大型复杂曲率构件焊接夹持方法与流程

本发明属于大型复杂曲率构件焊接加工技术领域，涉及一种构件焊接夹持方法，尤其涉及一种航空航天用大型复杂曲率椭球形或球形构件焊接过程中焊接边的夹持方法。

背景技术

椭球形或球形贮箱箱底一般是通过多块复杂曲率瓜瓣状薄壁构件拼焊而成。常规瓜瓣状构件由于厚度小(2～8mm)且整体尺寸不大(1～2.5m长)，因此在工装上进行焊接时，不需要较大的外界载荷就能使构件焊接边贴合到工装表面，从而实现焊接。而针对超大尺寸复杂曲率椭球形/球形贮箱箱底的焊接，例如单个瓜瓣状构件宽幅≥3m，长度≥5m，且厚度较厚在15～25mm之间。构件在外界载荷作用下的变形抗力大，常规外界载荷施加方法无法使构件焊接边贴膜，从而无法进行拼焊；或者在超大外界载荷作用下构件即使贴膜，但构件复杂曲率外形严重变形导致焊接后残余应力大，构件尺寸不稳定。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可减小焊接边与贴膜间隙以及可满足焊接要求的大型复杂曲率构件焊接夹持方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大型复杂曲率构件焊接夹持方法，其特征在于：所述大型复杂曲率构件焊接夹持方法包括以下步骤：

1)将超大型椭球形或球形瓜瓣构件弯曲成形；所述超大型椭球形或球形瓜瓣构件的厚度大是15～25mm；所述超大型椭球形或球形瓜瓣构件的宽幅≥3m，长度≥5m；

2)将超大型椭球形或球形瓜瓣构件附着在焊接工装表面；

3)通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端进行夹持；

4)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界逐渐向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边以及超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷分别对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边以及超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持。作为优选，本发明所采用的步骤4)的具体实现方式是：

4.1)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边进行夹持；

4.2)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持。

作为优选，本发明所采用的步骤4)的另一具体实现方式是：

4.1)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持；

4.2)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边进行夹持。

作为优选，本发明所采用的外界载荷是由卡兰组提供的。

作为优选，本发明所采用的卡兰组是一组或多组。

作为优选，本发明所采用的每组卡兰组均包括第一卡兰以及与第一卡兰相并行的第二卡兰。

本发明的优点是：

本发明提供了一种大型复杂曲率构件焊接夹持方法，包括1)将超大型椭球形或球形瓜瓣构件弯曲成形；超大型椭球形或球形瓜瓣构件的厚度大是15～25mm；超大型椭球形或球形瓜瓣构件的宽幅≥3m，长度≥5m；2)将超大型椭球形或球形瓜瓣构件附着在焊接工装表面；3)通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端进行夹持；4)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界逐渐向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边以及超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷分别对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边以及超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持。本发明采用先夹持构件大端，然后夹持两侧焊接边再夹持其他焊接边的整体贴膜间隙较小，达到实际焊接要求。这主要是因为夹持大端贴合工装表面后，再夹持两侧或小端时，构件的变形会向小端移动，而小端变形小，变形抗力也小，更易于夹持，所以整体贴合效果好。而先夹持其他焊接边时，会把构件的变形移动到大端，而大端由于宽幅大，变形难，因此贴合间隙大。针对超大尺寸复杂曲率椭球形或球形瓜瓣构件焊接过程中焊接边贴膜难的问题，本发明提出一种焊接边夹持优化方法，夹持后焊接边贴膜间隙相对常规方法大幅度减小，从而满足焊接要求，减小了焊接后残余应力，提高了焊接的可靠性。

附图说明

图1是采用不同夹持方法对构件进行夹持时构件四周贴合间隙实测图。

具体实施方式

本发明提供了一种大型复杂曲率构件焊接夹持方法，其特征在于：所述大型复杂曲率构件焊接夹持方法包括以下步骤：

1)将超大型椭球形或球形瓜瓣构件弯曲成形；所述超大型椭球形或球形瓜瓣构件的厚度大是15～25mm；所述超大型椭球形或球形瓜瓣构件的宽幅≥3m，长度≥5m；

2)将超大型椭球形或球形瓜瓣构件附着在焊接工装表面；

3)通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端进行夹持；

4)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界逐渐向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边以及超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷分别对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边以及超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持；

其中，步骤4)有以下两种不同的实现方式：

第一种：

4.1)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边进行夹持；

4.2)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持。

第二种：

4.1)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的大端为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端进行夹持；

4.2)以超大型椭球形或球形瓜瓣构件的小端为起始边界向超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边延伸，并通过外界载荷对超大型椭球形或球形瓜瓣构件的两侧边进行夹持。

外界载荷是由卡兰组提供的；卡兰组是一组或多组；每组卡兰组均包括第一卡兰以及与第一卡兰相并行的第二卡兰。

本发明针对超大直径尺寸复杂曲率椭球形/球形瓜瓣构件焊接过程中焊接边贴膜难的问题，提出一种焊接边夹持优化方法，夹持后焊接边贴膜间隙相对常规方法大幅度减小，从而满足焊接要求。

本发明的理论基础是：将超大型椭球形或球形瓜瓣构件弯曲成形后经过与理论曲面胎膜对比发现：构件在小端和大端基本贴合理论型面，两侧靠近小端处与理论型面的间隙0～8mm，而两侧靠近大端处与理论型面的间隙达到8～15mm，不能满足焊接要求。瓜瓣构件拼焊过程中焊接边通过外界载荷逐渐贴合焊接工装表面，而针对超大型构件，厚度大(15～25mm)、尺寸大(宽幅≥3m，长度≥5m)，加载过程中变形抗力大，瓜瓣构件四周焊接无法贴合工装表面；当对构件两侧施加外界载荷进行夹持使贴合工装表面时，构件大端中间位置则会拱起来，与理论型面的间隙达到15mm左右，从而也无法焊接。为减小构件焊接边贴合间隙，对比研究了四种夹持方式。夹持方式1：先把两侧夹好，再夹大端，最后夹小端；夹持方式2：先把大端夹好，再夹两侧，最后小端；夹持方式3：先把小端夹好，再夹两侧，最后大端；夹持方式4：先把大端夹好，再夹好小端，最后夹两侧。如图1所示的4种不同的夹持结果表明：四种夹持方式下，瓜瓣两侧的贴膜误差差不多(最大1.5mm左右)，小端都贴合，夹持方式1大端最大贴膜误差8.1mm，夹持方式2大端最大贴膜误差1mm，夹持方式3最大贴膜误差11.2mm，夹持方式4最大贴膜误差0.75mm。说明先夹持构件大端，最后构件焊接边贴合间隙最小，即夹持方式2和4下，构件的贴胎效果最好。

先夹持构件大端焊接边再夹持其他焊接边的整体贴膜间隙较小，达到实际焊接要求。这主要是因为夹持大端贴合工装表面后，再夹持两侧或小端时，构件的变形会向小端移动，而小端变形小，变形抗力也小，更易于夹持，所以整体贴合效果好。而先夹持其他焊接边时，会把构件的变形移动到大端，而大端由于宽幅大，变形难，因此贴合间隙大。针对超大尺寸复杂曲率椭球形/球形瓜瓣构件焊接过程中焊接边贴膜难的问题，本发明提出一种焊接边夹持优化方法，夹持后焊接边贴膜间隙相对常规方法大幅度减小，从而满足焊接要求，减小了焊接后残余应力，提高了焊接的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。