侧壁孔焊缝处增加支撑装置，可以提高焊缝内表面成形质量，减少焊缝内表面清理打磨工作量。采用快换压紧装置，可以一次完成所有法兰的装配、定位、焊接。焊接装置装配夹紧后，形成刚性联接结构，可随容器移动周转，不受装配、焊接工位位置限制，便于组织生产。

附图说明

图1a是本发明的全剖图，图1b是图1a的左视图。

图2a是锥形压盘的结构示意图，图2b是图2a的左视图。

图3a是支撑体的结构示意图，图3b是图3a的左视图。

图4a是定位盘的结构示意图，图4b是图4a的俯视图。

图5a是顶盘的结构示意图，图5b是图5a的左视图。

图6a是定形盘的结构示意图，图6b是图6a的附视图。

图7a是本发明与工件的配合示意图，图7b是图7a中的a-a向视图。

图中：

1.螺杆；2.锥形压盘；3.支撑体；4.定位盘；5.双头螺柱；6.球面带肩螺母；7.顶盘；8.螺母；9.定形盘；10.工件。

具体实施例

本实施例是一种用于高压容器壳体侧壁孔法兰焊接装配装置，具体是在小开口薄壁高压容器壳体侧壁开孔6处焊接法兰。

本实施例包括螺杆1、锥形压盘2、支撑体3、定位盘4、双头螺柱5、球面带肩螺母6、顶盘7、六角法兰面螺母8、定形盘9。其中：

顶盘7位于所述锥形压盘2小直径端的端面处，通过螺杆1将二者固连并通过螺母8固紧。多个支撑体3均布在锥形压盘2的圆周表面上，并通过顶盘7定位。多个定形盘9分别位于各支撑体3的端头处，并通过双头螺柱5与各支撑体连接。

所述锥形压盘2为45钢材料制成的回转体。锥形压盘2外表面包括等径段和锥段，并且该锥形压盘的轴向长度略大于支撑体3的轴向长度。所述等径段的外径比工件开口小80～100mm；所述锥段的半锥角为8°～22°，轴向长度与支撑体3的轴向长度相同。本实施例中，锥形压盘2等径段的直径φ＝166mm，轴向长度为5mm；锥段半锥角为20°，轴向长度为25mm。在该锥形压盘2中心孔的孔径为φ23mm。锥形压盘2端面上设有减重槽、均布减重孔，减重槽最大直径φ140mm、最小直径φ40mm，深度22mm；减重孔6个，直径φ28mm。

所述支撑体3采用铝合金制成，由相互垂直的支撑杆和安装板组成，使该支撑体外形呈“t”形，在该支撑体的上表面中心有双头螺柱5的安装孔，并且该安装孔的深度为所述双头螺柱5直径的2.5～3倍。所述支撑杆位于安装板的中心；该支撑杆的端面为锥形压盘2锥段配合的弧面，并且该弧面的锥度与所述锥段的锥度相同。

矩形体宽度按锥形压盘2圆锥面宽度加5～10mm选取，长度按宽度的1.2～2倍选取，高度按工件10筒体内径与锥形压盘2圆锥段直径差1/2再减去支撑体3支撑面厚度选取。

所述安装板为圆形板，其直径为工件10径向开孔的直径+20～25mm，厚度为该工件筒体径向开孔的高度差+10～15mm。所述安装板与支撑杆连接的表面为平面，另一个表面为与高压容器壳体的筒体内表面贴合的圆弧面。所述安装板表面圆弧的方向与高压容器壳体的圆周方向一致，并且该圆弧面的曲率与高压容器壳体内表面的曲率相同。在所述安装板圆弧面的边缘有环形槽，通过该环形槽避开工件的焊缝。该环形槽的深度为5～10mm，外径为高压容器壳体上开孔直径+10～12mm，内径为高压容器壳体上开孔直径－20～40mm。

本实施例中，支撑体3中的安装板的外径φ＝180mm，最大厚度为28mm。最大外圆与工件10筒体内壁贴合，圆弧面上有环形的焊接空间槽，最大直径φ170mm，最小直径φ120mm，深度10mm。圆弧面回转中心有螺纹孔，该螺纹孔贯通至支撑体安装板平面的支撑杆上端，用于安装gb/t900双头螺柱5。所述支撑杆的横截面为矩形，外形尺寸为30mm×40mm，长度为108mm。

定位盘4为圆形。在该定位盘下表面外缘处有与工件配合的止口。该定位盘的中心有弧形凹槽，用于jb/t8004.2球面带肩螺母6的定位配合，以增加该球面带肩螺母与定位盘的接触面。在该弧形槽的中心有双头螺柱5的装配孔。该定位盘的圆周表面有径向延伸的开口槽，该开口槽与所述装配孔连通。

本实施例中，所述定位盘4为2a12材料。定位盘4外圆为阶梯状，较小的一个直径φ70mm、宽度5mm的外圆，与工件10焊接法兰基准孔间隙配合；最大外圆直径φ85mm。定位盘4回转中心有gb/t900双头螺柱5装配孔，孔直径φ18mm。所述弧形凹槽的半径r25mm，凹槽深度4mm；定位盘4设有一个快速装卸开口槽，槽宽18mm。

所述定形盘9的直径大于工件开孔的直径。该定形盘的中心有弧形凹槽，用于jb/t8004.2球面带肩螺母6的定位配合，以增加该球面带肩螺母与定形盘的接触面。在该定形盘中心有双头螺柱5的装配孔。该定位盘的圆周表面有径向延伸的开口槽，该开口槽与所述装配孔连通。在该定位盘的圆周表面有两个u形的观察开口。所述定形盘9的一个表面为与工件的外表面配合的圆弧面。

本实施例中，定形盘9为2a12材料。定形盘9外圆直径φ180mm，厚度12mm；定形盘9凹面与工件10筒体外表面配合。定形盘9回转中心有gb/t900双头螺柱5装配孔，孔直径φ18mm，口端设有安装jb/t8004.2球面带肩螺母6的球形定位凹槽，凹槽半径r25mm，凹槽深度4mm；定形盘9设有一个快速装卸开口槽，槽宽18mm。

所述顶盘7的外径小于工件开口的直径。该顶盘7的一个表面中心有凹槽，该凹槽的直径大于所述锥形压盘2上等径段的外径。在该顶盘上开有多个减轻孔。

本实施例中，顶盘7为45钢材料。顶盘7回转中心设有螺杆1安装孔，孔直径φ23mm；顶盘7端面有避让锥形压盘2的凹槽，该凹槽的直径φ160mm，深度为5mm；顶盘7端面设有6个减重孔，该减轻孔的直径φ＝45mm。

使用时，依次先在支撑体3安装板的螺纹孔中安装双头螺柱5、球面带肩螺母6，将定形盘9安装在容器壳体侧壁开孔处。调整支撑体3的支撑杆下端锥面在同一方向，拧紧球面带肩螺母6。安装锥形压盘2中心孔安装螺杆1，与顶盘7安装在支撑体两侧，保证锥形压盘2锥段与支撑体3锥面接触，在螺杆1螺纹杆上安装六角法兰面螺母8并施加拧紧力，调整多个支撑体3沿径向移动，直至容器壳体撑圆恢复原有形状精度。依次松开支撑体3上的球面带肩螺母6，拆除定形盘9，安装法兰工件和定位盘4，通过球面带肩螺母6施加拧紧力，调整法兰工件与容器壳体侧壁开孔处的错边量达到焊接要求。