高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置

摘要

高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置，它涉及一种焊缝整形装置。本发明解决了机械加工焊缝整形存在的对工件进行重复装夹，费时费力，不利于推广，焊后机械加工过程增加焊缝表面微裂纹对承受动载的构件产生不利影响的问题。本发明的空气锤的锤头与冲击杆的上端固定连接，导向套的下端安装在碾压轮导向架的台肩孔内，碾压轮支座设置在碾压轮导向架的安装孔内，冲击杆与碾压轮支座通过冲击杆轴连接，前碾压轮和后碾压轮前后并列设置，前碾压轮通过一个轴销与碾压轮导向架上相应的一对第二纵向长圆孔连接，后碾压轮通过剩余的一个轴销与碾压轮导向架上剩余的一对第二纵向长圆孔连接。本发明适用于对焊缝的整形。

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊缝整形装置，具体涉及一种高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置。

背景技术

高强钢焊接的主要问题是：按等强匹配原则选择焊接填充材料施焊时，不仅容易引发冷裂纹缺陷、造成焊缝韧性储备不足，而且高强钢焊接的专用焊材的开发也需要一定的周期。目前通常采用焊前预热和焊后热处理等措施进行高强钢冷裂纹控制，工人劳动条件十分恶劣。

为改善劳动条件、简化焊接工艺和提高焊接结构安全性，高强钢应当选择低匹配的焊接接头。但是低匹配接头承载能力会降低，为了提高低匹配焊接接头的承载能力，有人提出了使低匹配接头焊缝屈服载荷不低于母材屈服载荷为判据的“等承载”结构设计思想，并且给出了高强钢低匹配接头“等承载”的实现条件以及满足等承载的焊缝几何参数。

如图6所示，高强钢低匹配“等承载”对接接头的焊缝几何参数有三个，分别是焊道宽度2w，焊趾半径r，余高h。根据“等承载”原则可以推导出合适的焊缝设计尺寸。我们称之为最优尺寸。

传统的获得最优尺寸的整形方法是焊接后对冷态的焊缝金属进行机械加工。这种方法虽然可以获得符合要求的焊缝形状，但需要对工件进行重复装夹，费时费力，不利于推广。同时焊后机械加工过程有增加焊缝表面微裂纹的危险，对承受动载的构件有不利影响。针对上述焊后机械加工焊缝整形的不足，设计一种焊缝成形装置已经成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决机械加工焊缝整形存在的对工件进行重复装夹，费时费力，不利于推广，焊后机械加工过程增加焊缝表面微裂纹对承受动载的构件产生不利影响的问题，进而提供一种高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置。

本发明的技术方案是：高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置包括定位机架和空气锤；焊缝整形装置还包括第一固定套、第二固定套、导向套、冲击杆、碾压轮导向架、碾压轮支座、前碾压轮、后碾压轮、连接销钉、冲击杆轴、两个轴销、两个第一拉伸弹簧、两个第二拉伸弹簧、两个第三拉伸弹簧和多个紧固螺钉，所述碾压轮导向架的上端面上开有台肩孔，碾压轮导向架的下端面上开有安装孔，所述安装孔与台肩孔连通，碾压轮导向架的中部外壁上开有两个第一纵向长圆孔，且两个第一纵向长圆孔同轴，碾压轮导向架的下部外壁上前后开有两对第二纵向长圆孔，且每对第二纵向长圆孔同轴，所述碾压轮支座的上端面上开有沉孔，所述第一固定套套在空气锤的工作缸的外壁上，且第一固定套与定位机架固定连接，第一固定套与空气锤的空气锤把手之间连接有两个第一拉伸弹簧，所述空气锤的锤头伸入导向套内，冲击杆置于导向套内，空气锤的锤头与冲击杆的上端固定连接，冲击杆上安装有连接销钉，且连接销钉的两端穿出导向套，导向套的下端安装在碾压轮导向架的台肩孔内，且导向套通过多个紧固螺钉与碾压轮导向架固定连接，第二固定套套在导向套的外壁上，且第二固定套与定位机架固定连接，第二固定套通过两个第二拉伸弹簧与相应的两个紧固螺钉连接，连接销钉的两端各通过一个第三拉伸弹簧与相应的紧固螺钉连接，所述碾压轮支座设置在碾压轮导向架的安装孔内，所述冲击杆的下端伸出导向套置于碾压轮支座的沉孔内，且与沉孔的底面间歇撞击，冲击杆与碾压轮支座通过冲击杆轴连接，冲击杆轴与冲击杆过渡配合，冲击杆轴与碾压轮支座间隙配合，冲击杆轴的两端穿出碾压轮导向架上的第一纵向长圆孔，前碾压轮和后碾压轮前后并列设置，前碾压轮通过一个轴销与碾压轮导向架上相应的一对第二纵向长圆孔连接，后碾压轮通过剩余的一个轴销与碾压轮导向架上剩余的一对第二纵向长圆孔连接，所述碾压轮支座的下端开有一个与前碾压轮仿形的第一凹槽，碾压轮支座的下端还开有一个与后碾压轮仿形的第二凹槽，前碾压轮与第一凹槽配合，后碾压轮与第二凹槽配合。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置通过使用两个前后放置的冲击碾压轮对焊缝进行冲击碾压。本发明的高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置无需对工件进行重复装夹，省时省力，便于推广，还减少了焊缝表面微裂纹。本发明利用焊接冷却过程中的余热，从而保证被作用局域金属具有较好的塑性变形能力。本发明的高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置获得了低匹配等承载高强钢焊接接头，提高了焊缝整形的效率，降低了工作强度，有利于提高焊接质量和有助于高强钢低匹配焊接接头设计技术的推广。本发明的高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置还具有轻便、可靠、效率高的优点，尤其适用于对高强钢对接焊缝进行随焊整形。

附图说明

图1是本发明的整体结构的主视图，图2是本发明的整体结构的侧视图（局部剖），图3是碾压轮支座5的主视图，图4是前碾压轮6的主视图，图5是后碾压轮7的主视图，图6是高强钢低匹配“等承载”对接接头的焊缝示意图，图7是具体实施方式六的前碾压轮6的主视图，图8是具体实施方式六的后碾压轮7的主视图，图9是具体实施方式七的前碾压轮6的主视图，图10是具体实施方式七的后碾压轮7的主视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置包括定位机架15和空气锤1；焊缝整形装置还包括第一固定套16、第二固定套17、导向套2、冲击杆3、碾压轮导向架4、碾压轮支座5、前碾压轮6、后碾压轮7、连接销钉10、冲击杆轴12、两个轴销9、两个第一拉伸弹簧18、两个第二拉伸弹簧19、两个第三拉伸弹簧20和多个紧固螺钉8，所述碾压轮导向架4的上端面上开有台肩孔4-1，碾压轮导向架4的下端面上开有安装孔4-2，所述安装孔4-2与台肩孔4-1连通，碾压轮导向架4的中部外壁上开有两个第一纵向长圆孔4-3，且两个第一纵向长圆孔4-3同轴，碾压轮导向架4的下部外壁上前后开有两对第二纵向长圆孔4-4，且每对第二纵向长圆孔4-4同轴，所述碾压轮支座5的上端面上开有沉孔5-1，所述第一固定套16套在空气锤1的工作缸1-1的外壁上，且第一固定套16与定位机架15固定连接，第一固定套16与空气锤1的空气锤把手1-2之间连接有两个第一拉伸弹簧18，所述空气锤1的锤头1-3伸入导向套2内，冲击杆3置于导向套2内，空气锤1的锤头1-3与冲击杆3的上端固定连接，冲击杆3上安装有连接销钉10，且连接销钉10的两端穿出导向套2，导向套2的下端安装在碾压轮导向架4的台肩孔4-1内，且导向套2通过多个紧固螺钉8与碾压轮导向架4固定连接，第二固定套17套在导向套2的外壁上，且第二固定套17与定位机架15固定连接，第二固定套17通过两个第二拉伸弹簧19与相应的两个紧固螺钉8连接，连接销钉10的两端各通过一个第三拉伸弹簧20与相应的紧固螺钉8连接，所述碾压轮支座5设置在碾压轮导向架4的安装孔4-2内，所述冲击杆3的下端伸出导向套2置于碾压轮支座5的沉孔5-1内，且与沉孔5-1的底面间歇撞击，冲击杆3与碾压轮支座5通过冲击杆轴12连接，冲击杆轴12与冲击杆3过渡配合，冲击杆轴12与碾压轮支座5间隙配合，冲击杆轴12的两端穿出碾压轮导向架4上的第一纵向长圆孔4-3，前碾压轮6和后碾压轮7前后并列设置，前碾压轮6通过一个轴销9与碾压轮导向架4上相应的一对第二纵向长圆孔4-4连接，后碾压轮7通过剩余的一个轴销9与碾压轮导向架4上剩余的一对第二纵向长圆孔4-4连接，所述碾压轮支座5的下端开有一个与前碾压轮6仿形的第一凹槽5-2，碾压轮支座5的下端还开有一个与后碾压轮7仿形的第二凹槽5-3，前碾压轮6与第一凹槽5-2配合，后碾压轮7与第二凹槽5-3配合。

本实施方式的定位机架15和空气锤1均为现有技术。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的冲击杆3的下端面为半球面。如此设置，冲击力更大。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的轴销9与碾压轮导向架4的第二纵向长圆孔4-4之间的单边间隙K为3mm-4mm。如此设置，预留足够的震动空间。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的前碾压轮6的焊趾成形半径R₁为6mm-8mm，后碾压轮7的焊趾成形半径R₂为9mm-10mm，前碾压轮6的余高H₁为6mm-7mm，后碾压轮7的余高H₂为4mm，前碾压轮6的焊道成形宽度W₁与后碾压轮7的焊道成形宽度W₂相等，前碾压轮6高度J₁和后碾压轮7的高度J₂相等。如此设置，前碾压轮6在热塑性状态下对焊缝金属进行冲击碾压以获得预定的圆滑过渡的焊趾形状；后碾压轮7紧跟其后对焊缝金属锤击以获得合适的焊缝余高与焊缝宽度尺寸并且降低焊接残余应力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的前碾压轮6和后碾压轮7均由Gr15材料制成。如此设置，具有较高的硬度，更适于碾压焊缝。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式一至具体实施方式五中的前碾压轮6和后碾压轮7均为一体轮。

具体实施方式六：结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式的前碾压轮6包括两个前轮体6-1和多个前调整垫圈6-2，所述两个前轮体6-1对称布置，且两个前轮体6-1的小直径端相对设置，所述多个前调整垫圈6-2置于两个前轮体6-1之间，且多个前调整垫圈6-2与两个前轮体6-1同轴设置，所述两个前轮体6-1和多个前调整垫圈6-2可拆卸连接在一起，后碾压轮7包括两个后轮体7-1和多个后调整垫圈7-2，所述两个后轮体7-1对称布置，且两个后轮体7-1的小直径端相对设置，所述多个后调整垫圈7-2置于两个后轮体7-1之间，且多个后调整垫圈7-2与两个后轮体7-1同轴设置，所述两个后轮体7-1和多个后调整垫圈7-2可拆卸连接在一起。如此设置，适用于焊道宽度较大的焊道。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式的前碾压轮6包括两个前轮体6-1和偶数个前调整垫圈6-2，所述两个前轮体6-1对称布置，且两个前轮体6-1的小直径端相对设置，偶数个前调整垫圈6-2分列在两个前轮体6-1的大直径端，且前调整垫圈6-2与前轮体6-1同轴设置，所述两个前轮体6-1和前调整垫圈6-2可拆卸连接在一起，后碾压轮7包括两个后轮体7-1和偶数个后调整垫圈7-2，所述两个后轮体7-1对称布置，且两个后轮体7-1的小直径端相对设置，偶数个后调整垫圈7-2分列在两个后轮体7-1的大直径端，且后调整垫圈7-2与后轮体7-1同轴设置，所述两个后轮体7-1和后调整垫圈7-2可拆卸连接在一起。如此设置，适用于焊道宽度较小的焊道。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式八：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的冲击杆3由Gr15材料制成。如此设置，具有较高的强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

工作原理：在焊接电弧的热作用下，焊缝金属经历加热和冷却两个过程。在冷却过程中，焊缝金属在离熔池左右两侧一定距离处仍处于较高的温度，前碾压轮6作用处的焊缝金属具有高的温度使该区域的焊缝金属屈服强度降低、塑性成型能力较好，在焊趾处易于获得所需的圆滑过渡；后碾压轮7作用处的焊缝金属的温度低于前碾压轮6作用处的焊缝金属的温度，但其仍具有一定的温度，以便获得所需的接头余高与宽度，并且通过后碾压轮7的随焊冲击碾压的作用降低焊接接头的焊接残余应力。本发明基于此原理设计的高强钢低匹配等承载焊接接头随焊冲击碾压焊缝整形装置。该装置中的前碾压轮6和后碾压轮7对处于较高温度的焊缝金属进行冲击碾压作用可以得到与接头设计形貌相符的焊接接头。通过该整形装置控制焊缝的几个重要的几何参数（焊趾半径、余高、焊缝宽度）以获得具有良好承载能力的低匹配等承载形状。空气锤1通过冲击杆3使前碾压轮6和后碾压轮7作高频振动。焊接工件的移动通过工作台来调节，被焊区域顺次经过焊枪，前碾压轮6、后碾压轮7。由前碾压轮6和后碾压轮7对焊缝的垂直向下的作用力产生的摩擦力使前碾压轮6和后碾压轮7在工件上的滚动。在实际使用中可根据母材和焊材的强度值以及焊接工艺参数选择适当的锤击工艺。比如在使用J422焊丝焊接高强钢Q620CF，空气锤1的压力定为0.2MP。