[发明专利]一种液氨储存箱焊接工装及其焊接方法

权利要求书

1.一种液氨储存箱焊接工装，包括支撑架(10)、多件弧面夹块(20)和螺杆(30)，其特征在于：

所述支撑架(10)由一体的底座(11)、左横梁(12)和右横梁(13)组成，所述底座(11)为柱体，左横梁(12)和右横梁(13)垂直固连于底座(11)左右两侧，左横梁(12)和右横梁(13)的中轴线重合，且左、右横梁上表面与底座(11)的顶面共面；所述左横梁上表面具有垂直连通底面的左通孔(12A)，左通孔(12A)的轴心到底座(11)中轴线距离r1，右横梁上表面具有垂直连通底面的右通孔(13A)，右通孔(13A)的轴心到底座(11)中轴线距离为r2，r1为28mm～32mm，r2为205mm～210mm；

所述弧面夹块(20)为金属块，由顶面(21)、底面(22)、前侧面(23)、后侧面(24)、左侧面(25)和右侧面(26)构成矩形六面体，其顶面(21)加工为凹弧面，该凹弧面与液氨储存箱上表面凸弧面能完全拟合，在顶面(21)的中心具有垂直连通底面(22)的连通孔(21A)；所述底面(22)为矩形，前侧面(23)和后侧面(24)对应底面(22)的长边，左侧面(25)和右侧面(26)对应底面(22)的短边；

所述左通孔(12A)、右通孔(13A)和连通孔(21A)的孔径相同；

所述螺杆(30)为金属杆件，其直径与所述连通孔(21A)的孔径相匹配，螺杆(30)两端均加工有外螺纹(31)，用于和螺母配合；

使用时，两件弧面夹块(20)为一组，凹弧面相对，将拼装好的待焊接部件夹于其中，并用所述螺杆(30)穿过支撑架(10)的左横梁(12)或右横梁(13)进行固定；或者在支撑架(10)的左横梁(12)和右横梁(13)上分别通过螺杆(30)固定一组弧面夹块，每组弧面夹块均夹有拼装好的待焊接部件。

2.如权利要求1所述的液氨储存箱焊接工装，其特征在于：

构成所述支撑架(10)的底座(11)、左横梁(12)和右横梁(13)上，所有锐边倒圆角。

3.利用权利要求1所述液氨储存箱焊接工装的液氨储存箱焊接方法，包括半椭球型壳体加工步骤、装配步骤、示教编程步骤、激光定位焊步骤、激光连续焊接步骤，其特征在于：

A、半椭球型壳体加工步骤：

首先使用数控加工两件形状、尺寸完全相同的半椭球型壳体，并在半椭球型壳体底部中心加工加注孔，在其中一件半椭球型壳体侧面加工测压孔，保证产品壁厚和行为公差符合要求；

然后用干净棉布擦除成型后的两件半椭球型壳体表面的油污，再用细砂纸打磨去除表面的氧化皮直到表面呈现光亮的金属光泽，打磨后采用混合酸溶液对半椭球型壳体浸泡3min～5min以去除残留的氧化皮，浸泡后用清水清除残留酸液，再用超声波清洗设备对半椭球型壳体进行清洗，清洗晾干待用；

B、装配步骤：

首先将支撑架(10)的底座(11)夹在激光焊设备的旋转卡盘上，将一个弧面夹块(20)凹弧面朝上放在左横梁(12)上面，连通孔(21A)与左横梁上的左通孔(12A)对齐，保证弧面夹块左侧面(25)和右侧面(26)与左横梁端面相互平行，将一件半椭球型壳体开口朝上放在弧面夹块上，半椭球型壳体下表面与弧面夹块的凹弧面完全贴合，且半椭球型壳体底部的加注孔与弧面夹块上连通孔(21A)对齐；然后将另一件半椭球型壳体开口朝下与已安装的椭球型壳体相对合，保证贴合间隙和错边量符合激光焊接要求，将另一个弧面夹块凹弧面向下放在后一件半椭球壳体上方，保证凹弧面与半椭球型壳体外表面完全贴合且半椭球型壳体上表面的加注孔与后一弧面夹块上连通孔(21A)对齐，最后将螺杆(30)穿过两个弧面夹块和两个半椭球型壳体，从左横梁底面的左通孔(12A)穿出，螺杆(30)上下两端外螺纹用螺栓拧紧固定，构成第一组装件，用于焊接半椭球型壳体圆弧半径为r1的圆弧焊缝；

将一个弧面夹块(20)凹弧面朝上放在右横梁(13)上面，连通孔(21A)与右横梁上的右通孔(13A)对齐，保证弧面夹块前侧面(23)和后侧面(24)与右横梁端面相互平行，将一件半椭球型壳体开口朝上放在弧面夹块上，半椭球型壳体下表面与弧面夹块的凹弧面完全贴合，且半椭球型壳体底部的加注孔与弧面夹块上连通孔(21A)对齐；然后将另一件半椭球型壳体开口朝下与已安装的椭球型壳体相对合，保证贴合间隙和错边量符合激光焊接要求，将另一个弧面夹块凹弧面向下放在后一件半椭球壳体上方，保证凹弧面与半椭球型壳体外表面完全贴合且半椭球型壳体上表面的加注孔与后一弧面夹块上连通孔(21A)对齐，最后将螺杆(30)穿过两个弧面夹块和两个半椭球型壳体，从右横梁底面的右通孔(13A)穿出，螺杆(30)上下两端外螺纹用螺栓拧紧固定，构成第二组装件，用于焊接半椭球型壳体圆弧半径为r2的圆弧焊缝；

C、示教编程步骤：

采用左横梁上的第一组装件对两条圆弧半径为r1的圆弧焊缝进行示教编程，采用右横梁上的第二组装件对两条圆弧半径为r2的圆弧焊缝进行示教编程；示教编程保证焊枪到圆弧焊缝距离一致；示教过程中激光焊枪不发生移动只旋转支撑架的底座(11),通过示教编程获得运动程序，对线偏差不大于0.5mm，取点示教编程时枪头高度要比理论值高出一个材料厚度δ，激光入射方向与筋条表面法向夹角不大于5°，每条圆弧焊缝示教编程后得到的焊接程序编号并保存；

D、激光定位焊步骤：

采用示教好的焊接程序进行定位焊接，定位焊接前首先从下方的半椭球型壳体侧面的检测孔通入高纯氩气2min，充氩气后进行定位焊接，采用对称焊接的方法，定位焊完一条圆弧半径为r1的圆弧焊缝再定位焊另一条圆弧半径为r1的圆弧焊缝，然后定位焊另外两个圆弧半径为r2的圆弧焊缝，直到四条圆弧焊缝全部定位焊完成；

E、激光连续焊接步骤：

激光定位焊接完后，采用相同的示教好的焊接程序连续焊接各条圆弧焊缝，采用对称焊接的方法，焊完一条圆弧半径为r1的圆弧焊缝再焊另一条圆弧半径为r1的圆弧焊缝，再焊另外两个圆弧半径为r2的圆弧焊缝，所有焊缝焊接完成后停止充入氩气，将液氨储存箱从工装上取下。

4.如权利要求3所述的液氨储存箱焊接方法，其特征在于：

所述激光定位焊步骤中，定位焊参数：连续激光功率400W～600W、焊接速度0.02m/min～0.03m/min、离焦量+3mm～+5mm、定位点长度5mm～8mm、定位点间距20mm～25mm；

所述激光连续焊接步骤中，连续焊接参数：连续激光功率1500W～1800W、焊接速度0.015m/min～0.02m/min、离焦量+3mm～+5mm、脉冲激光占空比为50％～70％。