一种单面焊接双面成型焊接工装及焊接工艺的制作方法

本发明创造属于不锈钢焊接技术领域，尤其是涉及一种单面焊接双面成型焊接工装及焊接工艺。

背景技术

随着城市轨道车辆以及国外不锈钢客车的需求量逐渐增加，对轨道不锈钢车辆的生产质量要求也越来越高，不锈钢轨道车辆生产过程中为减少焊接热输入量，优化焊接操作方式及操作环境、降低焊接成本，提高焊接质量，车辆车体各大部位中部分焊缝采用单面焊双面成型方式替代双面焊接，为保证焊接接头根部焊透及焊缝背面成型，沿接头背面需预置背衬装置。目前车间生产时采用人工放置背衬装置或利用f夹夹紧衬垫与焊件，焊接过程中容易出现衬垫与工件贴合不严，衬垫成型槽中心线与坡口间隙不重合等问题，这容易造成熔池漏液、未焊透等缺陷，严重影响焊接质量及背面焊接成型效果，问题严重时需返工对焊缝重新进行修补打磨，浪费人力物力，并且利用f夹等夹具操作复杂且制约焊工焊接空间及手法，同时由于不锈钢自身物理因数的原因，即不锈钢热膨胀系数较大，焊后的工件热变形较大，调修极为困难。

针对于不锈钢单面焊接双面成型的焊接，对焊缝的成型质量要求较高，背面不得有焊接缺陷及焊后变形较大等问题，现有技术常采用人工或夹具固定衬垫及焊后迅速浇水等措施。焊接过程中易出现衬垫与工件贴合不严、衬垫成型槽中心偏移等，从而导致焊接过程中易出现熔池漏液、未焊透等缺陷。另外利用夹具固定衬垫操作复杂，且夹具手柄等易干涉焊工操作，导致焊接过程间断，影响焊缝外观及质量；同时焊后为了使不锈钢能得到快速降温的效果，常常对背面进行大量喷水降温，由于焊接过程会对不锈钢的合金元素造成一定的烧损，故而喷水降温的方式可能引起焊缝处局部的生锈现象，严重影响不锈钢的抗腐蚀性能，影响其使用的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种单面焊接双面成型焊接工装及焊接工艺，以解决焊缝出现熔池漏液、未焊透、背面成型差及焊后变形较大等缺陷问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种单面焊接双面成型焊接工装，包括支架，支架包括下支臂，下支臂相对的内侧壁设置有对称设置的支撑板，支撑板朝向相对的下支臂延伸，支撑板用于支撑衬垫，衬垫用于支撑工件，衬垫的中间开有与工件的焊缝相对应的u型成形槽，衬垫位于两个下支臂之间的支撑板上方,下支臂的上方设置有上悬臂，上悬臂上上设置有用于固定工件的固定件，工件位于上悬臂与衬垫之间。

进一步的，衬垫上设置有冷却管道，冷却管道分布在u型成形槽附近，冷却管道的一端连接有进水口管套，其另外一侧连接有出水口管套，进水口管套和出水口管套通过管路与冷却水箱连通。

进一步的，固定件为固定螺栓，上悬臂上开有用于安装固定螺栓的螺纹孔。

进一步的，上悬臂上的螺纹孔开有两个，两个螺纹孔在上悬臂上对称设置，固定螺栓的栓体从上悬臂的上方穿过上悬臂。

进一步的，衬垫安装在支撑板上后，衬垫上平面高于下支臂的上平面。

进一步的，衬垫与工件相配合，根据待焊接工件的不同，衬垫的规格设置有若干种。

进一步的，衬垫包括双波峰波纹板焊接衬垫、平板焊接衬垫、l型钢板对接焊接衬垫和带角度的l型板焊接衬垫。

一种单面焊接双面成型焊接工艺，包括上述的单面焊接双面成型焊接工装，具体的步骤为：

s1：根据被焊工件需要焊接位置的形状结构及尺寸大小，选择合适的衬垫；

s2：将衬垫固定到支撑板上，将工件装配到衬垫与固定件之间，确保衬垫的u型成形槽中心与工件的焊缝中心对齐，并保证衬垫和工件密贴；

s3：通入冷却水，进行冷却；

s4：打开焊接设备，焊接工件。

进一步的，还包括步骤：

s5：焊接完毕后，再持续通入循环冷却水1min；

s6：卸下焊接工装对成型后的焊缝进行修磨处理，确保焊缝外形的美观。

进一步的，步骤s3的具体步骤为：在衬垫上接入进水口管套和出水口管套，用软管使其与冷却水箱进行连接，打开冷却水箱，通入冷却水，使衬垫中的水形成循环系统，进行冷却。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种单面焊接双面成型焊接工装及焊接工艺具有以下优势：

(1)本发明创造能够保证焊接过程中衬垫时刻与焊件紧密贴合，缝隙小于0.5mm；

(2)本发明创造的焊接衬垫可更换，以适应不同形状、不同长度焊件背透焊接要求；

(3)本发明创造焊接中可严格保证衬垫成型槽中心线与焊缝相对位置，确保焊接质量；

(4)本发明创造焊接中该装置符合焊接性能要求，脱渣性能良好、无焊接飞溅、焊缝成型良好；

(5)本发明创造操作简单可靠，不影响焊工进行焊接；

(6)本发明创造的衬垫自带水冷却管道，焊接过程中，同时可通入冷却水进行冷却，减小焊后的焊接变形。

(7)本发明创造的工装可灵活便捷地固定在被焊的工件上，实现工件全位置单面焊双面成型的焊接工艺要求；

(8)本发明创造焊后对焊缝融合区及时冷却，避免焊接接头部位高温停留时间较长，焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变，避免产生热裂纹；

(9)本发明创造焊后的及时冷却，避免奥氏体在过热去温度长时间的停留，使奥氏体在晶界处析出碳化铬，造成晶界处贫铬，形成“刀蚀”现象。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的支架的结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的固定螺栓的结构示意图；

图4为本发明创造实施例所述的双波峰波纹板焊接衬垫的结构示意图；

图5为本发明创造实施例所述的平板焊接衬垫的结构示意图；

图6为本发明创造实施例所述的l型钢板对接焊接衬垫的结构示意图；

图7为本发明创造实施例所述的带角度的l型板焊接衬垫的结构示意图；

图8为本发明创造实施例焊接双波峰波纹板的工作状态图；

图9为本发明创造实施例焊接平板的工作状态图；

图10为本发明创造实施例角铁对接焊接的工作状态图；

图11为本发明创造实施例的工作流程图。

附图标记说明：

1、支架；11、下支臂；12、支撑板；13、上悬臂；2、固定螺栓；3、衬垫；301、u型成形槽；302、进水口管套；303、出水口管套；31、双波峰波纹板焊接衬垫；32、平板焊接衬垫；33、l型钢板对接焊接衬垫；34、带角度的l型板焊接衬垫；4、工件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1、2、3所示，一种单面焊接双面成型焊接工装，包括支架1，支架1包括对称设置的相对固定的两个下支臂11，下支臂11相对的内侧壁设置有对称设置的支撑板12，支撑板12水平设置，支撑板12朝向相对的下支臂11延伸，两个支撑板12之间留有空隙。支撑板12用于支撑衬垫3，支撑板12上设置有便于安装衬垫3的螺纹孔。衬垫3位于两个下支臂11之间的支撑板12上方。

下支臂11的上方设置有上悬臂13，上悬臂13与下支臂11平行设置，上悬臂13上开有用于安装固定螺栓2的螺纹孔，上悬臂13上的螺纹孔开有两个，两个螺纹孔在上悬臂13上对称设置。固定螺栓2的栓体从上悬臂13的上方穿过上悬臂13。

衬垫3安装在支撑板12上后，衬垫3上平面高于下支臂11的上平面。衬垫3的中间开有与工件4的焊缝相对应的u型成形槽301，衬垫3上开有与支撑板12上的螺纹孔相对应的沉头螺纹孔。待焊接的工件4位于上悬臂13与衬垫3之间。固定螺栓2用于固定工件4。固定螺栓2的端部能够抵顶在工件4上。固定螺栓2为六角螺栓，螺帽处焊有薄板，固定螺栓2用于固定衬垫3与工件4的相对位置，保证工件4与衬垫3密贴。

衬垫3上设置有冷却管道，冷却管道分布在u型成形槽301附近，冷却管道的一端连接有进水口管套302，其另外一侧连接有出水口管套303，进水口管套302和出水口管套303通过管路与冷却水箱连通，这样就形成冷却回路。

如图4至7所示，衬垫3与工件4相配合，根据待焊接工件4的不同，衬垫3的规格有多种，可以根据工件4选择相应的衬垫3。衬垫3包括双波峰波纹板焊接衬垫31、平板焊接衬垫32、l型钢板对接焊接衬垫33、带角度的l型板焊接衬垫34等。当需要焊接的工件4是平板双波峰波纹板的时候，选取双波峰波纹板焊接衬垫31；焊接带有波峰的平板不锈钢工件4的时候选取平板焊接衬垫32；而当焊接l型工件4或角铁结构的时候选取l型钢板对接焊接衬垫33，以及对角铁型结构成一定角度的焊接的时候，选取带角度的l型板焊接衬垫34。

本发明创造的焊接工艺为：

如图8至11所示，根据被焊工件4需要焊接位置的形状结构及尺寸大小，选择衬垫3的形状结构，如焊缝结构较为复杂可以选择两个或以上的工装进行辅助焊接。利用衬垫3安装螺栓将衬垫3固定到支撑板12上，将工件4装配到衬垫3与固定螺栓2之间，确保衬垫3的u型成型槽中心与工件4的焊缝中心对齐，并保证衬垫3和工件4密贴。旋紧固定螺栓2完成衬垫3与工件4相对位置的固定。在衬垫3上接入进水口管套302和出水口管套303，使衬垫3中的水形成循环系统，进行冷却。打开冷却水箱，通入冷却水，冷却水通过进水口管套302进入衬垫3中的冷却管道，通过出水口管套303排出，形成一套循环冷却过程。最后，打开焊接设备，开始焊接工件4。当焊接操作人员完成焊接作业后，再持续通入循环冷却水约1min，将衬垫3拆下，对成型后的工件4的焊缝进行修磨处理，确保焊缝外形的美观，即完成了工件4焊接背面成型操作。

本发明创造的衬垫3与工件4贴合严密，u型成形槽301与焊缝定位准确、无偏移，焊缝最终成型效果好，并且通用性好，通过更换衬垫3可适用于不同项目、不同部位、不同形状需要背透的工件4焊接。同时不同的衬垫3都加有冷却管道，通过进出水口形成循环冷却系统，焊接后能即时对焊缝以及热影响区进行冷却，避免焊后长时间高温状态，工件4变形过大。同时焊后对焊缝融合区及时冷却，避免焊接接头部位高温停留时间较长，焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变，避免产生热裂纹；避免奥氏体在过热去温度长时间的停留，使奥氏体在晶界处析出碳化铬，造成晶界处贫铬，形成“刀蚀”现象。另外本发明使用方便，可灵活便捷地固定在被焊的工件上，实现工件全位置单面焊双面成型的焊接工艺要求，焊接时无需工人手工贴紧衬垫3，节省一个人力，提升了劳动效率。

针对于现有一般不锈钢单面焊接双面成型的焊接方式，本发明创造根据不锈钢轨道车辆生产实际过程中焊接所出现的缺陷进行设计制造，实现不同形状不锈钢焊后焊缝的美观性，使不锈钢件焊接后，不至于出现熔池漏液、未焊透等缺陷，造成焊缝成型质量差；以及由于不锈钢弧焊后变形量较大，装置自带的水冷却系统可以使其焊后焊缝快速冷却减小变形量。同时可以实现不同形状工件4焊接的工装要求，实现全能一体化便于使用，以替代不同垫板背衬，在提高焊接质量的同时，使更加便捷并且实现空间利用最大化，可提高生产效率和质量，并大大节约生产成本。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。