[發(fā)明專利]動態(tài)熱拉伸與激冷聯(lián)用的薄板隨焊變形控制裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610153335.6
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105643122B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆德俊;蔣佳霖;王旭;鐘美達(dá);羅玖強(qiáng);楊建國;田鵬
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所11344
• 代理人: 馬麗麗,劉雪花

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬船舶裝焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動態(tài)熱拉伸與激冷聯(lián)用的薄板隨焊變形控制裝置及方法。

背景技術(shù)

高速鋁質(zhì)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(yīng)力較高，若超過船體壁板的臨界壓屈失穩(wěn)應(yīng)力，則導(dǎo)致船體產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)變形。特別是不等厚度薄板對接焊后，較薄的薄板側(cè)易產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)變形，較厚的薄板側(cè)易產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)及彎曲變形。為解決上述問題，實(shí)際生產(chǎn)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(yīng)力，降低船體的承載能力和疲勞強(qiáng)度。這些后序處理工藝不僅浪費(fèi)了大量人力、物力；又會破壞船體表面質(zhì)量，降低船體的耐腐蝕性能，降低生產(chǎn)效率。

目前國內(nèi)外在鋁合金薄板對接焊的隨焊變形控制方面主要有預(yù)拉伸法、局部加熱法、隨焊碾壓法和焊后冷碾壓法等機(jī)械力方法和溫差拉伸法。如關(guān)橋等人首先提出采用“焊槍-激冷裝置”雙源系統(tǒng)，在熔池后的高溫焊縫區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部激冷拉伸作用，抑制、抵消焊接時產(chǎn)生的壓縮塑性變形，達(dá)到減小焊接應(yīng)力和控制薄壁構(gòu)件變形的目的。其在公開號為CN1075277A的中國發(fā)明專利中具體公開了一種動態(tài)控制薄板構(gòu)件低應(yīng)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(zhì)射流對仍處于高溫狀態(tài)的焊縫進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，利用高壓氣體將冷卻介質(zhì)先行霧化后，再噴射到焊縫高溫區(qū)；通過包圍著冷卻介質(zhì)噴嘴的抽氣管及時將冷卻介質(zhì)的蒸汽和剩余冷卻介質(zhì)排走；抽氣管下端與工件之間的間隙用屏蔽網(wǎng)封嚴(yán)。該裝置設(shè)置了冷卻介質(zhì)噴嘴，配置高壓氣流噴嘴在出口與冷卻介質(zhì)噴嘴匯合形成介質(zhì)霧化射流噴嘴，并在其外圍設(shè)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(wǎng)，冷卻噴嘴和抽氣管固定在一個三向可調(diào)的裝夾機(jī)構(gòu)上。所述冷卻介質(zhì)可以是水、液化二氧化碳、液氮或其他冷卻介質(zhì)。

郭紹慶等人提出焊縫全長的靜態(tài)溫差拉伸配合隨焊激冷的方法，將焊縫區(qū)和近縫區(qū)的殘余壓縮塑性應(yīng)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(shè)計的分體底板琴鍵式夾具上進(jìn)行，中部銅墊板內(nèi)通水冷卻焊縫及近縫區(qū)，兩側(cè)底板槽內(nèi)的電熱帶加熱兩側(cè)區(qū)域。隨焊激冷以水作為冷卻介質(zhì)，采用噴水炬將水霧化后隨焊噴灑于焊縫及近縫區(qū)(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(xué)報,2005,25(6):82-86.)。然而在實(shí)際生產(chǎn)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(fù)雜，限制了該方法的在船舶制造領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

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

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

動態(tài)熱拉伸與激冷聯(lián)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(tài)熱拉伸模塊、焊槍模塊和隨焊激冷模塊，所述動態(tài)熱拉伸模塊能夠?qū)崿F(xiàn)雙TIG電弧并行橫向擺動加熱。

優(yōu)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(cè)壁，第二橫向套筒垂直連接于第二縱向套筒的側(cè)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(yōu)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(tài)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(yōu)選地，所述動態(tài)熱拉伸模塊包含橫向擺動調(diào)節(jié)模塊和兩支TIG電弧槍，所述橫向擺動調(diào)節(jié)模塊包含第一夾持滑塊、第二夾持滑塊、滑軌、減速電機(jī)、曲軸以及曲軸連桿，滑軌的一端與第三縱向套筒的側(cè)壁連接，滑軌上設(shè)有第一夾持滑塊和第二夾持滑塊，曲軸與內(nèi)置于第三縱向套筒內(nèi)的減速電機(jī)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(diào)節(jié)橫桿相連；