控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置及方法，包括焊接平臺(tái)，焊接平臺(tái)上在對(duì)接焊縫下方的位置設(shè)有用于通入冷卻液的通液孔；在焊接平臺(tái)上還設(shè)有用于壓緊薄板件的壓緊裝置。所述的焊接平臺(tái)材質(zhì)為銅。焊接時(shí)，用壓緊裝置將兩片薄板件按對(duì)接焊的結(jié)構(gòu)壓緊，在通液孔內(nèi)通入冷卻液；焊接完成，待薄板件冷卻后，松開(kāi)壓緊裝置；通過(guò)以上步驟使薄板件對(duì)接的焊接變形減小。通過(guò)采用以上的結(jié)構(gòu)和方法，使冷卻液帶走大量焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量，配合在薄板件上方使用壓緊裝置將薄板件壓緊，壓緊裝置上的壓簧可以根據(jù)不同的板厚調(diào)節(jié)壓緊力的大小，能夠非常有效的控制薄板件的焊接變形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及焊接領(lǐng)域，尤其是一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄板焊接結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸、船舶工程、航空航天飛行器、汽車(chē)工業(yè)、海上 鉆井采油平臺(tái)的上層建筑等大型結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域。薄板具有重量輕、工藝性能好（易加工、易 成型）和連接方便等特點(diǎn)，本例中的薄板指厚度低于5mm的可焊接金屬板。但薄板由于其自 身拘束度小，焊接時(shí)變形較大，變形包括但不限于橫向收縮、縱向收縮、回轉(zhuǎn)變形、角變形和 彎曲變形等，參見(jiàn)圖5中所示，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪變形，且很難矯正，特別是對(duì)一 些熱膨脹系數(shù)較大的材料，變形尤為嚴(yán)重。變形不僅嚴(yán)重地影響了薄板本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、制 造精度和使用性能，甚至?xí)蜃冃味购附硬僮鳠o(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，因此很有必要對(duì)薄板焊接 變形控制技術(shù)，包括焊接變形產(chǎn)生的影響因素和控制工藝進(jìn)行研究，以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐、提高 產(chǎn)品質(zhì)量。
[0003] 目前控制薄板變形的主要方法有：
[0004] 工藝方面的措施有:正確選用焊接方法和焊接材料;反變形法和剛性固定法。
[0005] 剛性固定法是將焊件固定在有足夠剛性的胎夾具上，或是臨時(shí)裝焊支撐，以增加 構(gòu)件的剛度來(lái)減小焊接變形，待焊接構(gòu)件上所有焊縫冷卻到室溫時(shí)再去掉剛性固定，這時(shí) 構(gòu)件產(chǎn)生的變形將大大小于在自由狀態(tài)下的焊接變形。如果再配合其它控制焊接變形的措 施，將使焊接變形控制在產(chǎn)品技術(shù)公差要求范圍以?xún)?nèi)。
[0006] 反變形法則是通過(guò)反向給予更多的機(jī)械變形來(lái)矯正薄板焊接變形。例如當(dāng)薄板焊 接變形為向內(nèi)弧形變形時(shí)，則通過(guò)給予向外的弧形變形，且變形程度超過(guò)向內(nèi)弧形變形量 來(lái)進(jìn)行矯正。
[0007] 但是上述兩種方法的變形控制仍不夠理想，且均操作較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置， 能夠有效控制薄板件的焊接變形，較少焊后的校正工作。
[0009] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種控制薄板件對(duì)接的 焊接變形的裝置，包括焊接平臺(tái)，焊接平臺(tái)上在對(duì)接焊縫下方的位置設(shè)有用于通入冷卻液 的通液孔；
[0010] 在焊接平臺(tái)上還設(shè)有用于壓緊薄板件的壓緊裝置。
[0011] 優(yōu)選的方案中，所述的焊接平臺(tái)材質(zhì)為銅。
[0012] 優(yōu)選的方案中，所述的通液孔為多個(gè)，沿著對(duì)接焊縫的方向布置;多個(gè)通液孔之間 互相平行，并互相連通。
[0013] 優(yōu)選的方案中，所述的壓緊裝置為兩組，分別位于對(duì)接焊縫的兩側(cè)。
[0014] 優(yōu)選的方案中，所述的壓緊裝置中，頂板與壓力機(jī)固定連接，頂板上設(shè)有多個(gè)可滑 動(dòng)的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的下端與壓板固定連接;在導(dǎo)桿上，頂板與壓板之間設(shè)有壓簧。
[0015] 優(yōu)選的方案中，所述的壓緊裝置中，在薄板件下方的焊接平臺(tái)內(nèi)設(shè)有鐵芯，鐵芯外 設(shè)有線(xiàn)圈，線(xiàn)圈與功率控制裝置連接；
[0016] 在薄板件上方設(shè)有與鐵芯以磁力吸合的壓板。
[0017] 優(yōu)選的方案中，所述的壓緊裝置中，在薄板件下方的焊接平臺(tái)內(nèi)設(shè)有鐵芯，鐵芯外 設(shè)有線(xiàn)圈，線(xiàn)圈與功率控制裝置連接；
[0018] 在薄板件上方與鐵芯相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有與鐵芯以磁力吸合的立柱桿，立柱桿與頂 板連接，在頂板上設(shè)有多個(gè)可滑動(dòng)的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的下端與壓板固定連接;在導(dǎo)桿上，頂板與 壓板之間設(shè)有壓簧。
[0019] 優(yōu)選的方案中，立柱桿的頂端設(shè)有螺紋段，螺紋段穿過(guò)頂板與可調(diào)螺母連接。
[0020] 優(yōu)選的方案中，在壓板上設(shè)有壓力傳感器。
[0021] -種采用上述的控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置進(jìn)行焊接的方法，包括以下步 驟：
[0022] 一、用壓緊裝置將兩片薄板件按對(duì)接焊的結(jié)構(gòu)壓緊，按設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)接焊的間 隙；
[0023]根據(jù)焊接參數(shù)調(diào)節(jié)壓緊力的大??；
[0024]二、在通液孔內(nèi)通入冷卻液；
[0025]三、根據(jù)焊接工藝焊接薄板件，形成對(duì)接焊縫；
[0026] 四、待薄板件冷卻后，松開(kāi)壓緊裝置；
[0027] 通過(guò)以上步驟實(shí)現(xiàn)薄板件對(duì)接的焊接變形控制。
[0028] 薄板件焊接時(shí)由于鋼板受熱發(fā)生膨脹、收縮，焊接時(shí)焊縫處的溫度遠(yuǎn)高于焊縫周 圍的溫度，導(dǎo)致鋼板的受熱不均勻，膨脹、收縮系數(shù)不一致，所以焊接后會(huì)出現(xiàn)變形，薄板件 以扭曲變形和波浪變形居多，校正的工作量大。
[0029] 本實(shí)用新型提供的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，通過(guò)采用以上的結(jié) 構(gòu)，使冷卻液帶走大量焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量，配合在薄板件上方使用壓緊裝置將薄板件壓緊， 壓緊裝置上的壓簧根據(jù)不同的板厚自動(dòng)調(diào)節(jié)壓緊力的大小，從而非常有效的防止薄板件的 焊接變形。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，能夠很有效的控制焊接件的變 形，減少薄板件焊后的校正工作。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0031 ]圖1為本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖2為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖3為本實(shí)用新型另一改進(jìn)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖4為本實(shí)用新型另一改進(jìn)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中薄板件變形的示意圖。
[0036] 圖6為本實(shí)用新型中的壓緊裝置與壓力機(jī)連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖中：焊接平臺(tái)1，壓板2，壓簧3，頂板4，導(dǎo)桿5，對(duì)接焊縫6，薄板件7，通液孔8，線(xiàn)圈 9，功率控制裝置10，立柱桿11，鐵芯12，壓力傳感器13，螺紋段14，可調(diào)螺母15。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 實(shí)施例1:
[0039] 如圖1~4中，一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，包括焊接平臺(tái)1，優(yōu)選的方案 中，所述的焊接平臺(tái)1材質(zhì)為銅。因銅的導(dǎo)熱系數(shù)非常高，高達(dá)401W/m · °C。故利用銅制作一 個(gè)焊接平臺(tái)，焊接平臺(tái)1的大小根據(jù)焊接零件的大小和實(shí)際情況確定。焊接平臺(tái)1上在對(duì)接 焊縫6下方的位置設(shè)有用于通入冷卻液的通液孔8;通過(guò)冷卻液將傳導(dǎo)到銅制的焊接平臺(tái)的 熱量迅速傳導(dǎo)出去，本例中的冷卻液采用水或液氮。同時(shí)平臺(tái)也可以當(dāng)成襯墊使用，當(dāng)薄板 件對(duì)接焊接時(shí)，可以在平臺(tái)上單面焊接雙面成型。
[0040] 在焊接平臺(tái)1上還設(shè)有用于壓緊薄板件7的壓緊裝置。當(dāng)薄板件7放在焊接平臺(tái)上 后，使用壓緊裝置將薄板件7壓緊，然后進(jìn)行焊接，此壓緊裝置對(duì)工件進(jìn)行剛性固定，可以有 效的控制薄板件7焊接時(shí)產(chǎn)生的角變形、彎曲變形和波浪變形等。壓緊裝置上面的壓簧能夠 根據(jù)板厚來(lái)調(diào)節(jié)壓緊力的大小。
[0041] 本實(shí)用新型的原理為：
[0042]
(1)
[0043] 〇sr :臨界應(yīng)力；
[0044] K:與薄板件的支撐情況有關(guān)的系數(shù)。
[0045] t:薄板厚度；
[0046] B:板寬；
[0047] 在式（1)中，板厚與板寬的比值越小，臨界應(yīng)力就越小，薄板也就越容易失穩(wěn)。因 此，可以從降低殘余壓應(yīng)力和提高臨界應(yīng)力、薄板剛度兩方面著手以減少波浪變形。焊接失 穩(wěn)變形主要受薄板幾何形狀、板面積、厚度、板件初始不平度和支承條件的影響，同時(shí)焊接 方法、焊接工藝和焊接程序顯著影響焊接變形的程度。
[0048] 開(kāi)單V坡口焊接橫向收縮近似值
[0049] (2)
[0050] 無(wú)坡口焊接橫向收縮近似值
[0051 ] SST -： 0.0 OlTii： ~ + d：. S433： (3)
[0052] y1:單V坡口時(shí)橫向收縮近似值 [0053] y2:無(wú)坡口時(shí)橫向收縮近似值
[0054] e:樣式模量 e=2.718282
[0055] X:鋼板厚度
[0056] 假設(shè)3mm鋼板焊接時(shí)，則開(kāi)單V坡口和無(wú)坡口的橫向收縮值分別為
[0057] ： Mi IMiSS
[0058] .齡.:您一父次:十十'Cl..
[0059] 故不管是開(kāi)單V坡口還是不開(kāi)坡口，3mm鋼板焊接后的收縮量時(shí)非常大，這也導(dǎo)致 焊后變形非常大。
[0060] 通過(guò)使用上述實(shí)用新型的防變形薄板拼焊機(jī)，使用壓板將焊接的薄板件7壓緊，被 焊接的薄板件7減少了6個(gè)方向的自由度，使其無(wú)法產(chǎn)生彎曲變形和波浪變形。同時(shí)在薄板 件7底部的焊接平臺(tái)1通入冷卻液，在焊接后降低薄板件7的溫度，能夠有效控制由于焊接溫 度過(guò)高導(dǎo)致薄板件7產(chǎn)生的膨脹和收縮變形。
[0061] 根據(jù)熱傳導(dǎo)公式可得：
[0062] l| -A* |；?V-'R! (4)
[0063] λ:導(dǎo)熱系數(shù)，銅的導(dǎo)熱系數(shù)為401W/m · °C ;
[0064] δ:板厚，即傳導(dǎo)媒介長(zhǎng)度；
[0065] T1:傳出熱量物體溫度；
[0066] T2:傳入熱量物體溫度；
[0067] t:傳導(dǎo)時(shí)間；
[0068] A:接觸面積。
[0069] 假設(shè)氣保焊時(shí)融合區(qū)溫度IHKTC，通冷卻液的孔中心距焊接平臺(tái)10_，冷卻液為_(kāi) 196°C的液氮，焊縫寬度為5mm，所以每米長(zhǎng)的焊縫在Is傳出熱量為：
[0070] ^ (1100 - ：(-1Ρ6)；)： '1 - (1< 0Ι)δ/ (1： 01：
[0071] 由此可見(jiàn)在薄板件7底部通過(guò)冷卻液有效地帶走焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量，能夠有效的 控制焊接溫度，防止因焊接時(shí)溫度過(guò)高而產(chǎn)生的變形。
[0072] 優(yōu)選的方案如圖1~4中，所述的通液孔8為多個(gè)，沿著對(duì)接焊縫6的方向布置;多個(gè) 通液孔8之間互相平行，并互相連通。由此結(jié)構(gòu)，提高冷卻效率。
[0073] 優(yōu)選的方案如圖2中，所述的壓緊裝置為兩組，分別位于對(duì)接焊縫6的兩側(cè)。
[0074] 實(shí)施例2:
[0075]在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的方案如圖1中，所述的壓緊裝置中，頂板4與壓力機(jī)固 定連接，壓力機(jī)為液壓機(jī)，如圖6中所示。頂板4上設(shè)有多個(gè)可滑動(dòng)的導(dǎo)桿5,導(dǎo)桿5的下端與 壓板2固定連接;在導(dǎo)桿5上，頂板4與壓板2之間設(shè)有壓簧3。由此結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓力機(jī)控制下壓 的壓力，而設(shè)置的壓簧3能夠自動(dòng)根據(jù)板厚來(lái)調(diào)節(jié)壓緊力的大小，以使壓力分布均勻。
[0076]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，在壓板2上設(shè)有壓力傳感器13。由此結(jié)構(gòu)，便于自動(dòng)控制壓 力機(jī)的輸出壓力，在確保控制焊接變形的基礎(chǔ)上，也避免損壞薄板件7。
[0077] 實(shí)施例3:
[0078]在實(shí)施例2中，需要使用壓力機(jī)，而壓力機(jī)作為大型設(shè)備，使用頻率較高，頻繁占用 會(huì)影響整個(gè)車(chē)間的生產(chǎn)效率。
[0079] 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的方案如圖3中，所述的壓緊裝置中，在薄板件7下方的 焊接平臺(tái)1內(nèi)設(shè)有鐵芯12,鐵芯12外設(shè)有線(xiàn)圈9,線(xiàn)圈9與功率控制裝置10連接；
[0080] 在薄板件7上方設(shè)有與鐵芯12以磁力吸合的壓板2。本例中，通過(guò)采用磁力吸合的 方式將薄板件7壓緊，通過(guò)功率控制裝置10通過(guò)調(diào)節(jié)輸出的電壓或電流的大小，調(diào)節(jié)吸合力 的大小。由此結(jié)構(gòu)，降低對(duì)于壓力機(jī)的占用。通過(guò)設(shè)置合適的鐵芯12的數(shù)量，確保壓力足夠。 進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，在壓板2上設(shè)有壓力傳感器13。由此結(jié)構(gòu)，便于自動(dòng)控制壓力機(jī)的輸 出壓力，在確?？刂坪附幼冃蔚幕A(chǔ)上，也避免損壞薄板件7。
[0081] 進(jìn)一步優(yōu)選的方案如圖4中，所述的壓緊裝置中，在薄板件7下方的焊接平臺(tái)1內(nèi)設(shè) 有鐵芯12,鐵芯12外設(shè)有線(xiàn)圈9,線(xiàn)圈9與功率控制裝置10連接；
[0082]在薄板件7上方與鐵芯12相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有與鐵芯12以磁力吸合的立柱桿11，立 柱桿11與頂板4連接，在頂板4上設(shè)有多個(gè)可滑動(dòng)的導(dǎo)桿5,導(dǎo)桿5的下端與壓板2固定連接； 在導(dǎo)桿5上，頂板4與壓板2之間設(shè)有壓簧3。
[0083]優(yōu)選的方案中，立柱桿11的頂端設(shè)有螺紋段14,螺紋段14穿過(guò)頂板4與可調(diào)螺母15 連接。本例中壓力的大小由可調(diào)螺母15進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而確保壓力處于合適的范圍。設(shè)置的壓 簧3能夠自動(dòng)根據(jù)板厚來(lái)調(diào)節(jié)壓緊力的大小，以使壓力均衡。
[0084] 實(shí)施例4:
[0085] 在實(shí)施例1~3的基礎(chǔ)上，一種采用上述的控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置進(jìn)行 焊接的方法，包括以下步驟：
[0086] -、用壓緊裝置將兩片薄板件7按對(duì)接焊的結(jié)構(gòu)壓緊，按設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)接焊的間 隙，即兩片薄板件7之間的間隙；
[0087]根據(jù)焊接參數(shù)調(diào)節(jié)壓緊裝置的壓緊力的大?。?br>[0088] 二、在通液孔8內(nèi)通入冷卻液；
[0089]三、根據(jù)焊接工藝焊接薄板件7,形成對(duì)接焊縫6;
[0090]四、待薄板件7冷卻后，關(guān)閉冷卻液的供應(yīng)，松開(kāi)壓緊裝置，取出焊接后的薄板件7;
[0091] 通過(guò)以上步驟使薄板件對(duì)接的焊接變形減小，從而有效控制薄板件焊接變形。
[0092] 上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本實(shí)用新型的限 制，在互不沖突的前提下，本實(shí)用新型記載的各項(xiàng)技術(shù)特征能夠互相組合。本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替 換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，包括焊接平臺(tái)（1)，其特征是:焊接平臺(tái)（1) 上在對(duì)接焊縫(6)下方的位置設(shè)有用于通入冷卻液的通液孔(8); 在焊接平臺(tái)（1)上還設(shè)有用于壓緊薄板件(7)的壓緊裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是:所述的焊 接平臺(tái)（1)材質(zhì)為銅。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是:所述的通 液孔(8)為多個(gè)，沿著對(duì)接焊縫(6)的方向布置;多個(gè)通液孔(8)之間互相平行，并互相連通。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是:所述的壓 緊裝置為兩組，分別位于對(duì)接焊縫(6)的兩側(cè)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是:所述的壓 緊裝置中，頂板(4)與壓力機(jī)固定連接，頂板(4)上設(shè)有多個(gè)可滑動(dòng)的導(dǎo)桿(5)，導(dǎo)桿(5)的下 端與壓板(2)固定連接;在導(dǎo)桿(5)上，頂板(4)與壓板(2)之間設(shè)有壓簧(3)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是:所述的壓 緊裝置中，在薄板件(7)下方的焊接平臺(tái)（1)內(nèi)設(shè)有鐵芯（12)，鐵芯（12)外設(shè)有線(xiàn)圈（9)，線(xiàn) 圈(9)與功率控制裝置(10)連接； 在薄板件(7)上方設(shè)有與鐵芯（12)以磁力吸合的壓板(2)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是:所述的壓 緊裝置中，在薄板件(7)下方的焊接平臺(tái)（1)內(nèi)設(shè)有鐵芯（12)，鐵芯（12)外設(shè)有線(xiàn)圈（9)，線(xiàn) 圈(9)與功率控制裝置(10)連接； 在薄板件（7)上方與鐵芯（12)相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有與鐵芯（12)以磁力吸合的立柱桿 (11)，立柱桿（11)與頂板(4)連接，在頂板(4)上設(shè)有多個(gè)可滑動(dòng)的導(dǎo)桿(5)，導(dǎo)桿(5)的下端 與壓板(2)固定連接;在導(dǎo)桿(5)上，頂板(4)與壓板(2)之間設(shè)有壓簧(3)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是：立柱桿 (11)的頂端設(shè)有螺紋段(14)，螺紋段(14)穿過(guò)頂板(4)與可調(diào)螺母(15)連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種控制薄板件對(duì)接的焊接變形的裝置，其特征是：在壓 板(2)上設(shè)有壓力傳感器(13)。
【文檔編號(hào)】B23K31/02GK205660330SQ201620522440
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】何明, 石教倫
【申請(qǐng)人】宜昌江峽船用機(jī)械有限責(zé)任公司