自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬船舶裝焊技術領域，具體涉及自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]國內外高速艦船主要采用鋁合金焊接而成，由于鋁合金在二三百攝氏度以上溫度的彈性模量和屈服強度很小，抗變形能力差；并且鋁合金材料的熱導率、熱膨脹系數大，焊接高溫區范圍較寬，焊接應力、變形比較大，導致這些鋁質船體組立、合攏等懸空位置焊接時，焊縫橫向收縮量和焊接變形量均比鋼質分段的大很多，鋁質船體結構焊后需要進行矯形處理。另外，該船體懸空位置焊接主要采用大電流TIG填絲深熔焊，焊縫背面需焊出較大尺寸焊縫，然后采用砂輪手工打磨成需要尺寸及形貌。這種焊接工藝會產生較大的焊接變形，浪費了大量焊材和人力、物力，降低了建造效率，焊縫根部很難打磨成需要形狀，將會降低焊接接頭的承載能力。
[0003]為解決上述問題，實際生產中采用裝焊卡碼、加強角鋁以及點焊等方法來進行輔助焊接。這些技術能在一定程度上控制焊接變形，但效果一般，主要原因是剛性約束不足。裝焊的卡碼和加強角鋁還要進行焊后打磨拆除，會損壞船體表面，影響美觀和使用性能；而且，該方法不能有效控制焊縫的錯邊問題，分段焊縫較長時，會出現分段疊邊等問題而影響船體組立與合攏。深熔焊接時，待焊縫根部要保持一定間隙，不能過大或過小。焊接過程中焊縫部位的熱膨脹與收縮導致待焊縫根部間隙不斷減小，需要點固焊縫來進行限制。整個焊接過程由于點固焊接、卡碼與角鋁的裝焊與拆除、焊縫背面打磨成形、焊后矯形等額外工序，大大降低了生產效率。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置和方法。
[0005]本發明的發明目的通過以下技術方案來實現:
[0006]自支撐控制懸空焊縫間隙及焊接變形的裝置，包括定位塊、上部剛性壓塊、下部剛性壓塊和成形槽，所述定位塊包括定位塊主體和定位部；所述定位部穿過焊縫根部間隙并嵌入成形槽中；所述上部剛性壓塊對稱的安裝在定位塊主體兩側，所述下部剛性壓塊具有與成形槽匹配的內凹部，所述成形槽安裝在內凹部中；所述上部剛性壓塊、下部剛性壓塊內部安裝有磁鐵。
[0007]優選的，所述定位部包含位于定位塊主體上的第一級凸出部，所述第一級凸出部嵌合在焊縫根部間隙中；所述定位部還包含位于第一級凸出部上的第二級凸出部，所述成形槽中部設有凹槽，所述凹槽設有限位槽，所述第二級凸出部嵌合在限位槽中。優選的，所述第一級凸出部的形狀與焊縫根部間隙相匹配，所述限位槽的形狀與第二級凸出部匹配。
[0008]優選的，所述定位塊、上部剛性壓塊、下部剛性壓塊、成形槽與船體壁板之間的接觸面為平面或曲面。
[0009]優選的，所述定位塊、上部剛性壓塊、下部剛性壓塊為中空結構；所述成形槽為實心結構。更優選的，所述定位塊、上部剛性壓塊、下部剛性壓塊采用鋁合金材料制成；所述成形槽采用不銹鋼材料制成。
[0010]優選的，每側相鄰的上部剛性壓塊之間可拆卸連接，相鄰的下部剛性壓塊之間可拆卸連接。更優選的，每側相鄰的上部剛性壓塊通過銷釘連接，相鄰的下部剛性壓塊通過銷釘連接。
[0011]一種船體懸空焊縫的焊接方法，使用本發明自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置焊接，包括以下步驟:
[0012]S1、在船體壁板待焊部位等距離安裝定位塊，定位塊的定位部穿過焊縫根部間隙并與成形槽嵌合；在定位塊的兩側分別安裝上部剛性壓塊；
[0013]S2、安裝成形槽，使其與定位部嵌合；在成形槽下面安裝下部剛性壓塊；
[0014]S3、從待焊部位的一端開始，在未安裝定位塊處焊接焊縫，每焊完一段上部剛性壓塊長的焊縫，將該段處定位塊拔出，焊接該定位塊處的焊縫，上、下部剛性壓塊保留不動；按照這個步驟焊接完所有焊縫，并等待焊縫溫度降低到室溫后，再分別拆除上、下部剛性壓塊。
[0015]優選的，定位塊的第一級凸出部與焊縫根部間隙嵌合，第二級凸出部與成形槽的限位槽嵌合。
[0016]與現有技術相比，采用本發明自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置及焊接方法具有如下優點:
[0017]1、使用方便、成本低、適應性強，可以自支撐動態控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形，既能控制焊縫橫向收縮，又能控制錯邊，而且可以減小焊接變形，并且保證焊縫背面成形好；
[0018]2、定位塊定位距離精確，拆裝方便，解決了傳統大量卡碼和加強角鋁的裝焊和拆除操作，大幅度提高了生產效率，也降低了焊接作業人員頻繁裝、卸卡碼與角鋁的勞動強度；
[0019]3、上下部剛性壓塊脫離自如，懸空焊縫根部間隙定位效果顯著，焊接變形與錯邊控制良好，不會損傷船體內外表面質量，工作效率高，顯著提高定位的穩定可靠性和有效抑制錯邊，降低焊接變形，焊接質量得到良好保證；
[0020]4、成形槽有利于保證大電流TIG深熔焊方法的手工、半自動、自動化單面焊雙面成形工藝順利進行，焊縫背面成形美觀，減少人工砂輪打磨工作量，大量節約焊材。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置的結構示意圖。
[0022]圖2為定位塊的結構示意圖。
[0023]圖3為上部剛性壓塊的連接結構示意圖。
[0024]圖4為下部剛性壓塊的結構示意圖。
[0025]圖5為下部剛性壓塊的連接結構示意圖。
[0026]圖6為定位塊與成形槽的定位示意圖。
[0027]圖7為圖6中A部分放大示意圖。
[0028]圖8為本發明實施例1中使用自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置的焊接方法時定位塊與船體壁板嵌合示意圖。
[0029]圖9為本發明實施例1中使用自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置的焊接方法時安裝上部剛性壓塊后示意圖。
[0030]圖10為本發明實施例1中使用自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置的焊接方法時安裝下部剛性壓塊和成形槽后示意圖。
[0031]圖11為本發明實施例2中使用自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置的焊接方法時安裝下部剛性壓塊和成形槽后示意圖。
[0032]附圖標記如下:
[0033]1、船體壁板，21、第一級凸出部，
[0034]2、定位塊，22、第二級凸出部，
[0035]3、上部剛性壓塊， 51、內凹部，
[0036]4、磁鐵，61、凹槽，
[0037]5、下部剛性壓塊， 62、限位槽，
[0038]6、成形槽，7、銷釘。
【具體實施方式】
[0039]為了更好的理解本發明，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0040]如圖1和圖4所示，本發明所述的自支撐控制懸空焊縫根部間隙及焊接變形的裝置，包括定位塊2、上部剛性壓塊3、下部剛性壓塊5和成形槽6，所述定位塊2包括定位塊主體和定位部，所述定位部穿過焊縫根部間隙11嵌入成形槽6中；所述上部剛性壓塊3對稱的安裝在定位塊主體兩側，所述下部剛性壓塊5具有與成形槽6匹配的內凹部51，所述成形槽6安裝在內凹部51中；所述上部剛性壓塊3、下部剛性壓塊5內部安裝有磁鐵4。所述定位部用于固定定位塊2，限制定位塊2的隨意滑動與脫落，保證根部間隙11定位準確。
[0041]優選的，如圖1和圖2所示，所述定位部包含位于定位塊主體上的第一級凸出部21，所述第一級凸出部21的形狀與焊縫根部間隙11相匹配，并嵌合在焊縫根部間隙11中。更優選的，所述第一級凸出部21的寬度與焊縫根部間隙11的寬度相同，其高度略大于船體壁板I的板厚；第一級凸出部的寬度與分段焊縫根部間隙寬度相同，可克服焊接過程中熔池前方因橫向收縮而導致分段焊縫根部間隙不斷變小的問題。在本發明中所述定位塊2優選的長度為40-60mm、寬度為40_60mm、高度為40_60mm。在本發明中焊縫根部間隙11的寬度與第一級凸出部21的寬度優選為2-4_。
[0042]更優選的，如圖1、圖2、圖6和圖7所示，所述定位部還包含位于第一級凸出部21上的第二級凸出部22 ;所述成形槽6中部設有凹槽61，所述凹槽61內進一步設有限位槽62，限位槽62的形狀與第二級凸出部22匹配，所述第二級凸出部22嵌合在限位槽62中。更進一步優選的，成形槽6沿凹槽61對稱，限位槽62寬度與第二級凸出部22的寬度相同，這使得成形槽6對稱分布在焊縫背面兩側，從而保證焊縫背面成形對稱。在本發明中所述第二級凸出部22優選的寬度為l_2mm、高度為2-3mm;成形槽6優選的長度為100_120mm、寬度為50-70mm、高度為50_60mm ;凹槽61優選的寬度為l_2mm、高度略小于第二級凸出部22的長度。
[0043]優選的，每側相鄰的上部剛性壓塊3之間可拆卸連接，相鄰的下部剛性壓塊5之間可拆卸連接，以便于拆裝。更優選的，每側相鄰的上部剛性壓塊3之間通過銷釘連接，相鄰的下部剛性壓塊5之間通過銷釘7連接。銷釘7連接可組成尺寸較長的剛性約束帶，上下部剛性壓塊可以繞著銷釘7轉動，以適應船體曲面型線的要求。為了更好的與定位塊2配合，在本發明中上部剛性壓塊3優選的長度為100-120mm、寬度為60_80mm、高度為60_80mm ；下部剛性壓塊5優選的長度為100-120_、寬度為160-200mm、高度為60_80_。
[0044]為了與上部剛性壓塊3和下部剛性壓塊5配合使用，本發明中磁鐵4優選的長度為70-80mm、寬度為25_35mm、高度為25_35mm。所述磁鐵4為開關磁鐵。磁鐵4打開時產生的磁力作用，通過上下部剛性壓塊對待焊船體壁板產生擠壓作用，壓緊待焊焊縫，產生整體剛性約束，限制船體壁板的擺動、錯邊及變形，加上定位塊2與成形槽6的共同作用，可以保證船體壁板待焊部位的根部間隙11尺寸及無錯邊發生。磁鐵4關閉時不再產生磁力作用，上下部剛性壓塊脫離自如。磁力的大小可以根據實際情況進行選擇和調整，這是