自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属船舶装焊技术领域，具体涉及一种自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置。
【背景技术】
[0002]国内外高速舰船主要采用铝合金焊接而成，由于铝合金在二三百摄氏度以上温度的弹性模量和屈服强度很小，抗变形能力差；并且铝合金材料的热导率、热膨胀系数大，焊接高温区范围较宽，焊接应力、变形比较大，导致这些铝质船体组立、合拢等悬空位置焊接时，焊缝横向收缩量和焊接变形量均比钢质分段的大很多，铝质船体结构焊后需要进行矫形处理。另外，该船体悬空位置焊接主要采用大电流TIG填丝深熔焊，焊缝背面需焊出较大尺寸焊缝，然后采用砂轮手工打磨成需要尺寸及形貌。这种焊接工艺会产生较大的焊接变形，浪费了大量焊材和人力、物力，降低了建造效率，焊缝根部很难打磨成需要形状，将会降低焊接接头的承载能力。
[0003]为解决上述问题，实际生产中采用装焊卡码、加强角铝以及点焊等方法来进行辅助焊接。这些技术能在一定程度上控制焊接变形，但效果一般，主要原因是刚性约束不足。装焊的卡码和加强角铝还要进行焊后打磨拆除，会损坏船体表面，影响美观和使用性能；而且，该方法不能有效控制焊缝的错边问题，分段焊缝较长时，会出现分段叠边等问题而影响船体组立与合拢。深熔焊接时，待焊缝根部要保持一定间隙，不能过大或过小。焊接过程中焊缝部位的热膨胀与收缩导致待焊缝根部间隙不断减小，需要点固焊缝来进行限制。整个焊接过程由于点固焊接、卡码与角铝的装焊与拆除、焊缝背面打磨成形、焊后矫形等额外工序，大大降低了生产效率。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置。
[0005]本实用新型的实用新型目的通过以下技术方案来实现:
[0006]一种自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置，包括定位块、上部刚性压块、下部刚性压块和成形槽，所述定位块包括定位块主体和定位部；所述定位部穿过焊缝根部间隙并嵌入成形槽中；所述上部刚性压块对称的安装在定位块主体两侧，所述下部刚性压块具有与成形槽匹配的内凹部，所述成形槽安装在内凹部中；所述上部刚性压块、下部刚性压块内部安装有磁铁。
[0007]优选的，所述定位部包含位于定位块主体上的第一级凸出部，所述第一级凸出部嵌合在焊缝根部间隙中；所述定位部还包含位于第一级凸出部上的第二级凸出部，所述成形槽中部设有凹槽，所述凹槽设有限位槽，所述第二级凸出部嵌合在限位槽中。优选的，所述第一级凸出部的形状与焊缝根部间隙相匹配，所述限位槽的形状与第二级凸出部匹配。
[0008]优选的，所述定位块、上部刚性压块、下部刚性压块、成形槽与船体壁板之间的接触面为平面或曲面。
[0009]优选的，所述定位块、上部刚性压块、下部刚性压块为中空结构；所述成形槽为实心结构。更优选的，所述定位块为铝合金定位块，上部刚性压块为铝合金上部刚性压块，下部刚性压块为铝合金下部刚性压块，所述成形槽为不锈钢成形槽。
[0010]优选的，每侧相邻的上部刚性压块之间可拆卸连接，相邻的下部刚性压块之间可拆卸连接。更优选的，每侧相邻的上部刚性压块通过销钉连接，相邻的下部刚性压块通过销钉连接。
[0011]使用本实用新型自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的焊接方法，包括以下步骤:
[0012]S1、在船体壁板待焊部位等距离安装定位块，定位块的定位部穿过焊缝根部间隙并与成形槽嵌合；在定位块的两侧分别安装上部刚性压块；
[0013]S2、安装成形槽，使其与定位部嵌合；在成形槽下面安装下部刚性压块；
[0014]S3、从待焊部位的一端开始，在未安装定位块处焊接焊缝，每焊完一段上部刚性压块长的焊缝，将该段处定位块拔出，焊接该定位块处的焊缝，上、下部刚性压块保留不动；按照这个步骤焊接完所有焊缝，并等待焊缝温度降低到室温后，再分别拆除上、下部刚性压块。
[0015]优选的，定位块的第一级凸出部与焊缝根部间隙嵌合，第二级凸出部与成形槽的限位槽嵌合。
[0016]与现有技术相比，采用本实用新型自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置具有如下优点:
[0017]1、使用方便、成本低、适应性强，可以自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形，既能控制焊缝横向收缩，又能控制错边，而且可以减小焊接变形，并且保证焊缝背面成形好；
[0018]2、定位块定位距离精确，拆装方便，解决了传统大量卡码和加强角铝的装焊和拆除操作，大幅度提高了生产效率，也降低了焊接作业人员频繁装、卸卡码与角铝的劳动强度；
[0019]3、上下部刚性压块脱离自如，悬空焊缝根部间隙定位效果显著，焊接变形与错边控制良好，不会损伤船体内外表面质量，工作效率高，显著提高定位的稳定可靠性和有效抑制错边，降低焊接变形，焊接质量得到良好保证；
[0020]4、成形槽有利于保证大电流TIG深熔焊方法的手工、半自动、自动化单面焊双面成形工艺顺利进行，焊缝背面成形美观，减少人工砂轮打磨工作量，大量节约焊材。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的结构示意图。
[0022]图2为定位块的结构示意图。
[0023]图3为上部刚性压块的连接结构示意图。
[0024]图4为下部刚性压块的结构示意图。
[0025]图5为下部刚性压块的连接结构示意图。
[0026]图6为定位块与成形槽的定位示意图。
[0027]图7为图6中A部分放大示意图。
[0028]图8为本实用新型实施例1中使用自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的焊接方法时定位块与船体壁板嵌合示意图。
[0029]图9为本实用新型实施例1中使用自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的焊接方法时安装上部刚性压块后示意图。
[0030]图10为本实用新型实施例1中使用自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的焊接方法时安装下部刚性压块和成形槽后示意图。
[0031]图11为本实用新型实施例2中使用自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置的焊接方法时安装下部刚性压块和成形槽后示意图。
[0032]附图标记如下:
[0033]1、船体壁板，21、第一级凸出部，
[0034]2、定位块，22、第二级凸出部，
[0035]3、上部刚性压块，51、内凹部，
[0036]4、磁铁，61、凹槽，
[0037]5、下部刚性压块，62、限位槽，
[0038]6、成形槽，7、销钉。
【具体实施方式】
[0039]为了更好的理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0040]如图1和图4所示，本实用新型所述的自支撑动态控制悬空焊缝根部间隙及焊接变形的装置，包括定位块2、上部刚性压块3、下部刚性压块5和成形槽6，所述定位块2包括定位块主体和定位部，所述定位部穿过焊缝根部间隙11嵌入成形槽6中；所述上部刚性压块3对称的安装在定位块主体两侧，所述下部刚性压块5具有与成形槽6匹配的内凹部51，所述成形槽6安装在内凹部51中；所述上部刚性压块3、下部刚性压块5内部安装有磁铁4。所述定位部用于固定定位块2，限制定位块2的随意滑动与脱落，保证根部间隙11定位准确。
[0041]优选的，如图1和图2所示，所述定位部包含位于定位块主体上的第一级凸出部21，所述第一级凸出部21的形状与焊缝根部间隙11相匹配，并嵌合在焊缝根部间隙11中。更优选的，所述第一级凸出部21的宽度与焊缝根部间隙11的宽度相同，其高度略大于船体壁板I的板厚；第一级凸出部的宽度与分段焊缝根部间隙宽度相同，可克服焊接过程中熔池前方因横向收缩而导致分段焊缝根部间隙不断变小的问题。在本实用新型中所述定位块2优选的长度为40-60mm、宽度为40_60mm、高度为40_60mm。在本实用新型中焊缝根部间隙11的宽度与第一级凸出部21的宽度优选为2-4mm。
[0042]更优选的，如图1、图2、图6和图7所示，所述定位部还包含位于第一级凸出部21上的第二级凸出部22 ;所述成形槽6中部设有凹槽61，所述凹槽61内进一步设有限位槽62，限位槽62的形状与第二级凸出部22匹配，所述第二级凸出部22嵌合在限位槽62中。更进一步优选的，成形槽6沿凹槽61对称，限位槽62宽度与第二级凸出部22的宽度相同，这使得成形槽6对称分布在焊缝背面两侧，从而保证焊缝背面成形对称。在本实用新型中所述第二级凸出部22优选的宽度为1-2_、高度为2-3_ ;成形槽6优选的长度为100-120_、宽度为50-70mm、高度为50_60mm ;凹槽61优选的宽度为l_2mm、高度略小于第二级凸出部22的长度。
[0043]优选的，每侧相邻的上部刚性压块3之间可拆卸连接，相邻的下部刚性压块5之间可拆卸连接，以便于拆装。更优选的，每侧相邻的上部刚性压块3之间通过销钉连接，相邻的下部刚性压块5之间通过销钉7连接。销钉7连接可组成尺寸较长的刚性约束带，上下部刚性压块可以绕着销钉7转动，以适应船体曲面型线的要求。为了更好的与定位块2配合，在本实用新型中上部刚性压块3优选的长度为100-120mm、宽度为60_80mm、高度为60-80mm ;下部刚性压块5优选的长度为100_120_、宽度为160_200_、高度为60_80_。
[0044]为了与上部刚性压块3和下部刚性压块5配合使用，本实用新型中磁铁4优选的