本实用新型涉及一种内撑工装，具体说是一种球面封头开孔焊接防变形工装，尤其适用于坡口直径较大的球面封头的大开孔焊接作业。
背景技术：
在机械加工行业内都知道，对于很多圆筒形压力容器，其端部都连接有球面封头，而球面封头上都需要进行开孔并安装满焊加厚板。由于容器需要承受外压，所以对球面封头的圆度公差要求较高，球面封头在制作过程中需要严格控制焊接变形。
现有技术中，为防止球面封头局部开孔焊接时出现变形，常规的做法是在球面封头的内球面设置与其弧度相同的支撑板，每隔一定距离与封头工件焊接在一起，焊接、热处理结束后再将支撑板拆除。然而，对于坡口直径较大（如直径2800mm）的球面封头而言，其上往往开设有较大的偏心孔（偏心孔直径1200mm）。在对这种偏心孔进行加厚板焊接时，如采用弧形支撑板工装，其所承受的压力通常不均匀，封头工件所受到的支撑力也就不均匀，圆度及坡口平面度无法保证，防变形的效果较差。而且，该弧形支撑板工装需要与球面封头焊接连接，拆除时又需要切割、打磨，不但工作量大，影响加工效率，而且容易损伤工件母材，需要进行补焊和无损检测。同时，焊接和拆除也会损伤工装，使得该工装只能使用几次就得报废，使用成本较高。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种球面封头开孔焊接防变形工装。采用该工装能够保证球面封头开孔焊接的圆度和坡口平面度，防变形效果好；且该工装无需与封头的内球面焊接，不但可提高加工效率，还不易损伤工件母材；同时，该工装可重复使用，降低使用成本。
为解决上述问题，采取以下技术方案：
本实用新型的球面封头开孔焊接防变形工装的特点是包括底板和固定圈，固定圈位于底板的上方，且固定圈与底板间均布有垫板，垫板的一端均伸出在固定圈内侧，底板与垫板间、垫板与固定圈间均呈固定连接。所述固定圈内侧的底板上连接有顶撑装置，顶撑装置的上端连接有支撑垫。
本实用新型的进一步改进方案是所述底板是由经纬布置的方管交叉连接的框架结构，且经向与纬向的方管数量相等。所述方管靠近两端的位置处均固定有一个垫板，所有垫板的外端连线呈一个完整的圆形。
其中，所述底板与垫板间、垫板与固定圈间均呈焊接配合。
所述顶撑装置为千斤顶，该千斤顶的下端与所述底板间通过支座相连。
本实用新型的更进一步改进方案是所述支撑垫包括撑板，该撑板的外周为圆形，其内部向上拱起呈球面弧形。所述撑板的下表面边缘有环形加强筋，环形加强筋内侧均布有径向加强筋，径向加强筋的内端汇聚于撑板的中心，且经向加强筋内端的下表面均固定在一个圆垫块上，所述顶撑装置的上端与该圆垫块相抵。
采取上述方案，具有以下优点：
本实用新型的球面封头开孔焊接防变形工装包括底板和固定圈，固定圈位于底板的上方，且固定圈与底板间均布有垫板，垫板的一端均伸出在固定圈内侧，底板与垫板间、垫板与固定圈间均呈固定连接；固定圈内侧的底板上连接有顶撑装置，顶撑装置的上端连接有支撑垫。使用时，将待焊接的球面封头的坡口平面置于该工装的固定圈内并与垫板焊接在一起，同时确保坡口外边缘与固定圈内缘呈虚接触。然后，利用顶撑装置将支撑垫顶在偏心孔的下方，即可进行加厚板焊接作业。由顶撑装置及支撑垫对封头产生的支撑力方向与焊缝向内收缩的力相反，且支撑力能够在焊缝四周均匀分布，避免受力不均匀而产生变形，保证封头圆度。而固定圈能够限制球面封头坡口向外的扩张变形，保证坡口平面度。而且，在焊接作业时，球面封头仅有坡口钝边与该工装的垫板相焊接，不但安装及拆卸工作量小，可提高加工效率，还能够确保封头工件的球面不受损伤。同时，该工装在与封头工件进行焊接和拆除时，仅对垫板局部产生少量损伤。在多次使用后，只需更换垫板就可以再次重复使用，可降低工装的使用成本。
进一步地，采用方管框架结构的底板，可提高底板刚性，降低耗材，同时能够方便顶撑装置的顶撑作业。
更进一步地，支撑垫采用球面弧形的撑板与环形加强筋、径向加强筋及圆垫块相配合的结构，不但可提高支撑垫的强度，还可提高支撑垫与顶撑装置间支撑的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的球面封头开孔焊接防变形工装的结构示意图；
图2是图1中底板的框架结构示意图；
图3是图1中支撑垫的立体结构示意图；
图4是图1中I部的放大示意图；
图5是本实用新型的球面封头开孔焊接防变形工装使用时与球面封头配合组装的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所述，本实用新型的球面封头开孔焊接防变形工装包括底板1和固定圈2，固定圈2位于底板1的上方，且固定圈2与底板1间均布有垫板5，垫板5的一端均伸出在固定圈2内侧，底板1与垫板5间、垫板5与固定圈2间均呈固定连接。本实施例中，所述底板1与垫板5间、垫板5与固定圈2间均呈焊接配合。所述固定圈2内侧的底板1上连接有顶撑装置4，顶撑装置4的上端连接有支撑垫3。
如图2所示，所述底板1是由经纬布置的方管6交叉连接的框架结构，且经向与纬向的方管6数量相等。所述方管6靠近两端的位置处均固定有一个垫板5，所有垫板5的外端连线呈一个完整的圆形，使得固定圈2与底板1连接时，能够确保垫板5的外端均焊接在固定圈2底部，同时垫板5的内端均伸出在固定圈2内，以确保垫板5有足够的平面空间用于与封头工件焊接。
如图1和图4所示，所述顶撑装置4为千斤顶，该千斤顶的下端与所述底板1间通过支座11相连。千斤顶的下端与支座11间可采用接触相抵的方式配合，也可采用铰接的方式配合，甚至可将千斤顶、支座11和底板1的连接设计成万向轮的结构，只要能够满足在使用时使得千斤顶的受力方向与其轴线重合即可。
如图3所示，所述支撑垫3包括撑板7，该撑板7的外周为圆形，其内部向上拱起呈球面弧形。所述撑板7的下表面边缘有环形加强筋10，环形加强筋10内侧均布有径向加强筋8，径向加强筋8的内端汇聚于撑板7的中心，且经向加强筋内端的下表面均固定在一个圆垫块9上，所述顶撑装置4（千斤顶）的上端与该圆垫块9相抵。
使用时，如图5所示，将本实用新型的球面封头工件12开孔焊接防变形工装中的固定圈2焊接在底板1框架结构的垫板5外端，并将待焊接的球面封头工件12的坡口平面置于固定圈2内与垫板5内端焊接在一起，同时确保封头工件的坡口外边缘与固定圈2内缘呈虚接触。然后，利用千斤顶将支撑垫3顶在球面封头工件12的偏心孔下方，千斤顶的下端通过支座11支撑在底板1上。最后，在球面封头工件12外侧将需要焊接的加厚板13放在偏心孔处，即可进行焊接作业。由于加厚板13也是球面形的，因此它能够完全与支撑垫3的撑板7相贴合，使得撑板7上方的受力均匀。而撑板7下方的环形加强筋10和径向加强筋8能够提高撑板7的刚性结构与强度，同时也能将千斤顶的顶撑力由圆垫块9向四周分散，使得撑板7下方的受力也均匀。支撑垫3的撑板7上下受力均匀能够确保焊接的过程中，球面封头工件12和加厚板13都不会出现局部塌陷变形。同时，焊接在底板1垫板5上的固定圈2，能够限制球面封头工件12的坡口向外扩张变形，保证坡口的平面度。
该工装在与封头工件进行装配和拆卸时，封头工件只有坡口处需要与工装的垫板5进行焊接或除焊，不会损伤工件内外表面的母材。而将垫板5选用与封头工件相同的材质，还能够确保不损伤工件的坡口。同时，在该工装中，只有底板1上的垫板5是消耗品。经多次焊接、除焊导致垫板5损坏时，只需将损坏的垫板5更换，就可以再次使用该工装，从而提高工装的使用寿命，降低使用成本。