大型船舶企業(yè)多功能焊接架的改進(jìn)設(shè)計(jì)

王志鷗 饒宜中 陸新明

摘? ? 要：為解決大型船舶企業(yè)焊接培訓(xùn)量大及舉辦大型焊接技能競賽的需求，通過分析原焊接工裝架的實(shí)操使用情況，設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的多功能焊接架。實(shí)踐表明，此改進(jìn)型工裝架便于調(diào)節(jié)和使用，精確度高，有效地減少了立體空間占用率，能滿足規(guī)范規(guī)定的板材及管材各種厚度、管徑及焊接位置的要求。

關(guān)鍵詞：焊接架;多功能;改進(jìn)

中圖分類號：U671.81 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Improvement of Multifunctional Welding Jig in

Large Shipbuliding Enterprise

WANG Zhiou， RAO Yizhong， LU Xinming

（ Guangzhou Shipyard International Company Limited，Guangzhou 511462 ）

Abstract： In order to meet the demand of large amount of welding training and holding large welding skill competition in large ship building enterprises， a kind of multi-functional welding jig is designed and developed by analyzing the nature of practical usage of the welding tooling frame. The results show the jig is easy to adjust and use， has high accuracy， effectively reduces the utilization rate of three-dimensional space， and can satisfy the requirements of various plate and pipe thickness， diameter and welding position stipulated in the code.

Key words： Welding jig; Multi-functional; Improvement

1? ? ?前言

我司是大型船舶制造企業(yè)，作業(yè)人員流動(dòng)大，每年焊接技能人員的培訓(xùn)量達(dá)到2 000余人。原有的焊接工裝架，已不能滿足焊接技能培訓(xùn)取證要求，也無法滿足焊接專業(yè)性研究、試驗(yàn)、評定等工作的正常開展，更難以達(dá)到舉辦綜合性和大型焊接技能競賽交流活動(dòng)的要求。

焊接工作是造船、鋼結(jié)構(gòu)建造等重工行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)型工種，其技能水平和質(zhì)量效果的提高都來自大量的研究、試驗(yàn)、實(shí)踐及培訓(xùn)取證認(rèn)可工作。

影響焊接質(zhì)量的因素很多，關(guān)鍵是要保證前期的研究試驗(yàn)過程符合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的操作要求。本文通過前期的調(diào)研、試驗(yàn)及實(shí)踐，將原有焊接工裝架進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到可進(jìn)行板材、碳鋼管及有色金屬管材的全位置焊接要求。

2? ? 原焊接工裝架裝置

原焊接工裝架裝置的功能比較單一，結(jié)構(gòu)形式簡單，通用性和集成性功能不強(qiáng)（見圖1）。圖中：組件3與4組成可上下移動(dòng)的夾持結(jié)構(gòu)，但只能用于平焊和仰焊位置，對于立焊和橫焊需要更換另外的夾持機(jī)構(gòu);板材和管子的規(guī)格適用范圍不全面，可調(diào)角度范圍小，精準(zhǔn)度難以保證，穩(wěn)定性差，操作比較困難;在焊接板材厚度小于10 mm時(shí)，焊接位置的穩(wěn)定性差;焊接中厚板板材時(shí)，處理焊縫接頭時(shí)位置和角度會(huì)不斷移動(dòng);因受上下夾具板和橫向?qū)挾鹊南拗?，不能進(jìn)行管子焊接;對于不銹鋼管、鎳銅管等有色金屬的焊接，需采用單面焊雙面成型的焊接方法，管內(nèi)必須充氣保護(hù)底層焊縫，只能在夾具上再連接專用工裝，這會(huì)造成穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確度大幅度下降。

原焊接工裝裝置只適用于一般的普通板材焊接技能培訓(xùn)考試等工作，對新技術(shù)、新工藝、新材料的高要求研究試驗(yàn)，存在較大困難，難以滿足目前船舶和鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的焊接工藝研究、試驗(yàn)評定和焊接技能培訓(xùn)取證需求，也難以進(jìn)行各種高等級的焊接技能競賽活動(dòng)，且隨著新技術(shù)、新工藝、新方法、新材料的推廣應(yīng)用日顯突出。

3? ? ?原焊接工裝架的改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1? ?板材焊接的改進(jìn)

板材的焊接主要有平、橫、立、仰四個(gè)焊接位置，因此可以將圖1中組件4設(shè)置成套管形式，小管端部為組件4的端部夾持試板位置，且小管可以360°旋轉(zhuǎn)，使得小管端部夾持位置可以實(shí)現(xiàn)板的不同的位置焊接，如圖2所示;增加可以旋轉(zhuǎn)的組件5，實(shí)現(xiàn)了四種主要焊接位置的自由變化。

3.2? ?管材焊接的改進(jìn)

管材焊接主要有水平轉(zhuǎn)動(dòng)、水平固定、垂直固定、傾斜45°固定等位置，因此需要對夾持位置進(jìn)行改進(jìn)：可以通過齒輪調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)各種角度調(diào)節(jié)，但由于焊接時(shí)的飛濺容易落入齒輪導(dǎo)致齒輪旋轉(zhuǎn)空間限位，且焊接位置不需要各種角度的調(diào)節(jié)，因此采用可以設(shè)定三種角度的螺紋孔來調(diào)節(jié)固定，如圖3所示;增加組件6用來調(diào)節(jié)水平固定、傾斜45°固定、垂直固定三種主要位置的焊接。

3.3? ?主體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

根據(jù)以上所述，進(jìn)行焊接工裝架的主體改進(jìn)，并局部進(jìn)行優(yōu)化，形成最終的工裝架（見圖4）。

（1）連接主管可與立柱采用螺栓連接：支管與主管采用焊接方式剛性固定;支管端部開設(shè)4個(gè)卡槽，通過卡槽和單個(gè)螺栓與組件5進(jìn)行連接，卡槽可以起到快速定位和限位作用;四個(gè)槽口與組件2相互對位，形成三個(gè)角度的連接;

（2）組件5由小套筒、封板和連接板組成：套筒上布置有兩處嵌塊，嵌塊居于套筒的12點(diǎn)和9點(diǎn)位置，套筒、封板和連接板采用焊接方式剛性固定;連接板上開有四個(gè)圓孔并與組件3活動(dòng)臂使用螺栓連接，可以進(jìn)行0°、45°、90°三種角度的連接;

（3）組件7由活動(dòng)臂和夾頭組成：夾頭由4個(gè)小板組成，上夾板寬度為90 mm，下夾板規(guī)格分別為30 mm、45 mm;下夾板自由邊進(jìn)行倒圓處理，兩塊夾板間距為15 mm，在上夾板上設(shè)置不同規(guī)格螺母，可以旋進(jìn)螺栓對不同尺寸的板材管子進(jìn)行夾持;采用分格卡槽和限位嵌塊裝置，能夠快速精準(zhǔn)定位，保證穩(wěn)定性和可靠性;進(jìn)行倒圓處理的多齒設(shè)置和兩種規(guī)格的螺栓結(jié)構(gòu)，能夠滿足板材穩(wěn)定夾持，還能滿足對Φ40 mm以上管子的焊接需求;多孔連接板，能實(shí)現(xiàn)全位置和多角度的焊接使用要求;

（4）在立柱底端150 mm處增設(shè)200×100mm的槽鋼一條，用于焊接試件的調(diào)節(jié)定位和裝配;在連接管螺母對開半圓處增設(shè)一個(gè)Φ20 mm的管扣，用于對管內(nèi)充氣保護(hù)管的固定。

3.4? ? 整套裝置的組成

整套焊接裝置由三個(gè)主要的連接組件組成：第1調(diào)節(jié)組件;第2調(diào)節(jié)組件;夾持組件。

（1）第1調(diào)節(jié)組件

包括立管和連接管。連接管的一端與立管的側(cè)壁垂直連接，立管和連接管的側(cè)壁上均開設(shè)有通孔，通孔上設(shè)置有固定螺母和匹配的螺栓;

（2）第2調(diào)節(jié)組件

包括：套管、封板、調(diào)節(jié)板、兩個(gè)固定螺栓及兩個(gè)固定螺母。套管的一端位于連接管內(nèi)部，封板位于套管的另一端并封閉套管;調(diào)節(jié)板與封板垂直連接，并開設(shè)有至少三個(gè)與固定螺栓匹配的定位孔;

（3）夾持組件

包括：底板、上夾板、第一下夾板、第二下夾板、兩個(gè)固定螺栓和固定螺母。底板與調(diào)節(jié)臂垂直連接，上夾板、第一下夾板和第二下夾板均與底板垂直連接，固定螺母及固定螺栓設(shè)置在上夾板上;第一下夾板和第二下夾板采用固定間隔設(shè)置。第一下夾板和第二下夾板相互靠近的一側(cè)，設(shè)置有倒圓角;固定螺栓和固定螺母，分別與第一下夾板和第二下夾板相互對應(yīng)位置進(jìn)行設(shè)置;

詳細(xì)的組件結(jié)構(gòu)如下：

（1）連接管遠(yuǎn)離立管的一端開口，在端面上開設(shè)四個(gè)等間距設(shè)置的卡槽，套管的外壁上設(shè)有兩個(gè)可同時(shí)分別卡入兩個(gè)卡槽的限位塊，限位塊之間相距半個(gè)圓周或四分之一個(gè)圓周;限位塊的高度大于連接管的管壁厚度;固定螺栓均為活動(dòng)螺栓;調(diào)節(jié)臂包括相互平行設(shè)置的第一調(diào)節(jié)臂和第二調(diào)節(jié)臂，調(diào)節(jié)板位于第一調(diào)節(jié)臂和第二調(diào)節(jié)臂之間;

（2）調(diào)節(jié)板上設(shè)定位孔四個(gè)，包括一個(gè)鉸接孔和三個(gè)調(diào)節(jié)孔。三個(gè)調(diào)節(jié)孔的中心與鉸接孔的中心的連線，分別與水平面呈0°、45°和90°夾角;

（3）立管和連接管側(cè)壁垂直連接：立管和連接管側(cè)壁上均開設(shè)有通孔，通孔上設(shè)置有固定螺母和匹配的螺栓;第二調(diào)節(jié)組件包括套管、封板、調(diào)節(jié)板，套管的一端位于連接管內(nèi)部，封板位于套管的另一端并封閉套管，調(diào)節(jié)板與封板垂直連接并開設(shè)有至少三個(gè)與固定螺栓匹配的定位孔;

（4）調(diào)節(jié)臂由固定螺栓實(shí)現(xiàn)在調(diào)節(jié)板上的不同固定角度，可轉(zhuǎn)動(dòng)的套管可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)板多種不同的固定角度;立管可套設(shè)在焊接場地的立柱上并通過固定螺栓固定在立柱上，從而使調(diào)節(jié)組件及夾持組件整體在高度上進(jìn)行調(diào)節(jié)及在同一高度上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，因此可進(jìn)行快速、多角度、多方位的調(diào)節(jié);

（5）連接管端面上開設(shè)有四個(gè)等間距設(shè)置的卡槽，套管的外壁上設(shè)置有兩個(gè)可同時(shí)分別卡入兩個(gè)卡槽的限位塊，通過將兩個(gè)限位塊卡入特定的兩個(gè)卡槽內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)套管與連接管的快速定位;兩個(gè)限位塊之間相距半個(gè)圓周或四分之一個(gè)圓周，由于卡槽的數(shù)量為四個(gè)且在圓周上等間距設(shè)置，兩個(gè)限位塊具有上述兩種可選的設(shè)置模式，均能起到良好的定位效果;限位塊的高度大于連接管的管壁厚度，因此限位塊可以凸出于卡槽，使定位效果更為穩(wěn)固。

（6）定位孔的數(shù)量為四個(gè)，包括一個(gè)鉸接孔和三個(gè)調(diào)節(jié)孔。三個(gè)調(diào)節(jié)孔的中心與鉸接孔的中心的連線分別與水平面呈0°、45°和90°夾角，從而使調(diào)節(jié)臂可以呈三種不同的角度進(jìn)行固定。根據(jù)工況要求，調(diào)節(jié)孔的數(shù)量可以為四個(gè)或以上，以實(shí)現(xiàn)更多的固定角度;

（7）夾持組件由活動(dòng)臂和夾頭組成：夾頭由4個(gè)小板組成，其中上夾板寬度為90 mm，下夾板分別為30 mm、45 mm。下夾板自由邊進(jìn)行倒圓處理，兩塊夾板間距為15 mm，在上夾板上設(shè)置不同規(guī)格螺母，可以旋進(jìn)螺栓對不同尺寸的板材管子進(jìn)行夾持;采用分格卡槽和限位嵌塊裝置能夠快速精準(zhǔn)定位，保證穩(wěn)定性和可靠性;進(jìn)行倒圓處理的多齒設(shè)置和兩種規(guī)格的螺栓結(jié)構(gòu)，能夠滿足板材穩(wěn)定夾持，還能滿足對Φ40mm以上管子的焊接需求;多孔連接板能夠?qū)崿F(xiàn)全位置、多角度工況下的焊接使用要求。

4? ? 改進(jìn)后的焊接工裝架效果

本工裝的改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)焊接的國標(biāo)要求及船級社規(guī)范等規(guī)定的4～26 mm厚度板材和管徑40～300 mm管子的焊接，可以覆蓋1G、2G、3G、4G、5G、6G、6GR的全位置焊接;設(shè)計(jì)的夾具分隔和嵌塊固定，實(shí)現(xiàn)管徑≥40 mm的全位置焊接需求，角度與位置調(diào)整靈活、效率高，穩(wěn)定性強(qiáng);末端的夾頭分為多齒并倒圓，能夠?qū)Σ煌?guī)格的管子進(jìn)行方便、有效的夾持;進(jìn)行倒圓處理的多齒設(shè)置和兩種規(guī)格的螺栓結(jié)構(gòu)，能夠滿足不同厚度板材穩(wěn)定夾持;多孔連接板，能夠?qū)崿F(xiàn)全位置和多角度的焊接要求使用。

5? ? 結(jié)論

本裝置通過多次調(diào)節(jié)，可以廣泛適應(yīng)于從事船舶建造及鋼結(jié)構(gòu)制造的焊接技術(shù)人員進(jìn)行技能培訓(xùn)考試、焊接工藝試驗(yàn)評定和各項(xiàng)焊接實(shí)操技能競賽使用。其使用方法簡明快捷，效果明顯，耐用性和可靠性有保證，減少多余的各種工裝，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使用過程中的安全方面有保障。

參考文獻(xiàn)

[1]陳明.焊接工裝設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2014.