LNG用钛合金薄壁圆筒壳体焊接工装的制作方法

本发明涉及钛合金金薄壁圆形容器制作及焊接技术领域，具体涉及一种LNG用钛合金薄壁圆筒壳体焊接工装。

背景技术：

薄壁壳体因质量轻，节约成本，在很多领域作为内胆或衬里结构，起到密封腔体和防腐耐蚀壳体的作用。壳体外部再辅之满足结构强度的外壳，该结构在诸多领域得到应用。

钛合金在低温环境具有良好的综合性能，具有耐腐蚀性、低温韧性、高的比强度且在低温下热传导率低、膨胀系数小、无磁性的等诸多特点。该材料在航空航天、深海等领域得到广泛的应用。

但钛合金还具有弹性模量小，成形易回弹的特性。尤其是薄壁钛封头采用冷成形，在后周期加工组焊时受热出现回弹，导致构件焊接接头错口，构件受力性能降低。

同时钛合金薄壁构件刚性差，在加工制造过程中出现变形，如圆筒筒节加工过程易失圆，导致加工质量问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种LNG用钛合金薄壁圆筒壳体焊接工装。本发明采用特定的圆筒卡箍加强筒体刚性，矫整筒体圆度，以及专用卡爪刚性固定封头，避免加工时封头回弹，实现薄壁筒体环缝的自动焊接。

本发明提供的技术方案是：

一种LNG用钛合金薄壁圆筒壳体焊接工装，根据钛合金薄壁圆筒壳体直径配制筒体刚性卡箍，所述筒体刚性卡箍为采用不锈钢槽钢弯制成对应直径的圆环，将圆环对半切割，切割端面焊接连接筋板，筋板中心钻孔穿入螺栓进行连接，环绕于钛合金薄壁圆筒上；在钛合金薄壁圆筒壳体左、右两端分别设有移动端基座和固定端基座，移动端基座和固定端基座具有环形转盘座，在环形转盘座上通过螺栓固定设置T形导向槽，卡爪通过由电机带动的丝杠沿环形转盘座上的T形导向槽径向移动，所述卡爪刚性固定钛合金薄壁圆筒封头。

进一步的，所述不锈钢槽钢圆环对半分切时，端口分别切除5mm，对应端面分别平行；端口筋板焊固在槽钢中，筋板中心钻φ8孔，穿入φ6螺栓紧固。

进一步的，在环形转盘座的T形导向槽内设有“工”形导向块，所述丝杠带动“工”形导向块在T形导向槽中径向滑移，在所述“工”形导向块上固定悬臂，悬臂内端固定卡爪。

进一步的，所述T形导向槽、“工”形导向块、悬臂均为四个，分别分布在环形转盘座的上、下、左、右位置，所述卡爪为比封头外径大10mm的刚性圆弧环圈，刚性圆弧环圈等分为四等分，分别连接在四个“工”形导向块上。

进一步的，在所述卡爪与钛合金薄壁圆筒封头接触的端面衬铜板，通过铜板散热以减少钛合金薄壁圆筒封头与筒体焊接区域的高温持续时间。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

本发明在钛合金薄壁圆筒壳体上增加刚性卡箍，增加薄壁筒体的刚度，矫整薄壁筒体的圆度，可实现筒体环缝自动焊接，提高产品效率和保证产品质量。

封头受热回弹会导致焊接错口，甚至导致产品报废。本发明在两端封头增加刚性固定卡爪，可增加封头直边刚度，同时通过刚性固定避免封头在自由状态下受热回弹，设置封头刚性固定卡爪确保产品制作和产品质量。在所述卡爪与钛合金薄壁圆筒封头接触的端面衬铜板，通过铜板散热以减少钛合金薄壁圆筒封头与筒体焊接区域的高温持续时间。

LNG是液化天然气(liquefied natural gas)的缩写。我国目前建造的LNG储存装置，大都采用双层不锈钢技术，其重量大、价格高、受压能力差、储存时间短，我们开发的钛合金制造LNG储存装置重量轻、强度高、价格低、受压能力强、时间长。本专利中钛合金薄壁圆筒壳体即LNG储存装置内胆。

附图说明

图1：LNG用钛合金薄壁圆筒壳体焊接工装的结构示意图。

图2：图1的A向示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种LNG用钛合金薄壁圆筒壳体焊接工装，根据钛合金薄壁圆筒壳体8直径配制两个筒体刚性卡箍，分别为第一筒体刚性卡箍3、第二筒体刚性卡箍5，所述筒体刚性卡箍为采用不锈钢槽钢弯制成对应直径的圆环，将圆环对半切割，切割端面焊接连接筋板，筋板中心钻孔穿入螺栓进行连接，环绕于钛合金薄壁圆筒筒节9上。

在钛合金薄壁圆筒壳体8左端设有移动端基座1、右端设有固定端基座6，移动端基座1和固定端基座6具有环形转盘座16，在环形转盘座筒上通过螺栓固定设置T形导向槽，卡爪17通过由电机带动的丝杠14沿环形转盘座上的T形导向槽径向移动，分别固定钛合金薄壁圆筒左封头10、右封头7，卡爪17刚性固定封头以避免封头回弹导致焊接接头错口，封头与筒体连接部位结构扭曲。

所述卡箍槽钢宽度40mm，高度20mm，不锈钢槽钢圆环对半分切时，端口分别切除5mm，对应端面分别平行；端口筋板焊固在槽钢中，筋板中心钻φ8孔，穿入φ6螺栓11紧固。槽钢可为不锈钢、铝、钛等材料制成。

在环形转盘座的T形导向槽内设有“工”形导向块15，所述丝杠可带动“工”形导向块15在T形导向槽中径向滑移，在所述“工”形导向块15上固定悬臂，悬臂内端固定卡爪17。两端的环形转盘座分别通过环形转盘弧形筋板12固定在移动端、固定端的基座立柱13上。丝杠14调节卡爪17可适用多种直径的封头。

所述T形导向槽、“工”形导向块、悬臂均为四个，分别分布在环形转盘座的上、下、左、右位置，所述卡爪为比封头外径大10mm的刚性圆弧环圈，刚性圆弧环圈等分为四等分，分别连接在四个“工”形导向块上。

在所述卡爪17与钛合金薄壁圆筒封头接触的端面衬铜板，通过铜板散热以减少钛合金薄壁圆筒封头与筒体焊接区域的高温持续时间。图中，2为封头与筒体环焊缝，4为筒体环焊缝。

本发明的实施过程为，钛合金筒体纵缝直缝焊机上焊接完成，检验合格后采用筒体刚性卡箍加强。筒体封头组装好后调入，移动基座和固定基座之间，调整基座间位置，调节丝杠，卡爪紧固封头，拆卸吊具，准备焊缝焊接。具体为，根据不同的封头直径配制封头刚性固定卡爪。圆弧形封头刚性固定卡爪，安装悬臂上，卡爪通过由电机带动的丝杠沿环形转盘T滑道径向移动，调整到适当的尺寸，筒体调入后进行卡爪紧固。卡爪与封头接触的端面衬筒板，通过铜板散热以降低封头与筒体焊接区域高温持续时间。

本发明通过卡爪刚性固定和散热作用，有效避免钛合金封头加工回弹。同时封头卡爪刚性固定，也矫整封头圆度。薄壁钛合金筒体和封头，通过筒体刚性卡箍和封头刚性固定卡爪紧固，矫整封头和筒体圆度，配合专用焊机可实现钛合金薄壁壳体环缝自动化焊接，有效的提高产品质量和生产效率。本发明适用于不锈钢、钛合金、镍合金和锆合金等金属材料的焊接。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。