一种薄壁鼓形壳体焊接装置及方法与流程

1.本发明涉及薄壁鼓形壳体焊接技术领域，具体为一种薄壁鼓形壳体焊接装置及方法。


背景技术：

2.焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术。
3.通常，对于锅炉管道、车轮等的接长、轮辋及轮圈等环形薄壁工件都采用环形对焊，两焊接工件端面形状和尺寸相同，两工件的加热和塑性变形一致，焊后接头光滑、毛刺小、焊接过程简单而普遍使用。但对于中间工件直径大、两端工件口部直径较小的鼓形零件对焊的情况，对焊接装置及焊接方法要求较高，尤其是对工件的焊接定位及夹具的装卸、焊后减少变形等对工装的设计要求更高，但是现有技术中没有记载相关的技术内容。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中对于中间工件直径大、两端工件口部直径较小的鼓形零件对焊的定位、形变和夹具的装卸问题，本发明提供了一种薄壁鼓形壳体焊接装置，包括：
5.芯轴，所述芯轴从大端到小端依次包括第一螺纹段、定位段、锥形段、挤压段、第二螺纹段和平面段，所述第一螺纹段螺接有方螺母，所述定位段套设有定位套，所述锥形段外设有涨块，所述挤压段套设有定距套，所述第二螺纹段套设有锁紧螺母；
6.所述定位套靠近所述涨块的一端设有定位块，所述涨块设有相应的定位槽，所述涨块的另一端设有凸沿；所述涨块的数量为多个，多个所述涨块为中间薄两端厚的u形结构。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述鼓形壳体包括上封头、筒体和下封头，所述上封头的中心设有与所述上封头连通的第一封头管，所述下封头的中心设有与所述下封头连通的第二封头管，所述筒体为上下贯穿的筒形；所述第二封头管套设于所述定位套并与所述凸沿抵接；所述筒体套设于所述涨块并与所述下封头抵接；所述第一封头管套设于所述挤压段，所述上封头与所述筒体抵接。
9.所述涨块的外壁与所述筒体配合，所述涨块上下两端的外壁都设有铜垫，所述铜垫的外壁设有环形槽，所述下封头与所述筒体的搭接处和所述上封头与所述筒体的搭接处分别与所述环形槽对应；所述涨块的内壁设有取件槽。
10.所述定距套的一端与所述上封头的内壁贴合，所述定距套的另一端与多个所述涨块抵接。
11.还包括安装座，所述安装座设有贯穿上下端面的空腔，所述安装座的上端面开设有沉孔；所述凸沿与所述沉孔抵接。
12.所述锁紧螺母和所述第一封头管之间设有垫圈。
13.所述平面段的一个侧壁为平面。
14.还包括扳手，所述扳手包括u形开口的扳手本体和手柄，所述扳手本体和所述手柄固定连接。
15.还包括取件钩，所述取件钩的一端为u形，另一端为方形。
16.一种如权利要求1-9中任一项所述的薄壁鼓形壳体焊接装置的方法，
17.s1：将所述薄壁鼓形壳体焊接装置与鼓形壳体装配；
18.s2：固定芯轴，旋转锁紧螺母向鼓形壳体提供压力；
19.s3：对上封头与筒体、下封头与筒体的搭接处进行圆周焊接。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
21.本发明采用类似多瓣涨套式的原理，中间以多瓣环形涨块定位，涨块的内壁为斜面并与芯轴的锥形段配合自动导正使各瓣涨块同轴，锥面磨损可自动补偿，通过安装在芯轴两端的锁紧螺母和方螺母，施加外力使锁紧螺母和方螺母靠近或远离，芯轴进行上下运动，使各涨块轴径发生变化，使涨块与工件内表面涨紧或松开。当涨块涨紧时，对工件产生挤压，使工件焊缝搭接处的零件对齐，实现对中间工件直径大、两端工件口部直径较小的鼓形零件对焊。该装置设计新颖、结构紧凑、定位夹紧可靠，装卸方便，可操作性强。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明的部分结构示意图；
24.图2是本发明的定位套结构剖视图；
25.图3是本发明的定位套的立体图；
26.图4是本发明的涨块的立体图；
27.图5是本发明的涨块的仰视图；
28.图6是图5中a-a向的剖视图；
29.图7是鼓形壳体的剖视图；
30.图8是本发明的定距套的剖视图；
31.图9是本发明的安装座的剖视图；
32.图10是本发明的扳手的部分剖视图；
33.图11是本发明的取件钩示意图；
34.图12是本发明的芯轴的部分剖视图。
35.附图标记：
36.10、芯轴；101、第一螺纹段；102、定位段；103、锥形段；104、挤压段；105、第二螺纹段；106、平面段；11、方螺母；12、定位套；121、定位块；122、凸沿；13、涨块；131、定位槽；132、取件槽；133、铜垫；134、环形槽；135、第一涨块；136、第二涨块；14、定距套；15、垫圈；16、锁紧螺母；17、鼓形壳体；171、上封头；172、第一封头管；173、筒体；174、下封头；175、第二封头管；18、安装座；19、沉孔；20、扳手；21、取件钩。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
38.图1示例了本发明的部分结构示意图，图2示例了本发明的定位套12结构剖视图，图3示例了本发明的定位套12的立体图，图4示例了本发明的涨块13的立体图，图5示例了本发明的涨块13的仰视图，图6示例了图5中a-a向的剖视图，如图1-6所示，本实施例的薄壁鼓形壳体17焊接装置，包括：芯轴10，芯轴10从大端到小端依次包括第一螺纹段101、定位段102、锥形段103、挤压段104、第二螺纹段105和平面段106，第一螺纹段101螺接有方螺母11，定位段102套设有定位套12，锥形段103外设有涨块13，挤压段104套设有定距套14，第二螺纹段105套设有锁紧螺母16。定位套12靠近涨块13的一端设有定位块121，涨块13设有相应的定位槽131，涨块13的另一端设有凸沿122；涨块13的数量为多个，多个涨块13为中间薄两端厚的u形结构。
39.这里需要说明的是，定位块121的数量为多个，多个定位块121沿定位套12的中心轴呈圆周阵列分布，定位块121与定位槽131配合，对涨块13起定位作用。第一螺纹段101和定位段102之间螺纹有退刀槽。锥形段103和挤压段104的连接处设有轴肩。通过将鼓形壳体17工件套设于本实施例的薄壁鼓形壳体17焊接装置，旋转锁紧螺母16，对工件和涨块13施加压力，各瓣涨块13贴在芯轴10上位置直径变大，涨块13涨紧，对工件产生挤压，使工件焊缝搭接处的零件对齐，实现对中间工件直径大、两端工件口部直径较小的鼓形零件对焊。
40.根据本发明的实施例，图7示例了鼓形壳体17的剖视图，如图7所示，鼓形壳体17包括上封头171、筒体173和下封头174，上封头171的中心设有与上封头171连通的第一封头管172，下封头174的中心设有与下封头174连通的第二封头管175，筒体173为上下贯穿的筒形；第二封头管175套设于定位套12并与凸沿122抵接；筒体173套设于涨块13并与下封头174抵接；第一封头管172套设于挤压段104，上封头171与筒体173抵接。
41.这里需要说明的是，第一封头管172、筒体173和第二封头管175同轴。
42.根据本发明的实施例，如图1所示，涨块13的外壁与筒体173配合，涨块13上下两端的外壁都设有铜垫133，铜垫133的外壁设有环形槽134，下封头174与筒体173的搭接处和上封头171与筒体173的搭接处分别与环形槽134对应；涨块13内壁设有取件槽132。
43.这里需要说明的是，取件槽132最好设置于涨块13底部，涨块13的最大端能通过第二封头管175，方便取出。在另一实施例中，涨块13可以有八块，八块涨块13间隙配合、围合成圆柱体，该圆柱体有贯穿上下端面的空腔，该空腔中间大，两端小；该八块涨块13中有两个相对的涨块13为直条形，其他的涨块13为扇形，相对的涨块13形状相同；该八块涨块13中有四块涨块13的底部设有定位槽131，即第一涨块135，第一涨块135包括扇形的涨块13和直条形涨块13，其余四块涨块13的底部没有定位槽131，即第二涨块136，第一涨块135和第二涨块136相间排列。安装涨块13时，利用定位块121与定位槽131配合，将第一涨块135套设于定位套12，再将筒体173套设于第一涨块135外，然后在第一涨块135之间放入相应的第二涨块136。涨块13之间留有间隙，方便将多个涨块13装配成圆柱体，防止涨块13热胀冷缩对夹具或工件产生影响。涨块13的上下端都设有台阶轴，铜垫133抱住台阶轴并用螺钉对铜垫133进行定位，铜垫133的环形槽134为焊缝搭接处，环形槽134使工件与夹具之间留有空隙，
有助于焊缝成形，且铜垫133有很好的导热和散热性能。
44.根据本发明的实施例，图8示例了本发明的定距套14的剖视图，如图8所示，定距套14的一端与上封头171的内壁贴合，定距套14的另一端与多个涨块13抵接。
45.这里需要说明的是，定距套14为工字形空心轴，定距套14的上端面为曲面，曲面的形状和尺寸与上封头171的内表面一致；定距套14的底面为平面，定距套14的底面与涨块13接触，使多个涨块13的上端面处于同一平面。定距套14的外壁设有第一环形槽134，用于减少定距套14的重量及方便拿取。定距套14的外径小于第二封头管175的内径，方便将定距套14从鼓形壳体17取出。
46.根据本发明的实施例，图9示例了本发明的安装座18的剖视图，如图9所示，还包括安装座18，安装座18设有贯穿上下端面的空腔，安装座18的上端面开设有沉孔19；凸沿122与沉孔19抵接。安装座18对定位套12起支撑和限位作用。
47.根据本发明的实施例，如图1所示，锁紧螺母16和第一封头管172之间设有垫圈15。垫圈15用于保护工件的表面不受锁紧螺母16擦伤，分散锁紧螺母16对工件的压力。
48.根据本发明的实施例，如图1所示，平面段106的一个侧壁为平面，平面段106最好为两个相对的侧壁设为平面，方便普通扳手20夹持，对芯轴10进行固定。
49.根据本发明的实施例，图10示例了本发明的扳手20的部分剖视图，如图10所示，还包括扳手20，扳手20包括u形开口的扳手20本体和手柄，扳手20本体和手柄固定连接，例如扳手20本体和手柄通过螺纹连接后焊牢。扳手20用于方螺母11的拆装，扳手20的u形开口与方形螺母的外形一致。
50.根据本发明的实施例，图11示例了本发明的取件钩21示意图，如图11所示，还包括取件钩21，取件钩21的一端为u形，另一端为方形。取件钩21可以由圆钢弯制而成，一端弯成浅u形便于钩住涨块13内的取件槽132，从第二封头管175拉出，另一端弯成长方形便于用手抓握。
51.在另一实施例中，图12示例了本发明的芯轴10的部分剖视图，如图12所示，芯轴10为中空锥形阶梯轴，第一螺纹段101、定位段102、锥形段103为空心结构，第一螺纹段101的空腔与堵头组焊，堵头的大端插入空腔中，端面齐平后在坡口处焊接，堵头的小端铣六方供扳手20用。第一螺纹段101车外螺纹，方螺母11与第一螺纹段101通过螺纹连接，方螺母11对定位套12起限位的作用，并对堵头和第一螺纹段101的连接处起紧固作用。第一螺纹段101和定位段102之间螺纹有退刀槽。芯轴10设计为中空结构能减少重量。
52.本实施例的薄壁鼓形壳体17焊接装置的使用方法，
53.s1：将薄壁鼓形壳体17焊接装置与鼓形壳体17装配；
54.先把方螺母11拧在芯轴10的第一螺纹段101，使方螺母11的上端面位于芯轴10的退刀槽端面的下方，把定位套12套于芯轴10上，再把定位套12的凸沿122放进安装座18的沉孔19中。把盖状的下封头174开口朝上，第二封头管175套在定位套12外面并与凸沿122抵接。此时，芯轴10下端面立在工作台上，定位套12套设于定位段102和锥形段103。然后把多个第一涨块135依次装在定位套12的定位块121，在第一涨块135外套设工件的筒体173，使筒体173的下端面与下封头174的上端面接触对齐，再依次将第二涨块136装入第一涨块135的间隙中。此时，因芯轴10下端面立在工作台上，各瓣涨块13贴在芯轴10上位置直径比工作位置直径小，方便涨块13装入。接着把定距套14从芯轴10上端装入，用于压平各瓣涨块13。
装入盖状的上封头171，第一封头管172套设于挤压段104，并盖在定距套14上，使上封头171大端外圆周与筒体173外圆周齐平。然后，从芯轴10上面小端依次装入垫圈15和锁紧螺母16。
55.s2：固定芯轴10，旋转锁紧螺母16向鼓形壳体17提供压力；
56.用一普通扳手20卡住铣有平面的平面段106，使芯轴10不能转动。另用一普通扳手20把锁紧螺母16旋向芯轴10的大端。随着锁紧螺母16的不断旋入，工件和涨块13不断被压缩，相对工件来说，即芯轴10上移，随着与涨块13接触的锥面直径增大，推动各瓣涨块13径向外移，涨紧筒体173和上、下封头174焊接搭接处，当芯轴10的锥形段103与挤压段104连接处的轴肩与定距套14的下端面接触时，停止拧紧锁紧螺母16，再拧紧方螺母11，确保多瓣涨块13的各涨块13平齐，且涨紧量一致。
57.s3：对上封头171与筒体173、下封头174与筒体173的搭接处进行圆周焊接；
58.按工艺要求设定好各焊接工艺参数，在上封头171与筒体173、下封头174与筒体173圆周焊接搭接处对称位置均布焊四点，进行工件的初步定位。然后均匀环焊一周，根据材质和厚度的不同，决定焊接的次数。焊后连同夹具一起冷却，释放焊接压力、时效。
59.用扳手20夹住芯轴10的平面段106，旋下锁紧螺母16，取出垫圈15。在芯轴10平面段106轻轻敲打，使芯轴10相对下移，并从定位套12下端取出；接着取出定位套12，再用取件钩21分别钩住涨块13的取件槽132，将涨块13依次取出，涨块13全部取出后，再取出定距套14。
60.本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案，实施例中未提及的、能实现实施例中相关功能的结构为现有技术。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。