圆管直缝焊接工装及圆管直缝焊接变形控制方法

摘要

本发明公开了一种圆管直缝焊接工装，属于圆管焊接技术领域，包括机架、固定支座和芯轴，所述芯轴具有固定部和伸出部，所述固定部固定安装于所述固定支座上，所述伸出部的上表面固定安装有两相对设置的反变形衬板，每所述反变形衬板均沿所述芯轴的轴线方向延伸，两所述反变形衬板之间设有间隙，两个所述反变形衬板与所述芯轴的外表面共同形成衬套，所述衬套的横截面呈圆缺形；所述机架上还设有由夹紧机构驱动的两相对设置的压板。本发明还公开了一种采用上述圆管直缝焊接工装的圆管直缝焊接变形控制方法。本发明可以有效减小焊接变形，保证圆管的尺寸精度，同时生产效率高，通用性好。

说明书

技术领域

本发明属于圆管焊接技术领域，具体涉及一种圆管直缝焊接工装，还涉及 一种圆管直缝焊接变形控制方法。

背景技术

直径φ60mm～φ200mm，壁厚≤2mm的低碳钢圆管属于非标型材，实际生产 中多采用先将板材卷成圆筒，再采用CO₂气保焊焊接纵缝而成，焊缝一般采用搭 接或对接形式。

目前，国内圆管直缝多采用专机焊接，其焊接工装一般为一端固定，一端 敞开式结构，焊缝位置采用压板压紧等方式固定圆管，压紧装置多为“U”形分 体式结构。在焊接时，由于压板与圆筒接触面积小，并且焊接工装没有反变形 装置，导致圆筒焊后接头处易变形，圆管端面成“桃形”，特别是焊接1mm～2mm 的薄板件时变形更为严重。如何控制焊接变形是直缝焊接工装设计的难点。

另外，现有的焊接工装还存在通用性不强、零件安装不方便等问题。这些 都会直接影响到零件的焊接质量和生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种圆管直缝焊接工装，以解决圆管 直缝焊接时接口易变形，并且现有焊接工装生产效率低以及通用性差的技术问 题。

作为同一种技术构思，本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种圆 管直缝焊接变形控制方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：圆管直缝焊接工装， 包括机架，所述工装还包括固定支座和芯轴，所述固定支座设于所述机架上， 所述芯轴具有固定部和伸出部，所述固定部固定安装于所述固定支座上，所述 伸出部的上表面固定安装有两相对设置的反变形衬板，每所述反变形衬板均沿 所述芯轴的轴线方向延伸，两所述反变形衬板之间设有间隙，每个所述反变形 衬板的上表面均为平面，两个所述反变形衬板与所述芯轴的外表面共同形成用 于安装圆管的衬套，所述衬套的横截面呈圆缺形；所述机架上还设有由夹紧机 构驱动的两相对设置的压板，两所述压板分别位于所述间隙的两侧且均沿所述 芯轴的轴线方向延伸。

作为一种改进，所述夹紧机构包括：两根固定轴，两所述固定轴分别位于 所述芯轴的两侧且均沿所述芯轴的轴线方向延伸，每根所述固定轴均安装在两 相对设置的支撑座上，每个所述支撑座均固定安装于所述机架上，每根所述固 定轴上铰接有至少一个压紧爪；两个连杆，每个所述连杆的一端通过同一铰接 轴铰接直线驱动装置，另一端分别通过旋转轴铰接相应所述压紧爪的一端，所 述压紧爪的另一端固定安装于相应的所述压板上。

作为进一步的改进，所述直线驱动装置为气缸，所述铰接轴设置在所述气 缸的活塞杆上。

作为一种改进，所述压板为铜质压板，所述反变形衬板为铜质反变形衬板。

作为一种改进，两个所述反变形衬板为一体结构衬板，所述间隙为设置在 所述一体结构衬板上的缺口。

作为一种改进，所述芯轴和两个所述反变形衬板为一体结构。

作为一种改进，所述固定支座有两个，靠近所述伸出部的所述固定支座上 具有垂直定位面，所述垂直定位面朝向所述伸出部设置且所述垂直定位面上刻 有标尺。

作为一种改进，所述机架包括焊接台架和设置在所述焊接台架上方的工作 台，所述固定支座设置在所述工作台上。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：圆管直缝焊接变形控 制方法，采用上述圆管直缝焊接工装，包括以下步骤：

(1)将待焊接的圆管装配到所述衬套上，并将待焊接的圆管的直缝对准所 述间隙；

(2)启动所述夹紧机构带动两个所述压板下行，通过所述压板将待焊接的 圆管压紧在所述反变形衬板上，使待焊接的圆管的焊接部位产生局部变形，与 所述反变形衬板的上表面良好贴合；

(3)焊接；

(4)焊接结束后，通过所述夹紧机构带动两个所述压板上行，松开焊接后 的圆管；

(5)取下焊接后的圆管。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于圆管直缝焊接工装设计了固定支座、芯轴、两个反变形衬板、夹紧机 构和两个压板，两个所述反变形衬板与所述芯轴的外表面共同形成用于安装圆 管的衬套，所述衬套的横截面呈圆缺形，因而在使用时，将待焊接的圆管装配 到所述衬套上，并将待焊接的圆管的直缝对准所述间隙，然后启动所述夹紧机 构带动两个所述压板下行，通过所述压板将待焊接的圆管压紧在所述反变形衬 板上，使待焊接的圆管的焊接部位产生局部变形，与所述反变形衬板的上表面 良好贴合，使得压紧部位由现有的圆弧形变成小平面，保证焊缝成型良好，当 焊后松开压板时，圆管焊接部位恢复圆弧形状，即利用反变形控制圆管焊后的 形状，可有效控制圆管焊后变形。

又由于两所述压板均沿所述芯轴的轴线方向延伸，因而通过将压板设计成 整体式压板，压紧力更强，便于工件产生反变形，同时也保证了焊接过程中焊 缝固定不动，焊枪角度容易调节，焊接时方便观察焊缝。

同时通过更换芯轴和两个反变形衬板，可适应多种规格工件的焊接要求。

本发明提供的圆管直缝焊接工装及圆管直缝焊接变形控制方法可以有效减 小焊接变形，保证圆管的尺寸精度，同时生产效率高，通用性好。

由于所述夹紧机构包括：两根固定轴，每根所述固定轴上铰接有至少一个 压紧爪；两个连杆，每个所述连杆的一端通过同一铰接轴铰接直线驱动装置， 另一端分别通过旋转轴铰接相应所述压紧爪的一端，所述压紧爪的另一端固定 安装于相应的所述压板上，在压紧待焊接的圆管时，通过直线驱动装置带动连 杆推动旋转轴转动，从而使压紧爪绕固定轴转动，进而带动压板下行，通过压 板将待焊接的圆管压紧在反变形衬板上；在焊接结束后，再使压板上行，将焊 接后的圆管松开，使得夹紧机构操作方便。

由于所述直线驱动装置为气缸，所述铰接轴设置在所述气缸的活塞杆上， 采用气缸作为动力源，结构简单，成本低。

由于所述压板为铜质压板，所述反变形衬板为铜质反变形衬板，采用铜材 制成的压板和反变形衬板，容易清理焊接飞溅并可对焊缝有一定冷却作用。

由于两个所述反变形衬板为一体结构衬板，或者所述芯轴和两个所述反变 形衬板为一体结构，这样可以减少零部件的数量，方便了安装。

由于所述固定支座有两个，靠近所述伸出部的所述固定支座上具有垂直定 位面，所述垂直定位面朝向所述伸出部设置且所述垂直定位面上刻有标尺，因 而在安装待焊接的圆管时，可以通过垂直定位面限定圆管的轴向位置，并通过 标尺使待焊接的圆管对准焊缝位置，使得待焊接的圆管定位准确。

由于所述机架包括焊接台架和工作台，所述固定支座设置在所述工作台上， 便于操作者取放工件。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图2中A处局部放大示意图；

图4是本发明实施例的立体图；

图中：1、机架，11、焊接台架，12、工作台，2、固定支座，21、垂直定 位面，3、芯轴，31、固定部，32、伸出部，4、反变形衬板，5、间隙，6、夹 紧机构，61、固定轴，62、支撑座，63、压紧爪，64、连杆，65、铰接轴，66、 直线驱动装置，661、气缸，67、旋转轴，7、压板，8、圆管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4共同所示，一种圆管直缝焊接工装，包括机架1，工装还包括 固定支座2和芯轴3，固定支座2设于机架1上，芯轴3具有固定部31和伸出 部32，固定部31固定安装于固定支座2上，在本实施例中，芯轴3水平设置， 且为了减轻芯轴的重量，芯轴3采用空心结构，伸出部32的上表面固定安装有 两相对设置的反变形衬板4，每个反变形衬板4均沿芯轴3的轴线方向延伸，两 个反变形衬板4之间设有间隙5，每个反变形衬板4的上表面均为平面，两个反 变形衬板4与芯轴3的外表面共同形成用于安装圆管的衬套，衬套的横截面呈 圆缺形，即圆柱沿轴线方向，上表面去掉一部分材料；机架1上还设有由夹紧 机构6驱动的两相对设置的压板7，两个压板7分别位于间隙5的两侧且均沿芯 轴3的轴线方向延伸。

上述夹紧机构6包括：两根固定轴61，两根固定轴61分别位于芯轴3的两 侧且均沿芯轴3的轴线方向延伸，每根固定轴61均安装在两相对设置的支撑座 62上，每个支撑座62均固定安装于机架1上，每根固定轴61上铰接有至少一 个压紧爪63，在本实施例中，每根固定轴61上铰接有两个压紧爪63；两个连 杆64，每个连杆64的一端通过同一铰接轴65铰接直线驱动装置66，另一端分 别通过旋转轴67铰接相应压紧爪63的一端，压紧爪63的另一端固定安装于相 应的压板7上。

上述直线驱动装置66优选为气缸661，铰接轴65设置在气缸661的活塞杆 上。在本实施例中，气缸661竖向设置，采用气缸661作为动力源，结构简单， 成本低。当然，直线驱动装置66也可以选用电动缸、油缸等等，都可以实现铰 接轴65的上下运动，本领域技术人员可根据实际情况自行选择，在此不再赘述。

为了便于清理焊接飞溅，上述压板7优选为铜质压板，反变形衬板4优选 为铜质反变形衬板，这样不仅便于清理焊接飞溅，并可对焊缝有一定冷却作用。 当然，上述压板7和反变形衬板4的材质还可以选用铝合金、铝等等，在此不 再赘述。

作为一种替代方式，为了减小零部件的数量，方便安装，两个反变形衬板4 为一体结构衬板，间隙5为设置在所述一体结构衬板上的缺口。或者作为另一 种替代方式，芯轴3和两个反变形衬板4为一体结构。

为了使待焊接的圆管在安装到衬套上实现精确定位，上述固定支座2有两 个，靠近伸出部32的固定支座2上具有垂直定位面21，垂直定位面21朝向伸 出部32设置且垂直定位面21上刻有标尺，这样可以通过垂直定位面21限定圆 管的轴向位置，并通过标尺使待焊接的圆管对准焊缝位置，使得待焊接的圆管 定位准确。

为了方便操作，机架1包括焊接台架11和设置在焊接台架11上方的工作 台12，上述固定支座2设置在工作台12上，便于操作者取放工件。

其工作原理如下：

在使用时，将待焊接的圆管8装配到衬套上，并将待焊接的圆管8的直缝 对准间隙5，然后启动夹紧机构6带动两个压板7下行，夹紧机构6在动作时， 气缸661的活塞杆向上伸出，带动连杆64推动旋转轴67转动，从而使压紧爪 63绕固定轴61转动，进而带动压板7下行，通过压板7将待焊接的圆管8压紧 在反变形衬板4上，使待焊接的圆管8的焊接部位产生局部变形，与反变形衬 板4的上表面良好贴合，使得压紧部位由现有的圆弧形变成小平面，然后通过 焊枪对圆管8进行焊接，保证焊缝成型良好；在焊接结束后，再使气缸661的 活塞杆向下滑动，带动连杆64推动旋转轴67转动，从而使压紧爪63绕固定轴 61转动，进而带动压板7上行，将焊接后的圆管松开，圆管焊接部位恢复圆弧 形状，即利用反变形控制圆管焊后的形状，可有效控制圆管焊后变形。

又由于两个压板7均沿芯轴3的轴线方向延伸，因而通过将压板7设计成 整体式压板，压紧力更强，便于工件产生反变形，同时也保证了焊接过程中焊 缝固定不动，焊枪角度容易调节，焊接时方便观察焊缝。

同时通过更换芯轴3和两个反变形衬板4，可适应多种规格工件的焊接要求。

本发明实施例提供的圆管直缝焊接工装，可满足CO₂气保焊、TIG焊 (TungstenInertGasWelding，非熔化极惰性气体钨极保护焊)、MAG焊(Metal ActiveGasArcWelding，熔化极活性气体保护电弧焊)等多种焊接工艺，通 用性较强。整个焊接工装结构新颖、操作简单，与焊接电源、焊枪行走机构等 配套成专机使用，自动化程度高，在实际生产中发挥巨大作用。

本发明实施例还公开了一种圆管直缝焊接变形控制方法，采用上述圆管直 缝焊接工装，包括以下步骤：

(1)将待焊接的圆管8装配到衬套上，并将待焊接的圆管8的直缝对准间 隙5；

(2)启动夹紧机构6带动两个压板7下行，通过压板7将待焊接的圆管8 压紧在反变形衬板4上，使待焊接的圆管8的焊接部位产生局部变形，与反变 形衬板4的上表面良好贴合；

(3)焊接；

(4)焊接结束后，通过夹紧机构6带动两个压板7上行，松开焊接后的圆 管；

(5)取下焊接后的圆管。

本发明实施例提供的圆管直缝焊接工装及圆管直缝焊接变形控制方法可以 有效减小焊接变形，保证圆管的尺寸精度，同时生产效率高，通用性好。

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