[發明專利]動態熱拉伸與激冷聯用的薄板隨焊變形控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201610153335.6
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105643122B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 閆德俊;蔣佳霖;王旭;鐘美達;羅玖強;楊建國;田鵬
• 申請（專利權）人: 中船黃埔文沖船舶有限公司
• 主分類號: B23K31/00
• 分類號: B23K31/00;B23K101/18;B23K103/10
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所11344
• 代理人: 馬麗麗,劉雪花

技術領域

本發明屬船舶裝焊技術領域，具體涉及一種動態熱拉伸與激冷聯用的薄板隨焊變形控制裝置及方法。

背景技術

高速鋁質艦船主要采用3～5mm厚鋁合金薄板焊接而成，焊接殘余拉/壓應力較高，若超過船體壁板的臨界壓屈失穩應力，則導致船體產生壓屈失穩變形。特別是不等厚度薄板對接焊后，較薄的薄板側易產生壓屈失穩變形，較厚的薄板側易產生壓屈失穩及彎曲變形。為解決上述問題，實際生產中常采用焊后火焰矯正和電弧矯正等后序方法，但這些方法會降低材料性能、引入殘余應力，降低船體的承載能力和疲勞強度。這些后序處理工藝不僅浪費了大量人力、物力；又會破壞船體表面質量，降低船體的耐腐蝕性能，降低生產效率。

目前國內外在鋁合金薄板對接焊的隨焊變形控制方面主要有預拉伸法、局部加熱法、隨焊碾壓法和焊后冷碾壓法等機械力方法和溫差拉伸法。如關橋等人首先提出采用“焊槍-激冷裝置”雙源系統，在熔池后的高溫焊縫區產生強烈的局部激冷拉伸作用，抑制、抵消焊接時產生的壓縮塑性變形，達到減小焊接應力和控制薄壁構件變形的目的。其在公開號為CN1075277A的中國發明專利中具體公開了一種動態控制薄板構件低應力無變形焊接方法及其裝置。該方法采用跟隨焊接熱源移動的冷卻介質射流對仍處于高溫狀態的焊縫進行強制冷卻，利用高壓氣體將冷卻介質先行霧化后，再噴射到焊縫高溫區；通過包圍著冷卻介質噴嘴的抽氣管及時將冷卻介質的蒸汽和剩余冷卻介質排走；抽氣管下端與工件之間的間隙用屏蔽網封嚴。該裝置設置了冷卻介質噴嘴，配置高壓氣流噴嘴在出口與冷卻介質噴嘴匯合形成介質霧化射流噴嘴，并在其外圍設置一個抽氣管，抽氣管與真空泵相連接，抽氣管下端固定有柔性耐高溫材料制成的屏蔽網，冷卻噴嘴和抽氣管固定在一個三向可調的裝夾機構上。所述冷卻介質可以是水、液化二氧化碳、液氮或其他冷卻介質。

郭紹慶等人提出焊縫全長的靜態溫差拉伸配合隨焊激冷的方法，將焊縫區和近縫區的殘余壓縮塑性應變控制在較低水平，有效地控制焊件的殘余變形。在該方法中，溫差拉伸在專門設計的分體底板琴鍵式夾具上進行，中部銅墊板內通水冷卻焊縫及近縫區，兩側底板槽內的電熱帶加熱兩側區域。隨焊激冷以水作為冷卻介質，采用噴水炬將水霧化后隨焊噴灑于焊縫及近縫區(郭紹慶,袁鴻,徐文立,等.溫差拉伸和隨焊激冷配合使用控制焊接變形[J].焊接學報,2005,25(6):82-86.)。然而在實際生產中，需事先在待焊焊縫部位安裝溫差拉伸裝置，而且曲面焊縫和縱長焊縫的溫差拉伸裝置更加龐大、復雜，限制了該方法的在船舶制造領域的應用。

發明內容

有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種動態熱拉伸與激冷聯用的薄板隨焊變形控制裝置及方法，它具有結構緊湊、重量輕、靈活、適應性強、使用方便、成本低等特點，特別適用于鋁合金薄壁船體結構無支撐焊縫的隨焊變形控制，在保證焊縫質量的基礎上，既能降低焊接殘余應力水平，又可以很好地控制壓屈失穩及彎曲變形。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

動態熱拉伸與激冷聯用的薄板隨焊變形控制裝置，包含行走模塊、連接裝置和隨焊變形控制模塊，所述行走模塊通過連接裝置承載隨焊變形控制模塊；

所述隨焊變形控制模塊包括沿焊縫縱向方向前后依次排列的動態熱拉伸模塊、焊槍模塊和隨焊激冷模塊，所述動態熱拉伸模塊能夠實現雙TIG電弧并行橫向擺動加熱。

優選地，所述行走模塊包含車身和位于其上的連接裝置安裝豎管，所述連接裝置安裝豎管用于安裝所述連接裝置；

所述連接裝置包含第一縱向套筒、第二縱向套筒、第一橫向套筒、第二橫向套筒、第一橫桿和第一豎桿，第一縱向套筒垂直連接于第一橫向套筒的側壁，第二橫向套筒垂直連接于第二縱向套筒的側壁，所述第一縱向套筒與連接裝置安裝豎管套接，第一橫向套筒和第二橫向套筒分別套接于第一橫桿的兩端，第二縱向套筒與第一豎桿套接。

優選地，所述隨焊變形控制模塊包含第三縱向套筒、安裝橫板、動態熱拉伸模塊、焊槍模塊和隨焊激冷模塊，所述第三縱向套筒與第一豎桿套接，所述安裝橫板用于安裝焊槍模塊和隨焊激冷模塊。

優選地，所述動態熱拉伸模塊包含橫向擺動調節模塊和兩支TIG電弧槍，所述橫向擺動調節模塊包含第一夾持滑塊、第二夾持滑塊、滑軌、減速電機、曲軸以及曲軸連桿，滑軌的一端與第三縱向套筒的側壁連接，滑軌上設有第一夾持滑塊和第二夾持滑塊，曲軸與內置于第三縱向套筒內的減速電機傳動連接，曲軸上的曲軸連桿固定于第一夾持滑塊上的橫槽處，第一夾持滑塊與第二夾持滑塊之間通過調節橫桿相連；