一种产生相贯管焊接接头残余压应力的装置的制作方法

本发明属于控制焊接变形并改善焊接质量的技术领域，具体涉及一种改善焊接接头疲劳强度和耐腐蚀性能以及抗裂性能、降低焊接接头的变形的产生相贯管焊接接头残余压应力的装置。

背景技术：

焊接作为金属材料常用的连接方式，其种类和应用非常广泛，管件或者装置常采用焊接的方式来进行连接，这是因为焊接的气密性好；但是焊接过程以及焊接参数、焊前准备等等的失误就会导致焊接区域达不到理想的目标。管件广泛应用于核电厂、化工、石油天然气的运输等领域。目前针对两个管件相连所形成的相贯线的焊接过程，由于工人劳动强度大、作业环境恶劣、焊接质量得不到保证。所以考虑设计一种产生相贯管焊接接头残余压应力的装置来改善焊接质量。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本发明在于提供了一种改善焊接接头疲劳强度和耐腐蚀性能以及抗裂性能、降低焊接接头的变形的产生相贯管焊接接头残余压应力的装置。

本发明采用的技术方案是：

一种产生相贯管焊接接头残余压应力的装置，其特征在于：包括焊接成一体的垂直设置的干管和支管，所述干管上套装有四个固定环夹具，四个所述固定环夹具对称设置在支管的两侧，两边的固定环夹具上竖直连接有伸缩杆结构，中间的两固定环夹具上竖直连接有竖直支撑杆，所述支管上安装有四爪卡盘，所述四爪卡盘与两边的伸缩杆结构的上端之间均连接有杠杆件，所述竖直支撑杆的上端与相应的杠杆件连接形成杠杆结构；干管和支管焊接时，收缩伸缩杆结构，杠杆件向上提拉四爪卡盘产生焊接拉力从而形成焊接后残余压应力。本发明在焊接干管和支管时，通过伸缩杆结构、杠杆结构产生一个焊接拉力形成焊接后的残余压应力，提高了焊接接头疲劳强度，降低了焊接接头的变形，可以有效减少焊接冷裂纹的产生。

进一步，所述伸缩杆结构包括第一竖直连接杆、通孔套管、第二竖直连接杆，所述第一竖直连接杆的第一端与固定环夹具螺纹连接，所述第一竖直连接杆的第二端和第二竖直连接杆的第一端之间通孔套管螺纹连接，所述第二竖直连接杆的第二端与杠杆件铰接连接，所述通孔套管旋转后可缩短或伸长伸缩杆结构。

进一步，所述通孔套管的两端设有内螺纹，其中部设有用于拧动旋转的六角凸起。

进一步，所述第二竖直连接杆上设置有检测拉伸力的载荷传感器，通过载荷传感器确保两边的伸缩杆结构的拉伸力是一致的。

进一步，所述竖直支撑杆的第一端与固定环夹具螺纹连接，其第二端设有铰链座，所述铰链座与杠杆件之间通过插销连接。本发明采用铰链座作为连接装置，在工作时会出现死点，避免了力的传递过程中杆件的不稳定现象。

进一步，所述铰链座包括上铰链和下铰链座，所述上铰链和下铰链座之间为中等间隙配合。

进一步，所述固定环夹具包括两半环夹具，两半环夹具的两端通过六角螺栓连接，其中一半环夹具的中部开设有用于与第一竖直连接杆或竖直支撑杆连接的螺纹孔。

进一步，两半环夹具的两端均设有两个对称分布的固定螺纹孔，所述固定螺纹孔与六角螺栓连接。

进一步，所述四爪卡盘包括卡齿、内六角顶丝改制螺栓和对称分布的两个固定点，所述四爪卡盘与支管通过四个卡齿过渡配合，所述卡齿底部有齿结构，与内六角顶丝改制螺栓啮合固定，所述固定点与杠杆件铰链连接。

进一步，所述干管和固定环夹具、支管和四爪卡盘之间采用过渡配合连接。

本发明的有益效果：可以对焊接后所得到的焊接接头施加向下的压力，以此来提高接头的疲劳强度和耐腐蚀性能以及抗裂性能、降低接头的变形。并且可以对所焊接的工件进行固定，减少了工人的工作量，有利于工人专心进行焊接作业。此外该装置易于操作，结构简单，灵活多变，可根据管件的大小来调节安装位置，并且不需要专门进行施工人员的培训，节约了时间和人员培训成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的伸缩杆结构的结构示意图。

图3是本发明的四爪卡盘的结构示意图。

图4是本发明的固定环夹具的结构示意图。

图5是本发明的铰链座的结构示意图。

图6是本发明的内六角顶丝改制螺栓的结构示意图。

图中：1-干管；2-固定环夹具；3-第一竖直连接杆；4-通孔套管；5-载荷传感器；6-杠杆件；7-竖直支撑杆；8-铰链座；9-四爪卡盘；10-卡齿；11-内六角顶丝改制螺栓；12-固定点；13-焊缝；14-支管；15-六角螺栓；16-第二竖直连接杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1，本实施例提供了一种产生相贯管焊接接头残余压应力的装置，包括焊接成一体的垂直设置的干管1和支管14，所述干管1上套装有四个固定环夹具2，四个所述固定环夹具2对称设置在支管14的两侧，两边的固定环夹具2上竖直连接有伸缩杆结构，中间的两固定环夹具2上竖直连接有竖直支撑杆7，所述支管14上安装有四爪卡盘9，所述四爪卡盘9与两边的伸缩杆结构的上端之间均连接有杠杆件6，所述竖直支撑杆7的上端与相应的杠杆件6连接形成杠杆结构；干管1和支管14焊接时，收缩伸缩杆结构，杠杆件6向上提拉四爪卡盘9产生焊接拉力从而形成焊接后残余压应力。本发明在焊接干管1和支管14时，通过伸缩杆结构、杠杆结构产生一个焊接拉力形成焊接后的残余压应力，提高了焊接接头疲劳强度，降低了焊接接头的变形，可以有效减少焊接冷裂纹的产生。

参见图2，本实施例所述伸缩杆结构包括第一竖直连接杆3、通孔套管4、第二竖直连接杆16，所述第一竖直连接杆3的两端均为外螺纹结构，所述第二竖直连接杆16的一端是外螺纹结构一端的铰链结构。所述第一竖直连接杆3第一端与固定环夹具2螺纹连接，所述第一竖直连接杆3的第二端和第二竖直连接杆16的第一端之间通孔套管4螺纹连接，所述第二竖直连接杆16的第二端与杠杆件6铰接连接，所述通孔套管4旋转后可缩短或伸长伸缩杆结构。所述通孔套管4的两端设有内螺纹，其中部设有用于拧动旋转的六角凸起。所述第二竖直连接杆16上设置有检测拉伸力的载荷传感器5，所述载荷传感器5可采用sbt641，通过载荷传感器5确保两边的伸缩杆结构的拉伸力是一致的。

参见图3，本实施例所述四爪卡盘9包括卡齿10、内六角顶丝改制螺栓11和对称分布的两个固定点12，所述四爪卡盘9与支管2通过四个卡齿10过渡配合，所述卡齿10底部有齿结构，与内六角顶丝改制螺栓11啮合固定，所述内六角顶丝改制螺栓11与四爪卡盘9螺纹连接，其中部设有与卡齿10底部的齿结构啮合的卡槽，见图6；所述固定点12与杠杆件6铰链连接。所述杠杆件6的两端均是铰链结构。

参见图4，本实施例所述固定环夹具2包括两半环夹具，两半环夹具的两端通过六角螺栓15连接，其中一半环夹具的中部开设有用于与第一竖直连接杆3或竖直支撑杆7连接的螺纹孔。两半环夹具的两端均设有两个对称分布的固定螺纹孔，固定螺纹孔可与同规格的六角螺栓15配套使用。固定环夹具2的松紧可以通过六角螺栓15来调节。

本实施例所述竖直支撑杆7的第一端与固定环夹具2螺纹连接，其第二端设有铰链座8，所述铰链座8与杠杆件6之间通过插销连接。本发明采用铰链座8作为连接装置，在工作时会出现死点，避免了力的传递过程中杆件的不稳定现象。所述铰链座8包括上铰链和下铰链座，所述上铰链和下铰链座之间为中等间隙配合，见图5。

本实施例所述干管1和固定环夹具2、支管14和四爪卡盘9之间采用过渡配合连接。所述通孔套管4的六角凸起外表面应进行耐磨损处理。固定环夹具2与第一竖直连接杆的外螺纹端之间、固定环夹具2对称分布的两个螺纹孔与六角螺栓15之间、第一竖直连接杆3和第二竖直连接杆16与通孔套管4之间都应进行润滑处理。

本发明工作过程如下：先使用固定环夹具2和四抓卡盘9分别将干管1和支管14的位置固定，然后在焊接时可通过扳手拧中间有六角凸起的通孔套管4上的六角凸起，以此来使伸缩杆结构产生一个竖直向下的拉力，并且在载荷传感器5的作用下保证两边伸缩杆结构产生的拉力大小相等，伸缩杆结构所产生的力就会通过杠杆结构给支管14一个竖直向上的拉力，杠杆结构工作时，以竖直支撑杆7、固定环夹具2和铰链座8的下铰链座作为支撑，以铰链座8的上铰链和杠杆件6作为灵活运动的传力部件；此时即可进行支管14与干管1的焊接形成焊缝13，等到焊接过程结束卸载焊接

时所施加的拉力，就会对焊接接头产生一个竖直向下的残余压应力，因此表面含有残余压应力焊接接头可以很好的提高疲劳强度、降低焊接变形、可以有效减少焊接冷裂纹产生，进而提高了焊接质量，改善了接头耐腐蚀性能。