阅读说明：本技术 一种可快速拆卸柔性大直径环缝焊接工装 (Can dismantle flexible major diameter circumferential weld welding frock fast ) 是由 曾如川 葛一凡 魏松 张斌 杜会桥 姜坤 郑雪松 龙海东 王宁 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明一种导轨式大型舱体柱段环焊工装,包括方轴、固定法兰、轴套法兰、内框、外框和外撑弧块组件；整个工装为可拆卸式圆周均布结构,从内往外分别为方轴包括方轴、固定法兰、轴套法兰、内框、外框和外撑弧块组件；其中方轴位于整个工装的中心位置；方轴任意一端焊接有一个连接法兰,实现与焊接系统变位机之间的装配固定,四面布有四条平行直线导轨,用于整个工装沿轴向平滑移动；固定法兰内侧布有四个滑块实现与方轴上的直线导轨连接并沿轴向平滑移动；内框、外框以及轴套法兰依次通过铰制孔螺栓连接提供辐射式扩展和可重复拆卸功能；最外围圆周均布外撑弧块组件与外框连接,外撑弧块组件上设置有机械丝杠实现弧块的伸缩从而满足柱段环形焊缝的顶紧装配。(The invention relates to a guide rail type large cabin body column section girth welding tool which comprises a square shaft, a fixed flange, a shaft sleeve flange, an inner frame, an outer frame and an outer support arc block assembly, wherein the square shaft is fixedly connected with the fixed flange; the whole tool is of a detachable circumferentially and uniformly distributed structure, and is a square shaft from inside to outside and comprises a square shaft, a fixed flange, a shaft sleeve flange, an inner frame, an outer frame and an outer arc supporting block assembly; the square shaft is positioned at the center of the whole tool; a connecting flange is welded at any end of the square shaft to realize the assembly and fixation with the welding system positioner, and four parallel linear guide rails are distributed on four sides and used for the smooth movement of the whole tool along the axial direction; four sliding blocks are distributed on the inner side of the fixed flange to realize connection with a linear guide rail on the square shaft and move smoothly along the axial direction; the inner frame, the outer frame and the shaft sleeve flange are connected through the hinged hole bolts in sequence to provide the functions of radiation type expansion and repeated disassembly; the outer arc supporting block assembly is uniformly distributed on the periphery of the outermost periphery and connected with the outer frame, and a mechanical screw rod is arranged on the outer arc supporting block assembly to stretch out and draw back the arc blocks so as to meet the jacking assembly of the annular welding line of the column section.)

一种可快速拆卸柔性大直径环缝焊接工装

技术领域

本发明涉及一种可快速拆卸柔性大直径环缝焊接工装，属于航天器焊接工艺技术领域。

背景技术

目前大型航天器铝合金舱体柱段环缝直径最大达到4米，壁厚5mm以上，采用变极性等离子弧焊工艺方法完成柱段环缝的焊接。由于封闭环缝的结构限制，传统固定式整体铸造焊接工装无法适应此类封闭环缝的装配和焊接的要求，必须采用活动式内撑工装，能够在焊缝径向对焊口形成焊接预紧力。

当舱体环缝直径尺寸达4米时，为保证焊接工装良好的整体刚性且能为焊口提供有效的预紧力，柱段环焊工装整体重量将超过2吨。传统柱段环焊工装为“轴套+轴”间隙配合结构，使用过程中需要由铝合金结构的轴套带着整体柱段环焊工装在钢轴上来回滑动来配合不同位置柱段环缝的装配焊接，给操作带来较大困难，滑动过程中也会对轴套式结构之间的配合面造成损伤从而影响工装的稳定性和装配精度。

大多数大型航天器舱体主结构为缩口式结构，两端出口尺寸远远小于中间柱段直径尺寸，整体式环缝焊接工装就面临焊接完成后最终无法从舱体内部取出的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可快速拆卸柔性大直径环缝焊接工装，解决了传统柱段环缝焊接工装移动困难、稳定性差、装配效率低等问题。

本发明的技术方案是：一种导轨式大型舱体柱段环焊工装，包括方轴、固定法兰、轴套法兰、内框、外框和外撑弧块组件；整个工装为可拆卸式圆周均布结构，从内往外分别为方轴包括方轴、固定法兰、轴套法兰、内框、外框和外撑弧块组件；其中方轴位于整个工装的中心位置；方轴任意一端焊接有一个连接法兰，实现与焊接系统变位机之间的装配固定，四面布有四条平行直线导轨，用于整个工装沿轴向平滑移动；固定法兰内侧布有四个滑块实现与方轴上的直线导轨连接并沿轴向平滑移动；内框、外框以及轴套法兰依次通过铰制孔螺栓连接提供辐射式扩展和可重复拆卸功能；最***圆周均布外撑弧块组件与外框连接，外撑弧块组件上设置有机械丝杠实现弧块的伸缩从而满足柱段环形焊缝的顶紧装配。

所述方轴为方形钢轴，由方钢加工而成，四个侧面通过螺栓各装配1条直线导轨，用于环焊工装整体在方轴上的直线滑移；方轴任意一端焊接一个连接法兰，用于和焊接系统变位机之间的装配与固定。

所述固定法兰为内方外圆的铸钢结构法兰，内部四个侧面通过螺栓安装有滑块，与方轴上的直线导轨进行配合实现轴套法兰在导轨上沿直线滑移；固定法兰的外圆柱面与轴套法兰的内圆柱面配合，并通过端面整圈螺栓实现与轴套法兰之间的装配与固定。

所述轴套法兰为铸钢结构法兰，内圆柱面与固定法兰外圆柱面配合，端面通过整圈螺栓与固定法兰端面装配与固定，外侧面均布有n个装配面，通过螺栓与n个内框进行装配固定。

所述外撑弧块组件包括铝合金弧形撑块、导向杆组件以及丝杠组件；铝合金弧形撑块的外圆弧直径尺寸应保持跟所焊接的舱体环缝内径直径尺寸一致，实现装配焊接过程中对待焊零件的内撑作用；旋转丝杠组件从而实现铝合金弧形撑块在径向的移动，从而达到焊前装配和焊后工装快速拆卸的目的；装配在铝合金弧形撑块两侧的导向杆组件用于保证铝合金弧形撑块径向移动过程的稳定性。

一种利用上述的导轨式大型舱体柱段环焊工装进行快速拆卸柔性大直径环缝焊前装配的方法，步骤如下：

1)先将方轴装配固定在焊接系统的变位机上，然后将固定法兰通过滑块装配到方轴上并实现与直线导轨之间的装配，通过螺栓将固定法兰与轴套法兰进行装配连接；

2)利用螺栓依次完成n个内框和2n个外框与安装在中心区域的轴套法兰之间的装配与固定；

3)将外撑弧块组件上的丝杠组件调至最小行程位置；

4)完成待焊零件的装配，然后将外撑弧块组件上的丝杠组件往外调确保待焊零件撑紧；

5)完成产品焊接后，将外撑弧块组件上的丝杠组件调整回最小行程位置，拆下外撑弧块组件，然后依次拆下外框和内框，最后将方轴从产品内部安全退出，从而全程实现大直径舱体柱段环缝的柔性装配焊接以及焊接工装的快速装配和拆卸。

所述方轴为方形钢轴，由方钢加工而成，四个侧面通过螺栓各装配一条直线导轨，用于环焊工装整体在方轴上的直线滑移；方轴任意一端焊接一个连接法兰，用于和焊接系统变位机之间的装配与固定。

所述固定法兰为内方外圆的铸钢结构法兰，内部四个侧面通过螺栓安装有滑块，与方轴上的直线导轨进行配合实现轴套法兰在导轨上沿直线滑移；固定法兰的外圆柱面与轴套法兰的内圆柱面配合，并通过端面整圈螺栓实现与轴套法兰之间的装配与固定。

所述轴套法兰为铸钢结构法兰，内圆柱面与固定法兰外圆柱面配合，端面通过整圈螺栓与固定法兰端面装配与固定，外侧面均布有n个装配面，通过螺栓与n个内框进行装配固定。

所述外撑弧块组件包括铝合金弧形撑块、导向杆组件以及丝杠组件；铝合金弧形撑块的外圆弧直径尺寸应保持跟所焊接的舱体环缝内径直径尺寸一致，实现装配焊接过程中对待焊零件的内撑作用；旋转丝杠组件从而实现铝合金弧形撑块在径向的移动，从而达到焊前装配和焊后工装快速拆卸的目的；装配在铝合金弧形撑块两侧的导向杆组件用于保证铝合金弧形撑块径向移动过程的稳定性。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明开发的可快速拆卸的柔性大直径环缝装配装置，针对大直径航天器舱体结构的环缝焊接，在大型柱段环缝焊接工装设计中，在中心位置的方轴四个侧面安装有平行导轨，可确保工装整体沿方轴平滑移动，通过采用这种导轨式移动结构，替代传统的轴套式滑动结构，节时省力，稳定性好，重复装配精度高。另外，工装主体结构采用了模块化结构设计，可快速拆卸，并具备柔性装配和拆卸的特点，重复装配精度高，整体结构稳定、刚性好，还能根据不同产品的实际焊口直径尺寸提供有效的径向焊接预紧力，并能根据需要对预紧力进行柔性调节，确保满足焊接装配要求。

这种可快速拆卸的柔性大直径环缝装配装置，解决了传统柱段环缝焊接工装移动困难、稳定性差、装配效率低等问题，实现了大型航天器舱体柱段环焊的高效高质量装配，能够显著提高环缝焊接生产效率，有效保证环缝焊接质量。

这种可快速拆卸并兼具柔性装配和拆卸优势的装配装置不但能够适用于大直径航天器柱段环形焊缝的装配和焊接，也可针对其它类似结构产品的结构特点进行适应性改造设计，从而满足不同尺寸类似结构产品的环缝焊前装配要求。

附图

图1表示本发明所述的导轨式大型舱体柱段环焊工装原理图；

图2表示本发明所述的方轴原理图

图3表示本发明所述的外撑弧块组件原理图。

具体实施方式

本发明一种导轨式大型舱体柱段环焊工装，包括方轴1、固定法兰2、轴套法兰3、内框4、外框5和外撑弧块组件6；整个工装为可拆卸式圆周均布结构，从内往外分别为方轴包括方轴1、固定法兰2、轴套法兰3、内框4、外框5和外撑弧块组件6；其中方轴1位于整个工装的中心位置；方轴1任意一端焊接有一个连接法兰，实现与焊接系统变位机之间的装配固定，四面布有四条平行直线导轨，用于整个工装沿轴向平滑移动；固定法兰2内侧布有四个滑块实现与方轴1上的直线导轨连接并沿轴向平滑移动；内框4、外框5以及轴套法兰3依次通过铰制孔螺栓连接提供辐射式扩展和可重复拆卸功能；最***圆周均布外撑弧块组件6与外框5连接，外撑弧块组件6上设置有机械丝杠实现弧块的伸缩从而满足柱段环形焊缝的顶紧装配。

所述方轴1为方形钢轴，由方钢加工而成，四个侧面通过螺栓各装配1条直线导轨，用于环焊工装整体在方轴上的直线滑移；方轴1任意一端焊接一个连接法兰，用于和焊接系统变位机之间的装配与固定。

所述固定法兰2为内方外圆的铸钢结构法兰，内部四个侧面通过螺栓安装有滑块，与方轴1上的直线导轨进行配合实现轴套法兰3在导轨上沿直线滑移；固定法兰2的外圆柱面与轴套法兰3的内圆柱面配合，并通过端面整圈螺栓实现与轴套法兰3之间的装配与固定。

所述轴套法兰3为铸钢结构法兰，内圆柱面与固定法兰2外圆柱面配合，端面通过整圈螺栓与固定法兰2端面装配与固定，外侧面均布有n个装配面，通过螺栓与n个内框进行装配固定。

所述内框4为铸铝的框形结构，工装整圈均布n个内框4，相邻内框之间通过螺栓连接固定，n个内框4与安装在中心位置的轴套法兰3之间通过螺栓实现装配固定。

所述外框5为铸铝的框形结构，作为内框4的外延结构，整个工装采用2n个外框5互相装配连接形成封闭环形结构，互相之间通过螺栓连接固定；外框5和内框4之间通过螺栓装配固定，确保整个系统的稳定。

所述外撑弧块组件6包括铝合金弧形撑块6-1、导向杆组件6-2以及丝杠组件6-3；铝合金弧形撑块6-1的外圆弧直径尺寸应保持跟所焊接的舱体环缝内径直径尺寸一致，实现装配焊接过程中对待焊零件的内撑作用；旋转丝杠组件6-2从而实现铝合金弧形撑块6-1在径向的移动，从而达到焊前装配和焊后工装快速拆卸的目的；装配在铝合金弧形撑块6-1两侧的导向杆组件6-3用于保证铝合金弧形撑块6-1径向移动过程的稳定性。

一种利用上述的导轨式大型舱体柱段环焊工装进行快速拆卸柔性大直径环缝焊前装配的方法，步骤如下：

1)先将方轴1装配固定在焊接系统的变位机上，然后将固定法兰2通过滑块装配到方轴(上并实现与直线导轨之间的装配，通过螺栓将固定法兰2与轴套法兰3进行装配连接；

2)利用螺栓依次完成n个内框4和2n个外框5与安装在中心区域的轴套法兰3之间的装配与固定；

3)将外撑弧块组件6上的丝杠组件调至最小行程位置；

4)完成待焊零件的装配，然后将外撑弧块组件6上的丝杠组件往外调确保待焊零件撑紧；

5)完成产品焊接后，将外撑弧块组件6上的丝杠组件调整回最小行程位置，拆下外撑弧块组件6，然后依次拆下外框5和内框4，最后将方轴1从产品内部安全退出，从而全程实现大直径舱体柱段环缝的柔性装配焊接以及焊接工装的快速装配和拆卸。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

导轨式大型舱体柱段环焊工装如图1所示，所述方轴为方形钢轴(如图2)，位于工装的中心位置，方轴四面布有4条平行直线导轨，用于整个工装沿轴向平滑移动。柱段环焊工装为可拆卸式圆周均布结构，从内往外分别由1个轴套法兰、1个固定法兰、n个内框、2n个外框和2n个外撑弧块组件所组成，其中轴套法兰内侧布有4个滑块实现与方轴上导轨的连接并沿轴向平滑移动，内框、外框以及固定法兰依次通过铰制孔螺栓连接提供辐射式扩展功能，并且可重复拆卸。最***是圆周均布的2n个外撑弧块组件(如图3)与外框连接，外撑弧块上有机械丝杠实现弧块的伸缩从而满足柱段环形焊缝的顶紧装配。

整套工装中方轴、轴套法兰和固定法兰的材料为钢，保证整套工装足够的刚性和稳定性，内框、外框和外撑弧块为铝合金，实现减重的目的，滑块和导轨之间的连接保证了工装能够整体在方轴上平滑移动，操作者单手即可轻松推动，而且平滑移动保证了足够的稳定性，不会影响产品焊接装配的精度，从已经完成的多个舱体焊接情况来看，采用这种导轨式大型舱体柱段环焊工装后，产品装配速度显著提高，装配质量稳定可靠，可重复装配精度明显提高，既方便了装配操作，同时也很好的保证了产品的装配质量，从而直接提高了生产效率和焊缝质量稳定性。

整套工装系统组成具体有：1)方轴(包括方形钢轴主体、直线导轨、连接法兰)；2)固定法兰；3)轴套法兰；4)内框；5)外框；6)外撑弧块组件(包括铝合金弧形撑块、导向杆组件和丝杠组件)。

方轴

方轴由200mm×200mm长宽尺寸规格的方形钢轴主体(厚度20mm)加工而成，长度L(L＝L₀+400，单位：mm，其中L₀为所焊舱体柱段组件的长度)，四个侧面通过螺栓各装配1条直线导轨，用于环焊工装整体在方轴上的直线滑移。方轴任意一端焊接一个连接法兰，用于和焊接系统变位机之间的装配与固定。

固定法兰

固定法兰为内方外圆的铸钢结构法兰，内部四个侧面通过螺栓安装有滑块，与方轴上导轨进行配合实现固定法兰在导轨上沿直线滑移。固定法兰的外圆柱面与轴套法兰的内圆柱面配合，并通过端面整圈螺栓实现与轴套法兰之间的装配与固定。

轴套法兰

轴套法兰为铸钢结构法兰，内圆柱面与固定法兰外圆柱面配合，端面通过整圈螺栓与固定法兰端面装配与固定，外侧面均布有n个装配面，通过螺栓与n个内框进行装配固定。

内框

内框为铸铝的框形结构，通过尺寸链设计，环焊工装整圈均布n个内框，相邻内框之间通过螺栓连接固定，n个内框与安装在中心位置的轴套法兰之间通过螺栓实现装配固定。

外框

外框同样为铸铝的框形结构，作为内框的外延结构，同样通过尺寸链设计，整圈采用2n个外框互相装配连接形成封闭环形结构，互相之间通过螺栓连接固定。外框和内框之间通过螺栓装配固定，确保整个系统的稳定。

外撑弧块组件

外撑弧块组件由铝合金弧形撑块、导向杆组件以及丝杠组件装配组成，铝合金弧形撑块的圆弧直径尺寸与所焊接的舱体环缝内径直径尺寸保持一致，实现装配焊接过程中对待焊零件的内撑作用，通过丝杠组件实现铝合金弧形撑块在径向的移动，从而达到焊前装配和焊后工装快速拆卸的目的。而安装在丝杠组件两侧的两套导向杆组件主要用于保证铝合金弧形撑块径向移动的稳定性。

图1-图3表示本发明实施例所述的导轨式大型舱体柱段环焊工装的整体结构原理图。

先将方轴装配固定在焊接系统的变位机上，然后将轴套法兰通过滑块装配到方轴上并实现与导轨之间的装配，通过螺栓与固定法兰的装配连接；

利用螺栓依次完成n个内框和2n个外框与中心区域固定法兰之间的装配与固定；

将外撑弧块组件上丝杠调至最小行程位置，方面产品装配；

完成柱段环焊待焊零件的装配，然后将外撑弧块组件上丝杠慢慢往外调确保待焊零件撑紧；

完成产品焊接后，将外撑弧块组件上丝杠调整回最小行程位置，拆下外撑弧块组件，然后依次拆下外框和内框，最后将方轴从产品内部安全退出，从而全程实现大直径舱体柱段环缝的柔性装配焊接以及焊接工装的快速装配和拆卸。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。