一种焊接变形控制装置及其方法与流程

1.本发明涉及一种焊接装置，特别涉及一种焊接变形控制装置及其方法。


背景技术：

2.目前，现有技术中圆筒形壳体组件由多个薄翼片和壳体焊接而成，焊后不进行加工且要达到ⅱ级焊缝质量要求，对焊缝的强度及产品的焊后翼片的斜置角不大于4.8',直线度不大于0.3的形位尺寸公差有较高的要求。
3.同时，薄翼片和壳体的工件尺寸较薄，焊接时易产生变形，由于金属材料在焊接过程中会产生应力，一部分通过变形得以释放，另一部分残留在结构件中，所以焊接的残余应力经常给圆筒形壳体组件的性能带来影响。因此焊接结构件经常焊后进行退火消除残余应力。
4.为防止焊接变形，焊接后保证产品的尺寸精度要求及焊缝质量等级要求是根本目的。
5.现有技术中焊接的夹紧控制装置设计存在如下几个难点：
6.1)无法减少翼片夹紧装置的装夹次数及焊后退火消除残余应力次数；
7.2)无法实现一端扭矩的传递，另一端辅助扭矩的传递，使产品能旋转到一定的角度，不具有自锁功能，因激光束的力量导致产品旋转，使激光束误伤壳体的其他部位造成报废；
8.3)工装阻挡激光束，无法保证激光头、保护气喷嘴与夹紧装置不发生干涉，与翼片紧密贴合，多点定位；
9.4)无法实现工装与壳体的可靠连接，同时避让翼片伸出壳体的部位，操作非常复杂，难度高；
10.5)夹紧装置无法保证定位焊缝沿轴向均匀分布，同时翼片任意角度的定位焊接。
11.因此，为解决上述目前圆筒形工件焊接易变形且焊接难度大的问题，本发明特别提出一种焊接过程稳定可靠、能有效可靠地控制焊缝的成型质量以及提高生产效率的焊接控制工件。本发明涉及焊接变形控制领域，特别是针对带翼壳体翼片的斜置角和直线度，焊前变形控制及焊后热处理装置,满足飞试要求。


技术实现要素：

12.本发明针对上述人工操作无法保持匀速、垂直拉升被释放装置的技术问题，提出一种摩擦力检测装置。
13.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
14.本发明提供一种焊接变形控制装置，应用于在圆筒状壳体上进行激光焊接至少一个翼片的焊接变形控制，焊接变形控制装置包括：滚轮架、分度头旋转台及设置于滚轮架和分度头旋转台之间的夹具定位组件；夹具定位组件进一步包括：
15.环形定位机构：连接分度头旋转台，环形定位机构上设置有环形卡槽；
16.卡箍环：对应环形定位机构设置，卡箍环上对应环形定位机构设置有环形卡槽；
17.至少一个定位夹紧梁：设置于环形定位机构和卡箍环之间，并于环形定位机构和卡箍环围设形成一容置圆筒状壳体的镂空式容置空间，每个定位夹紧梁的两端通分别定位于环形定位机构和卡箍环的环形卡槽内，每个定位夹紧梁上设置有定位夹紧槽，翼片设置于定位夹紧槽中；
18.内撑环：设置于容置空间内，且一端部固定连接环形定位机构，内撑环的外径与圆筒状壳体内径相配合。
19.优选的，上述定位夹紧梁为长条形状，定位夹紧梁与壳体外径相接触的表面相应设置为弧形，定位夹紧梁包括：
20.长条状凹槽：用于与焊接翼片卡紧设置。
21.优选的，上述定位夹紧梁还包括：
22.两个定位台阶：定位台阶分别设置于定位夹紧梁的两端，定位台阶卡设于环形定位机构上，并通过快速紧固螺钉实现定位夹紧梁与环形定位机构的沿环形定位机构轴心方向及垂直于环形定位机构轴心方向的紧固和定位。
23.优选的，上述内撑环设置有环形止口，用于与壳体内径配合时定位壳体。
24.优选的，上述卡箍环设置有环形卡槽，用于固定连接定位夹紧梁的另一端。
25.优选的，上述卡箍环设置为两半，通过螺栓固定连接卡箍环的两半，卡设于壳体外径。
26.优选的，上述分度头旋转台设置有三爪卡盘装夹夹紧装置，三爪卡盘夹紧装置固定连接环形定位机构一侧，实现向环形定位机构一端扭矩的传递。
27.优选的，上述定位夹紧梁的两端和上表面设置有多个螺纹孔，通过紧固螺钉与环形定位机构连接。
28.优选的，上述滚轮架包括：
29.底座支架：固定支撑壳体的一端，底架支架顶部设置为配合壳体外径的弧形；
30.两个滚轮：设置于底座支架的顶部两侧，滚轮外径与壳体的外径相接，用于壳体在滚轮架上沿壳体轴向方向转动。
31.本发明还提供一种焊接变形控制方法，应用于圆筒状壳体及至少一个焊接翼片的焊接，采用如上所述焊接变形控制方法，焊接变形控制方法包括如下步骤：
32.(1)装配连接壳体、翼片、分度头旋转工作台、环形定位机构、内撑环、定位夹紧梁及卡箍环，定位夹紧梁内设凹槽与翼片卡紧，防止翼片焊接变形，焊接变形控制装置定位焊缝沿轴向向均匀分布，并满足翼片任意角度的定位焊接，通过分度头旋转台回转工作台进行壳体和翼片的自锁；
33.(2)定位激光入射角进行焊接，激光入射角与壳体外表面夹角为预设角度θ
°
；
34.(3)焊接后，壳体及翼片带焊接变形控制装置一起焊后进行退火消除残余应力。
35.本发明的有益效果为：
36.1)本发明减少翼片夹紧装置的装夹次数及焊后退火消除残余应力次数；
37.2)本发明实现一端扭矩的传递，另一端辅助扭矩的传递，使产品能旋转到一定的角度，有自锁功能，不因激光束的力量导致产品旋转，使激光束误伤壳体的其他部位造成报废；
38.3)本发明满足每片翼片两侧激光束的入射角，经前期大量试验，最终确定焊缝成型质量好的焊接参数；
39.4)本发明工装不阻挡激光束，保证激光头、保护气喷嘴与夹紧装置不发生干涉，与翼片紧密贴合，多点定位。
40.5)本发明实现工装与壳体的可靠连接，同时避让翼片伸出壳体的部位，操作简单方便。
41.6)本发明夹紧装置能够保证定位焊缝沿轴向均匀分布，同时满足翼片任意角度的定位焊接。
附图说明
42.图1为本发明夹紧装置与壳体组件模拟装配示意图；
43.图2为本发明焊接变形控制装置示意图；
44.图3为本发明定位夹紧梁示意图；
45.图4为本发明分度头旋转台回转工作台示意图；
46.图5为本发明环形定位机构半剖示意图；
47.图6为本发明滚轮架示意图；
48.图7为本发明激光焊示意图。
49.以上各图中：
50.100圆筒状壳体，200翼片
51.10滚轮架，11底座支架，12滚轮
52.20分度头旋转台，30环形定位机构、40卡箍环、50定位夹紧梁，60内撑环；
53.41环形卡槽，51定位夹紧槽，52定位台阶，53快速紧固螺钉，61环形止口，62螺纹孔
具体实施方式
54.下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
56.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。
57.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.为解决上述目前圆筒形工件焊接易变形且焊接难度大的问题，本发明特别提出一种焊接过程稳定可靠、能有效可靠地控制焊缝的成型质量以及提高生产效率的焊接控制工件。
59.请参阅图1至图6。图1为本发明夹紧装置与壳体组件模拟装配示意图；图2为本发明焊接变形控制装置示意图；图3为本发明定位夹紧梁示意图；图4为本发明分度头旋转台回转工作台示意图；图5为本发明环形定位机构半剖示意图；图6为本发明滚轮架示意图；如图1至图6所示，本发明实施例的本发明提供一种焊接变形控制装置，应用于在圆筒状壳体100上进行激光焊接至少一个翼片200的焊接变形控制，焊接变形控制装置包括：滚轮架10、分度头旋转台20及设置于滚轮架10和分度头旋转台20之间的夹具定位组件；夹具定位组件进一步包括：环形定位机构30、卡箍环40、至少一个定位夹紧梁50和内撑环60；
60.环形定位机构30：连接分度头旋转台20，环形定位机构30上设置有环形卡槽31；
61.卡箍环40：对应环形定位机构30设置，卡箍环40上对应环形定位机构30设置有环形卡槽41；卡箍环设置有环形卡槽41，用于固定连接定位夹紧梁50的另一端。
62.至少一个定位夹紧梁50：设置于环形定位机构30和卡箍环40之间，并于环形定位机构30和卡箍环40围设形成一容置圆筒状壳体的镂空式容置空间，每个定位夹紧梁50的两端通分别定位于环形定位机构30和卡箍环40的环形卡槽内，每个定位夹紧梁50上设置有定位夹紧槽51，翼片设置于定位夹紧槽51中；
63.内撑环60：设置于容置空间内，且一端部固定连接环形定位机构30，内撑环60的外径与圆筒状壳体100内径相配合。其中，内撑环60设置有环形止口61，用于与壳体100内径配合时定位壳体。内撑环60上均匀设置有多个螺纹孔62与壳体100连接，并避让焊接翼片200。同时，内撑环60的顶部切面方向对应环形机构连接孔32设置有四个环形定位机构连接螺纹63；
64.其中，上述滚轮架10包括：
65.底座支架11：固定支撑壳体100的一端，底架支架顶部设置为配合壳体外径的弧形；
66.两个滚轮12：设置于底座支架11的顶部两侧，滚轮12外径与壳体100的外径相接，用于壳体100在滚轮架10上沿壳体轴向方向转动。
67.其中，上述卡箍环40设置为两半，通过螺栓固定连接卡箍环40的两半，卡设于壳体100外径。
68.其中，上述分度头旋转台20设置有三爪卡盘装夹夹紧装置，三爪卡盘夹紧装置固定连接环形定位机构30一侧，实现向环形定位机构30一端扭矩的传递。环形定位机构30上设置绕圆周方向均匀设置有四个内撑环连接孔32，用于通过螺栓与内撑环60固定连接。环形定位机构30的外圆周上设置有多个螺钉连接槽33，螺钉连接槽33用于固定定位夹紧梁50的快速紧固螺钉53穿过，将定位夹紧梁50与环形定位机构30进行固定。
69.其中，上述定位夹紧梁50为长条形状，定位夹紧梁50与壳体100外径相接触的表面相应设置为弧形，定位夹紧梁50包括：长条状通槽51，本发明具体实施例中，长条形通槽51为贯通槽，可以用于将焊接翼片穿过通槽51，并卡紧设置。
70.进一步的，上述定位夹紧梁50还包括：
71.两个定位台阶52：定位台阶52分别设置于定位夹紧梁50的两端，定位台阶52卡设
于环形定位机构30的环形卡槽31上，并通过快速紧固螺钉53实现定位夹紧梁50与环形定位机构30的沿环形定位机构30轴心方向及垂直于环形定位机构30轴心方向的紧固和定位。
72.其中，上述定位夹紧梁50的两端和上表面设置有多个螺纹孔53，通过紧固螺钉与环形定位机构30连接。
73.本发明还提供一种圆筒装置的焊接变形控制方法，应用于圆筒状壳体及至少一个焊接翼片的焊接，采用如上所述的圆筒装置的焊接变形控制方法，焊接变形控制方法包括如下步骤：
74.(1)装配连接壳体100、翼片200、分度头旋转工作台20、环形定位机构30、内撑环60、定位夹紧梁50及卡箍环30，定位夹紧梁50内设凹槽与翼片200卡紧，防止翼片200焊接变形，焊接变形控制装置定位焊缝沿轴向向均匀分布，并满足翼片任意角度的定位焊接，通过分度头旋转台回转工作台进行壳体和翼片的自锁；
75.(2)定位激光入射角进行焊接，激光入射角与壳体100外表面夹角为预设角度θ
°
；
76.(3)焊接后，壳体100及翼片200带焊接变形控制装置一起焊后进行退火消除残余应力。
77.具体操作过程：
78.1)本发明减少翼片夹紧装置的装夹次数及焊后退火消除残余应力次数；
79.2)本发明实现一端扭矩的传递，另一端辅助扭矩的传递，使产品能旋转到一定的角度，有自锁功能，不因激光束的力量导致产品旋转，使激光束误伤壳体的其他部位造成报废；满足每片翼片两侧激光束的入射角，经前期大量试验，最终确定焊缝成型质量好的焊接参数，图7为本发明激光焊示意图，激光焊接如图7所示，激光入射角与壳体100外表面夹角为预设角度15
°
。
80.3)工装不能阻挡激光束，需要保证激光头、保护气喷嘴与夹紧装置不发生干涉，与翼片紧密贴合，多点定位。
81.4)实现工装与壳体的可靠连接，同时避让翼片伸出壳体的部位，操作简单方便。
82.5)夹紧装置要能够保证定位焊缝沿轴向向均匀分布，同时满足翼片任意角度的定位焊接。
83.结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明：
84.1)定位夹紧梁50的一侧设置为弧形，与环形定位机构环形曹31相配合，可在环形槽31内任意旋转，实现一次定位装夹；同时定位夹紧梁50两端设置凸台52，通过快速紧固螺钉53实现定位夹紧梁50与环形定位机构30的紧固和定位；环形定位机构30设置的环形槽31可满足焊接翼片200任意角度的需求，同时圆周面上设有环形槽31，紧固螺钉53通过环形槽31连接定位夹紧梁50，实现y轴方向定位；内撑环60设置有止口61与产品内径配合的同时起定位产品的功能，内撑环60与环形定位机构30通过螺栓紧固连接；卡箍环40设计机理与环形定位机构30基本一致，区别在于设置成两半，方便安装与拆卸。焊接后带工装一起焊后进行退火消除残余应力,减少焊接变形，达设计要求。
85.2)利用立卧两用分度盘带法兰精密铣床分度头旋转台回转工作台20配三爪卡盘装夹夹紧装置实现一端扭矩的传递，同时本装置有自锁功能，避免产品在焊接过称中旋转；设计滚轮架装置实现另一端辅助扭矩的传递。
86.3)为防止激光头、气体喷嘴与压紧装置干涉，装置外形设计为凹槽，通长卡紧翼
片。
87.4)利用壳体100表面的均布通孔，用螺栓将其与夹紧装置连接，同时也避让翼片200伸出部分，对其也有定位功能。
88.3.模拟装配
89.将夹紧装置与壳体组件模拟装配验证，图1为本发明夹紧装置与壳体组件模拟装配示意图；如图1所示，模拟装配包括壳体100(1件)、翼片200(4件)、分度头旋转工作台20(1件)、环形定位机构30(1件)、内撑环60(1件)、定位夹紧梁50(4件)、卡箍环40(2件)，快速紧固螺钉53(16件)和m10x35螺栓(9)件)。
90.设计机理说明：环形定位机构30和内撑环60靠4个m10x35的螺栓连接，都设计成环状，方便三爪装夹，实现扭矩的传递，快速、准确的定位激光入射角；内撑环60上设有产品定位止口和3个m10的均布螺纹孔与产品壳体100连接，避让翼片伸出部位，同时起与产品连接作用；定位夹紧梁50内设凹槽与翼片200卡紧，防止翼片200焊接变形，同时置于热处理炉退火消除残余应力也能防止此过程翼片变形，梁两端和上表面设置有螺纹孔，通过快速紧固螺钉与环形定位机构连接；卡箍环40通过螺栓连接可实现快速装夹功能，同时也方便拆卸。
91.通过模拟装配，定位焊可以依照夹紧装置卡紧翼片，又可以保证不同工况下激光能快速、准确的射到指定位置。
92.综上所述，本发明本发明减少翼片夹紧装置的装夹次数及焊后退火消除残余应力次数；本发明实现一端扭矩的传递，另一端辅助扭矩的传递，使产品能旋转到一定的角度，有自锁功能，不因激光束的力量导致产品旋转，使激光束误伤壳体的其他部位造成报废；本发明满足每片翼片两侧激光束的入射角，经前期大量试验，最终确定焊缝成型质量好的焊接参数；本发明工装不阻挡激光束，保证激光头、保护气喷嘴与夹紧装置不发生干涉，与翼片紧密贴合，多点定位。本发明实现工装与壳体的可靠连接，同时避让翼片伸出壳体的部位，操作简单方便。本发明夹紧装置能够保证定位焊缝沿轴向向均匀分布，同时满足翼片任意角度的定位焊接。
93.以上所述为本发明的具体实施方式，其目的在于让技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，任何根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘出或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各部件和工艺方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。