一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法与流程

1.本发明涉及船舶制造技术领域，具体涉及一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法。


背景技术：

2.舱口围是位于船舶主甲板和舱口盖的中间结构，常应用在集装箱船和散货船上。舱口围的制造要点之一是要严格控制舱口围顶板的整体平直度。若顶板平直度不好，则会影响到舱口盖板与舱口围之间的水密性能，导致漏水。另外舱口围的口部形状和尺寸在设计时也有公差要求。舱口围在制造过程中的装配和焊接变形是影响其顶板平直度和舱口围形状尺寸误差的主要因素。为了控制舱口围的顶板平直度，通常在舱口围制造的各个阶段(包括舱口围分段制作阶段和总装组焊阶段)采用拉钢丝法进行检测控制。为了控制舱口围的形状尺寸误差，通常在舱口围的四角部位点焊支撑筋进行加固。
3.但是，由于舱口围在焊接后会产生不均匀的应力，当焊接完成后，待焊缝冷却再将支撑筋拆除后，舱口围的焊接应力会重新分布，导致舱口围发生变形，严重时会超出舱口围形状、尺寸的设计误差范围，且由于舱口围的焊接已经全部完成，如要进行后续整形则会变得非常困难。由此降低了舱口围的制造质量。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法，旨在提高舱口围的制造质量。具体的技术方案如下：
5.一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装，包括由四个防变形兼应力监测复合支撑组件所组成的焊接防变形监测桥，每一所述防变形兼应力监测复合支撑组件包括一对支撑体和连接在所述一对支撑体之间的拉压力传感器，所述四个防变形兼应力监测复合支撑组件分置于船舶舱口围口部的四角部位，所述防变形兼应力监测复合支撑组件上的一对支撑体的端部与所述船舶舱口围的竖向围板点焊连接，各所述所述防变形兼应力监测复合支撑组件上的拉压力传感器分别连接mcu控制器。
6.优选的，所述支撑体由固定支撑杆和可换支撑块装配对接而成，所述固定支撑杆的一端连接所述拉压力传感器，所述固定支撑杆的另一端连接所述可换支撑块。
7.优选的，所述拉压力传感器的两端分别设置有连接法兰，所述固定支撑杆的两端分别设置有连接法兰，所述拉压力传感器通过所述连接法兰和连接螺栓实现装配连接。
8.作为本发明的进一步改进，所述拉压力传感器上的连接法兰外圆大于所述固定支撑杆上的连接法兰外圆，在所述防变形兼应力监测复合支撑组件上还设置有用于防止所述拉压力传感器受力超限的限位保护器，所述限位保护器包括一对哈夫型夹壳，所述哈夫型夹壳的一端内孔开设有环形定位槽、另一端内孔设有环形限位槽，所述哈夫型夹壳的所述环形定位槽和环形限位槽分别外套在所述拉压力传感器两端的连接法兰上，且所述哈夫型夹壳的环形定位槽与所述拉压力传感器的连接法兰之间为过渡配合连接，所述哈夫型夹壳
的环形限位槽与所述拉压力传感器的连接法兰之间为间隙配合连接。
9.优选的，所述环形限位槽与所述连接法兰的两端面之间的间隙相等。
10.本发明中，所述一对哈夫型夹壳通过哈夫连接螺钉实现哈夫面的相互对接固定。
11.作为本发明的更进一步改进，在所述哈夫型夹壳的内孔壁上安装固定有四个红外测距传感器，所述四个红外测距传感器沿周向间隔均匀布置，所述红外测距传感器的测距方向垂直指向拉压力传感器上与所述环形限位槽间隙配合的连接法兰端面，所述红外测距传感器连接mcu控制器。
12.当防变形兼应力监测复合支撑组件受力较大时，将导致拉压力传感器的拉伸变形或压缩变形超过正常工作的限度，这时限位保护器可以限制拉压力传感器的超限变形(包括拉伸超限和压缩超限)，从而可以保证拉压力传感器的工作精度。
13.上述拉压力传感器的拉伸超限和压缩超限可以被红外测距传感器监测到，并可由mcu控制器发出报警。
14.上述通过在哈夫型夹壳的内孔壁上安装固定有四个红外测距传感器，还可以监测舱口围焊接的变形方向。例如，当某一防变形兼应力监测复合支撑组件上位于上下方向上的两个红外测距传感器的差值较大时，说明该处舱口围的相邻竖向围板之间发生了沿上下方向的相对倾斜。又如，当某一防变形兼应力监测复合支撑组件上位于水平方向上的两个红外测距传感器的差值较大时，说明该处舱口围的相邻竖向围板之间的夹角发生改变。由此方便了焊接作业人员可根据不同的变形情况，采取相应的焊接反变形纠正措施。
15.作为本发明中可换支撑块与固定支撑杆连接结构的优选方案之一，所述可换支撑块与所述固定支撑杆的连接采用螺纹配合连接。
16.作为本发明中可换支撑块与固定支撑杆连接结构的优选方案之二，所述可换支撑块与所述固定支撑杆的连接采用螺栓紧固连接。
17.优选的，所述可换支撑块与所述固定支撑杆的连接采用螺栓紧固连接时，还采用销钉进行定位。
18.优选的，当所述可换支撑块与所述固定支撑杆的连接采用螺纹配合连接时，所述可换支撑块上设置有一段螺纹连接轴，所述固定支撑杆上设置有一段螺纹连接孔，所述螺纹连接轴与所述螺纹连接孔相互螺纹配合连接。
19.优选的，当所述可换支撑块与所述固定支撑杆的连接采用螺纹配合连接时，还将同一防变形兼应力监测复合支撑组件上两端的所述螺纹配合连接设置为螺纹旋向相反，这样在防变形兼应力监测复合支撑组件点焊到相邻的竖向围板之间后，还可以通过转动支撑组件中间部分的杆体来调节拉压力传感器的初始数据为零。
20.作为本发明中可换支撑块与固定支撑杆连接结构的优选方案之三，所述可换支撑块与所述固定支撑杆的连接采用铰轴连接。
21.优选的，在所述固定支撑杆上与所述可换支撑块相连接的一端开设有安装槽，所述可换支撑块的一端插装于所述安装槽内并通过连接在所述可换支撑块与所述固定支撑杆之间的铰轴实现转动连接。
22.本发明中，所述哈夫型夹壳上设置有传感器接线孔。
23.本发明中，所述可换支撑块上用于与船舶舱口围的竖向围板相连接的一端被削成45度斜面，以适合在船舶舱口围的角部进行支撑连接。
24.一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装的防变形方法，包括如下步骤：
25.(1)工装安装：将四个防变形兼应力监测复合支撑组件分别安装到船舶舱口围的四个角部，防变形兼应力监测复合支撑组件上的可换支撑块与竖向围板之间通过多处点焊进行固定；
26.(2)舱口围焊接：由焊接作业人员进行舱口围焊接；
27.(3)焊接应力及变形监控：焊接过程中，mcu控制器通过四个防变形兼应力监测复合支撑组件上的拉压力传感器实时动态监测舱口围的焊接应力及变形情况，当舱口围上相邻的竖向围板之间的位置由于焊接原因发生相对移位或变形时，拉压力传感器所测得的拉压力数据会发生变化，mcu控制器同时获取四个拉压力传感器的拉压力数据并计算拉压力数据的平均值，并对每个拉压力传感器的拉压力数据与平均值进行比较，得到拉压力数据差；当拉压力数据差超过预先设定的阈值时，说明在焊接过程中出现了焊接应力的不均匀情况，mcu控制器发出报警，并将各拉压力传感器的拉压力数据、拉压力数据差在显示屏上进行显示，提醒焊接作业人员采取焊接反变形纠正措施；
28.(4)焊接反变形纠正：焊接作业人员根据mcu控制器发出的报警信息，查看各拉压力传感器的拉压力数据，然后采取焊接反变形纠正措施，以使得各拉压力传感器的拉压力数据趋向一致。
29.其中，所述焊接反变形纠正措施包括采用双人或多人对称焊接、机械强制整形、焊接热校正等。
30.作为进一步的改进，所述步骤(3)的焊接应力及变形监控中，mcu控制器还通过防变形兼应力监测复合支撑组件上的四个红外测距传感器监测舱口围的焊接变形方向；所述步骤(4)焊接反变形纠正中，由焊接作业人员根据舱口围的焊接变形方向，采取相应的焊接反变形纠正措施。
31.本发明的有益效果是：
32.第一，本发明的一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法，采用四个防变形兼应力监测复合支撑组件所组成焊接防变形监测桥，能够在焊接过程中实时动态监测船舶舱口围各竖向围板之间的相对位移或变形，当发现四个拉压力传感器应力的数据相差较大(超过预先设定的阈值)时，由mcu控制器发出报警，并将测量数据在显示屏上进行显示，从而方便了焊接作业人员能够及时采取适当的焊接反变形措施，从而提高了船舶舱口围口部的制造精度。
33.第二，本发明的一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法，防变形兼应力监测复合支撑组件上设置有用于防止所述拉压力传感器受力超限的限位保护器，可避免拉压力传感器不会在超载下工作，从而保证了拉压力传感器的工作精度，延长了拉压力传感器的使用寿命。
34.第三，本发明的一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法，防变形兼应力监测复合支撑组件既能够起到防变形支撑作用，又能够起到应力监测作用，其配合焊接作业人员的反变形纠正措施，能够使得舱口围的焊接应力较为均匀，这样可以大大减少焊接完成拆去支撑组件后的变形，提高了舱口围的尺寸精度和形状精度。
35.第四，本发明的一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装及防变形方法，在哈夫型夹壳的内孔壁上安装固定有四个红外测距传感器，可以实时动态监测舱口围焊接的变形
方向。焊接作业人员可根据舱口围焊接的变形方向，采取最优化的焊接反变形纠正措施，从而提高了焊接反变形纠正的质量和效率。
附图说明
36.图1是本发明的一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装的结构示意图；
37.图2是图1中的防变形兼应力监测复合支撑组件的结构示意图(转向为水平状态，其中的可换支撑块采用螺纹配合连接结构)；
38.图3是图2的局部放大视图；
39.图4是图2中的限位保护器的结构示意图(左向视图)
40.图5是可换支撑块采用螺栓紧固连接的结构示意图；
41.图6是可换支撑块采用铰轴连接的结构示意图。
42.图中：1、舱口围，2、防变形兼应力监测复合支撑组件，3、焊接防变形监测桥，4、支撑体，5、拉压力传感器，6、mcu控制器，7、固定支撑杆，8、可换支撑块，9、连接法兰，10、连接螺栓，11、竖向围板，12、限位保护器，13、哈夫型夹壳，14、环形定位槽，15、环形限位槽，16、哈夫连接螺钉，17、红外测距传感器，18、螺纹配合连接，19、螺栓紧固连接，20、销钉，21、铰轴，22、安装槽，23、传感器接线孔。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
44.实施例1：
45.如图1至6所示为本发明的一种降低船舶舱口围口部变形的焊接工装的实施例，包括由四个防变形兼应力监测复合支撑组件2所组成的焊接防变形监测桥3，每一所述防变形兼应力监测复合支撑组件2包括一对支撑体4和连接在所述一对支撑体4之间的拉压力传感器5，所述四个防变形兼应力监测复合支撑组件2分置于船舶舱口围1口部的四角部位，所述防变形兼应力监测复合支撑组件2上的一对支撑体4的端部与所述船舶舱口围1的竖向围板11点焊连接，各所述所述防变形兼应力监测复合支撑组件2上的拉压力传感器5分别连接mcu控制器6。
46.优选的，所述支撑体4由固定支撑杆7和可换支撑块8装配对接而成，所述固定支撑杆7的一端连接所述拉压力传感器5，所述固定支撑杆7的另一端连接所述可换支撑块8。
47.优选的，所述拉压力传感器5的两端分别设置有连接法兰9，所述固定支撑杆7的两端分别设置有连接法兰9，所述拉压力传感器5通过所述连接法兰9和连接螺栓10实现装配连接。
48.作为本实施例的进一步改进，所述拉压力传感器5上的连接法兰9外圆大于所述固定支撑杆7上的连接法兰9外圆，在所述防变形兼应力监测复合支撑组件2上还设置有用于防止所述拉压力传感器5受力超限的限位保护器12，所述限位保护器12包括一对哈夫型夹壳13，所述哈夫型夹壳13的一端内孔开设有环形定位槽14、另一端内孔设有环形限位槽15，所述哈夫型夹壳13的所述环形定位槽14和环形限位槽15分别外套在所述拉压力传感器5两端的连接法兰9上，且所述哈夫型夹壳13的环形定位槽14与所述拉压力传感器5的连接法兰
9之间为过渡配合连接，所述哈夫型夹壳13的环形限位槽15与所述拉压力传感器5的连接法兰9之间为间隙配合连接。
49.优选的，所述环形限位槽15与所述连接法兰9的两端面之间的间隙相等。
50.本实施例中，所述一对哈夫型夹壳13通过哈夫连接螺钉16实现哈夫面的相互对接固定。
51.作为本实施例的更进一步改进，在所述哈夫型夹壳13的内孔壁上安装固定有四个红外测距传感器17，所述四个红外测距传感器17沿周向间隔均匀布置，所述红外测距传感器17的测距方向垂直指向拉压力传感器5上与所述环形限位槽15间隙配合的连接法兰9端面，所述红外测距传感器17连接mcu控制器6。
52.当防变形兼应力监测复合支撑组件2受力较大时，将导致拉压力传感器5的拉伸变形或压缩变形超过正常工作的限度，这时限位保护器12可以限制拉压力传感器5的超限变形(包括拉伸超限和压缩超限)，从而可以保证拉压力传感器5的工作精度。
53.上述拉压力传感器5的拉伸超限和压缩超限可以被红外测距传感器17监测到，并可由mcu控制器6发出报警。
54.上述通过在哈夫型夹壳13的内孔壁上安装固定有四个红外测距传感器17，还可以监测舱口围1焊接的变形方向。例如，当某一防变形兼应力监测复合支撑组件2上位于上下方向上的两个红外测距传感器17的差值较大时，说明该处舱口围1的相邻竖向围板11之间发生了沿上下方向的相对倾斜。又如，当某一防变形兼应力监测复合支撑组件2上位于水平方向上的两个红外测距传感器17的差值较大时，说明该处舱口围1的相邻竖向围板11之间的夹角发生改变。由此方便了焊接作业人员可根据不同的变形情况，采取相应的焊接反变形纠正措施。
55.作为本实施例中可换支撑块与固定支撑杆连接结构的优选方案之一，所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7的连接采用螺纹配合连接18。
56.作为本实施例中可换支撑块与固定支撑杆连接结构的优选方案之二，所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7的连接采用螺栓紧固连接19。
57.优选的，所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7的连接采用螺栓紧固连接19时，还采用销钉20进行定位。
58.优选的，当所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7的连接采用螺纹配合连接18时，所述可换支撑块8上设置有一段螺纹连接轴，所述固定支撑杆7上设置有一段螺纹连接孔，所述螺纹连接轴与所述螺纹连接孔相互螺纹配合连接。
59.优选的，当所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7的连接采用螺纹配合连接18时，还将同一防变形兼应力监测复合支撑组件2上两端的所述螺纹配合连接18设置为螺纹旋向相反，这样在防变形兼应力监测复合支撑组件2点焊到相邻的竖向围板11之间后，还可以通过转动支撑组件2中间部分的杆体来调节拉压力传感器5的初始数据为零。
60.作为本实施例中可换支撑块与固定支撑杆连接结构的优选方案之三，所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7的连接采用铰轴21连接。
61.优选的，在所述固定支撑杆7上与所述可换支撑块8相连接的一端开设有安装槽22，所述可换支撑块8的一端插装于所述安装槽22内并通过连接在所述可换支撑块8与所述固定支撑杆7之间的铰轴21实现转动连接。
62.本实施例中，所述哈夫型夹壳13上设置有传感器接线孔23。
63.本实施例中，所述可换支撑块8上用于与船舶舱口围1的竖向围板11相连接的一端被削成45度斜面，以适合在船舶舱口围1的角部进行支撑连接。
64.实施例2：
65.一种采用实施例1的降低船舶舱口围口部变形的焊接工装的防变形方法，包括如下步骤：
66.(1)工装安装：将四个防变形兼应力监测复合支撑组件2分别安装到船舶舱口围1的四个角部，防变形兼应力监测复合支撑组件2上的可换支撑块8与竖向围板11之间通过多处点焊进行固定；
67.(2)舱口围焊接：由焊接作业人员进行舱口围1焊接；
68.(3)焊接应力及变形监控：焊接过程中，mcu控制器6通过四个防变形兼应力监测复合支撑组件2上的拉压力传感器5实时动态监测舱口围1的焊接应力及变形情况，当舱口围1上相邻的竖向围板11之间的位置由于焊接原因发生相对移位或变形时，拉压力传感器5所测得的拉压力数据会发生变化，mcu控制器6同时获取四个拉压力传感器5的拉压力数据并计算拉压力数据的平均值，并对每个拉压力传感器5的拉压力数据与平均值进行比较，得到拉压力数据差；当拉压力数据差超过预先设定的阈值时，说明在焊接过程中出现了焊接应力的不均匀情况，mcu控制器6发出报警，并将各拉压力传感器5的拉压力数据、拉压力数据差在显示屏上进行显示，提醒焊接作业人员采取焊接反变形纠正措施；
69.(4)焊接反变形纠正：焊接作业人员根据mcu控制器6发出的报警信息，查看各拉压力传感器5的拉压力数据，然后采取焊接反变形纠正措施，以使得各拉压力传感器5的拉压力数据趋向一致。
70.其中，所述焊接反变形纠正措施包括采用双人或多人对称焊接、机械强制整形、焊接热校正等。
71.作为进一步的改进，所述步骤(3)的焊接应力及变形监控中，mcu控制器6还通过防变形兼应力监测复合支撑组件2上的四个红外测距传感器17监测舱口围1的焊接变形方向；所述步骤(4)焊接反变形纠正中，由焊接作业人员根据舱口围1的焊接变形方向，采取相应的焊接反变形纠正措施。
72.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。