焊接工装的制作方法

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种焊接工装。

背景技术：

船舶与海洋工程项目具有板幅大、结构复杂等特点。拼板及结构安装的焊接作业会产生大量的焊接残余应力并极易导致工件的上翘变形。焊接过程为金相变化且对工件产生热量输入的过程，由于比容的变化、温度梯度的存在及局部的拉伸或压缩，使得被焊工件在焊接完成后常产生焊接残余应力及焊接变形。残余应力的存在降低了部件承受载荷的能力且存在潜在的变形风险，严重影响项目建造的精度与质量，且一旦变形后续矫正需要投入大量的人力、物力，严重影响项目的建造进度。

传统技术中在拼板及骨材安装焊接的过程中主要有两种处理方式：第一种为工件边缘不增加任何约束，焊接过程板材自由缩放。该种方式有利于应力释放，但缺少对工件约束，容易造成工件变形。第二种为将工件边缘固定起来，以限制焊接过程中的收缩变形，该方式能够有效的控制变形，但却会使工件内产生大量的残余应力，增加后期工件变形风险并降低工件承受载荷的能力。

技术实现要素：

本发明的主要在于提供一种焊接工装，以克服传统焊接技术中无法同时进行应力释放和变形控制的难题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种焊接工装，包括：支撑座、至少两夹紧机构以及自由度限制组件；支撑座，其包括：座体以及固定连接或一体成型在所述座体底部的支撑座底板，所述座体的顶部具有支撑板，所述支撑板上设置有安装孔；夹紧机构分别卡装在所述支撑座底板的两侧，以将所述支撑座底板夹紧固定在焊接胎架上；自由度限制组件包括：自由度限制螺栓、防回弹螺母以及保护块，所述自由度限制螺栓垂直于所述支撑板而穿设在所述安装孔中，并可沿所述安装孔上下移动而调整位置；所述防回弹螺母与所述自由度限制螺栓螺纹配合，并在所述自由度限制螺栓调整到位后将所述自由度限制螺栓固定在所述支撑板上；所述保护块固定在所述自由度限制螺栓的下端，所述保护块的下表面平整，以通过所述保护块的下表面与焊接中的工件相接触而限制工件在竖直方向的自由度。

所述的焊接工装，其中，所述支撑板前端面向外超出所述支撑座底板的前端面而形成一凸台，用以安装所述自由度限制螺栓的安装孔设置在所述凸台位置。

所述的焊接工装，其中，所述支撑座底板的前端面与所述自由度限制螺栓的中心在水平方向的距离在30mm以上。

所述的焊接工装，其中，所述夹紧机构包括：卡夹以及螺纹紧固件，所述卡夹具有用以卡接所述支撑座底板和焊接胎架的卡槽，所述螺纹紧固件螺设在所述卡夹上并可通过旋转而调整所述螺纹紧固件端部伸入所述卡槽的深度，进而将所述支撑座底板和所述焊接胎架卡紧。

所述的焊接工装，其中，所述卡夹包括：相互平行的第一夹壁和第二夹壁，以及，连接在所述第一夹壁和所述第二夹壁之间的连接壁，所述卡槽形成在所述第一夹壁和所述第二夹壁之间，所述第一夹壁上设置有连通所述卡槽的螺纹孔，所述螺纹紧固件螺接在所述螺纹孔中。

所述的焊接工装，其中，所述座体还包括设置在所述支撑板相对两侧的两侧壁，所述两侧壁与所述支撑座底板相连。

所述的焊接工装，其中，所述支撑座底板焊接在所述座体的底部，且支撑座底板的两侧分别向外超出两侧壁而被所述夹紧机构夹紧。

所述的焊接工装，其中，所述支撑座底板与所述座体的两侧壁一体成型，并由所述座体的两侧壁底端分别以相互背离的方向向外水平延伸而形成。

所述的焊接工装，其中，所述两侧壁的前端面由上至下逐渐向后倾斜。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的焊接工装既可以保证工件在焊接过程中在水平方向上的缩放自由度，使水平方向上的应力得以释放，降低焊接残余应力水平，又可以限制工件的竖直方向自由度，对工件竖直方向形成刚性约束，控制工件边缘上翘变形，避免了后续的矫正作业。

附图说明

图1为本发明焊接工装第一实施例的轴测图。

图2为图1所示焊接工装焊接小工件时的工作状态轴测图。

图3为图1所示焊接工装焊接小工件时的工作状态的俯视图。

图4为多个图1所示焊接工装焊接大工件时的工作状态俯视图。

图5为本发明焊接工装第二实施例的轴测图。

附图标记说明如下：1、工件；2、焊接工装；22、支撑座；221、座体；2211、支撑板；2212、侧壁；2213、支撑板前端面；2414、卡槽；222、支撑座底板；2221、支撑座底板前端面；222a、支撑座底板；222b、支撑座底板；24、夹紧机构；241、卡夹；2411、第一夹壁；2412、第二夹壁；2413、连接壁；242、螺纹紧固件；26、自由度限制组件；261、自由度限制螺栓；262、防回弹螺母；263、保护块；3、焊接胎架。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

焊接工装第一实施例

参阅图1至图3，本实施例的焊接工装2包括：一支撑座22、两夹紧机构24和一自由度限制组件26。

支撑座22包括：座体221以及固定连接在座体221底部的支撑座底板222。

座体221包括：设置在顶部的支撑板2211和设置在支撑板2211相对两侧的两侧壁2212。支撑板2211上设置有安装孔，自由度限制组件26通过该安装孔安装在支撑板2211上。该安装孔既可为内壁带螺纹的螺纹孔，也可为内壁光滑的光孔。

焊接时，工件1安放在侧壁2212和支撑座底板222之前并位于自由度限制组件26的下方。为了防止侧壁2212干涉工件1安装，两侧壁2212的前端面由上至下逐渐向后倾斜，以为工件1提供安装避让空间，同时也使工件1焊接时在竖直方向具有适度的变形空间。

支撑座底板222位于座体221的底部并与座体221的两侧壁2212焊接相连。且支撑座底板222的两侧分别向外超出座体221的两侧壁2212而形成两条夹持边，以被夹紧机构24夹紧在T型或工字型焊接胎架3的面板上。为了方便夹持对位，支撑座底板222的宽度最好与焊接胎架3面板宽度大体相同。

两夹紧机构24分别卡装在支撑座底板222的两侧，将支撑座底板222夹紧固定在焊接胎架3上。

具体地，该夹紧机构24包括：卡夹241以及螺纹紧固件242。卡夹241具有用以卡接支撑座底板222和焊接胎架3的卡槽2414，螺纹紧固件242螺设在卡夹241上并可通过旋转而调整螺纹紧固件242端部伸入卡槽2414的深度，进而将支撑座底板222和焊接胎架3卡紧在卡槽2414中。

卡夹241包括：相互平行的第一夹壁2411和第二夹壁2412，以及，连接在第一夹壁2411和第二夹壁2412之间的连接壁2413。卡槽2414形成在第一夹壁2411和第二夹壁2412之间，第一夹壁2411上设置有连通卡槽2414的螺纹孔，螺纹紧固件242螺接在螺纹孔中。

螺纹紧固件242可为螺栓、螺柱、螺钉或其他带有柱状结构表面设置螺纹的紧固结构。

自由度限制组件26包括：自由度限制螺栓261、防回弹螺母262以及保护块263。

自由度限制螺栓261垂直于支撑板2211而穿设在支撑板2211的安装孔中，并可在安装孔内转动而沿安装孔上下移动，进行位置调整。支撑板前端面2213向外超出支撑座底板前端面2221而形成一凸台，用以安装自由度限制螺栓261的安装孔设置在该凸台位置，凸台应具备一定宽度，以使自由度限制螺栓261的中心与支撑座底板222的前端面在水平方向的距离L在30mm以上，为工件1安装提供充足的安装空间，同时也为工件1在焊接过程提供了伸缩空间，保证工件1在水平方向的伸缩自由度。

防回弹螺母262与自由度限制螺栓261螺纹配合，并在自由度限制螺栓261调整到位后，转动防回弹螺母262，使其紧贴到支撑板2211的下表面，将自由度限制螺栓261固定在支撑板2211上，防止自由度限制螺栓261回弹。

保护块263固定在自由度限制螺栓261的下端，且保护块263的下表面平整。

参阅图2和图3，焊接小工件时，首先将焊接工装2的支撑座22放置在焊接胎架3的面板上，然后从焊接胎架3面板的两侧卡装两夹紧机构24，利用夹紧机构24将整个焊接工装2固定在工件焊接胎架3上，并根据焊缝的多少及大小，使支撑座底板222与待焊工件1边缘留有一定距离，保证工件1在水平方向的缩涨空间，然后根据待焊工件1的厚度调整自由度限制螺栓261的高度，使保护块263底面与待焊工件1上表面距离约1mm左右间隙，这样可以在保证待焊工件的竖直方向的精度的同时，留有水平方向的自由度，使工件在水平方向上可以自由收缩。之后转动防回弹螺母262，使防回弹螺母262转动至支撑板2211的下表面而锁紧自由度限制螺栓261，从而一方面加强座体221强度，另一方面也防止自由度限制螺栓261在受到工件1上翘倾向而上顶自由度限制螺栓261致其回弹。之后，进行工件1焊接，待焊接完成后，焊缝冷却一段时间，再将工件1拆除。

参阅结合参阅图1和图4，焊接大工件时，首先将待焊工件移至焊接胎位，然后根据工件的长短，选择焊接工装2的个数，焊接工装2优选排列在工件1长度方向相对的两侧，推荐使相邻焊接工装2的距离为2.5m-4m。板厚较薄或者板厚太厚的情况可以适当增加焊接工装2的个数（板厚较薄的情况应增加焊接工装2个数，目的是增加薄板的刚性，避免工装间距过大使两工装之间的薄板产生上拱变形；板厚过厚的情况也需要增加焊接工装2个数，目的是防止焊接过程中产生的竖直方向上过大的焊接应力对工装造成损坏）。待确定了焊接工装2数量之后，将各焊接工装2的夹紧机构24固定在焊接胎架3上，并保证待焊工件1边缘与焊接工装2的支撑座底板222边缘留有一定距离，确保焊接工装2在焊接过程中水平方向上的缩胀空间。调整自由度限制螺栓261，使工件1的上表面与保护块263下表面有1mm左右的间隙，旋紧防回弹螺母262，将自由度限制螺栓261牢牢地固定在支撑板2211上，待所有工装固定调整完成后，进行工件1焊接，焊接完成后，待焊缝冷却一段时间后，将所有焊接工装2拆除。

该焊接工装2既可以保证工件1在焊接过程中在水平方向上的缩放自由度，使水平方向上的应力得以释放，降低焊接残余应力水平，又可以限制工件1的竖直方向自由度，对工件1竖直方向形成刚性约束，控制工件1边缘上翘变形，避免了后续的矫正作业。

焊接工装第二实施例

参阅图5，本实施例的焊接工装与上述实施例的焊接工装结构大致相同，不同的是，本实施例的支撑座底板为两个，两支撑座底板222a、222b与座体221的两侧壁2212一体成型，并由座体221的两侧壁2212底端分别以相互背离的方向向外水平延伸而形成。

本实施例的焊接工装安装方法和使用效果均与上述实施例大致相同，此处不再赘述。

在其他实施例中，可根据使用工况需要而适当增加夹紧机构24的数量。当支撑板2211尺寸较大时，也可在支撑板2211的宽度方向或长度方向并排设置多个自由度限制组件26。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。