一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装及使用方法

技术领域

本发明涉及大型船用双燃料柴油机技术领域，尤其涉及一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装及使用方法。

背景技术

与传统船用燃油相比，液化天然气（LNG）有明显的性价比优势、超低硫氧化物、氮氧化物排放优势以及燃烧过程中产生的低碳排放等优势。因此，LNG越来越受到航运业的青睐。以LNG为主要燃料，采用双燃料柴油机将是未来一段时间内新造船的主流动力装置选择。所谓双燃料柴油机是指既能燃烧常规船用燃料油又可以燃烧LNG的主机。其中，不锈钢双壁管是为双燃料柴油机提供燃料的核心部件，它包括内管和外管。内管用于输送天然气，外管和内管之间的环形空腔为负压空气或惰性气体的流通管道。为了避免使用过程中燃气泄漏，引起爆炸，不锈钢双壁管的内管和外管除了需要单独做压力试验，其装配要求也极高，法兰对接时不允许有装配孔错位，避免产生应力，所以不锈钢双壁管的设计图纸和规范中对其尺寸及形位公差要求也极高。此不锈钢双壁管材质采用奥氏体不锈钢，由于奥氏体不锈钢电阻大，热导率低，且线膨胀系数大，所以其焊接变形量较大，尺寸不易控制。因此需要利用工装来控制不锈钢双壁管在焊接过程中产生的变形，以满足图纸规范要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供了一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装及使用方法，通过工装实现多种管道的成型焊接，并保证尺寸和形位公差满足图纸规范要求。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装，包括底部框梁，底部框梁上滑动可调的安装有多个滑动板，各滑动板上分别安装有转接支座或者垂直连接座或者双耳座或者单耳座，转接支座、垂直连接座、双耳座、单耳座相互组合，在底部框梁上形成第一异型管定位焊接区、第二异型管定位焊接区、直内管定位焊接区以及直外管定位焊接区。

所述底部框梁包括第一水平梁、第二水平梁、第三水平梁以及第四水平梁，第二水平梁和第三水平梁分别安装在第一水平梁和第四水平梁之间并靠近两端；所述第一异型管定位焊接区位于第一水平梁和第三水平梁上，第二异型管定位焊接区位于第二水平梁和第四水平梁上，直内管定位焊接区位于第四水平梁上，直外管定位焊接区位于第一水平梁上。

所述底部框梁上侧四周成对的安装有第一直线导轨，滑动板的底部安装有多个第一滑块和至少一个限位块，第一滑块、限位块分别与第一直线导轨配合滑动，限位块上旋接有限位螺钉，限位螺钉抵靠第一直线导轨时，将滑动板限位。

所述底部框梁的上侧在位于成对的两根第一直线导轨之间安装有导电板，所述滑动板上贯穿的安装有导电块，导电块位于导电板上方，并与导电板接触。

所述转接支座包括方形板和圆板，方形板和圆板之间通过连接柱连接固定，方形板和圆板均能够与滑动板螺栓连接。

所述垂直连接座包括垂直钢架和升降座，垂直钢架至少一侧安装有升降座，升降座通过直线滑动结构与垂直钢架纵向滑动的连接，垂直钢架的上下两端分别安装有轴承座，丝杆的两端分别与两端的轴承座转动连接，升降座上安装有丝杆螺母，丝杆螺母与丝杆旋接，丝杆的上端伸出轴承座，丝杆伸出端上安装有手柄；所述升降座上还安装有转接支座。

所述双耳座包括槽型座和第一压板，槽型座的两个侧板上分别安装有第一压板，槽型座和第一压板的接缝处设置有第一限位孔，第一限位孔的内壁固定安装有两个第一铜半环；所述槽型座的底部设置有定位孔。

所述单耳座包括支撑座，支撑座的上侧安装有第二压板，支撑座与第二压板的接缝处设置有第二限位孔，第二限位孔的内壁固定安装有两个第二铜半环。

所述第一异型管定位焊接区包括位于第一水平梁上的一个垂直连接座和一个转接支座，以及位于第三水平梁上的一个垂直连接座；所述第二异型管定位焊接区包括位于第四水平梁上的两个相对的垂直连接座，以及位于第二水平梁上的一个垂直连接座；所述直内管定位焊接区包围位于第四水平梁上两个相对的垂直连接座，以及位于两个垂直连接座之间的若干双耳座和单耳座；所述直外管定位焊接区包括位于第一水平梁上的两个相对的垂直连接座，以及位于两个垂直连接座之间的若干转接支座。

所述第四水平梁靠第一水平梁一侧还安装有第五水平梁，第五水平梁上安装有若干垂直连接座，其中，所述第二异型管定位焊接区还包括第五水平梁上的一个垂直连接座，所述直内管定位焊接区还包括第五水平梁上的若干垂直连接座。

采用所述的一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装的使用方法，包括以下步骤：

将第一水平梁、第二水平梁、第三水平梁、第四水平梁以及第五水平梁在平台上相互组装固定；

当需要焊接直管时，在直内管定位焊接区进行；在第四水平梁上通过滑动板安装两个相对的垂直连接座，并在第四水平梁上位于两个垂直连接座之间通过滑动板安装若干双耳座和单耳座，单耳座用于固定内管，双耳座用于固定三通；将内管两端的第一法兰分别安装到第四水平梁上两侧的垂直连接座上，将三通安装到双耳座上，调整间距并定位后，对直管的内管从一端至另一端进行焊接，焊接时在内管外套设外管；

直管的内管焊接结束后，在直外管定位焊接区焊接三通上的第二法兰和外管；在第一水平梁上通过滑动板安装两个相对的垂直连接座，并在第一水平梁上位于两个垂直连接座之间通过滑动板安装若干转接支座；将内管两端的第一法兰分别安装到第一水平梁上两侧的垂直连接座上，将第二法兰安装到转接支座上，调整间距并定位后，将三通与第二法兰焊接，相邻外管之间在位于三通处通过两个半边的三通连接件焊接；

当需要焊接第一异形管时，在第一异型管定位焊接区进行；第一水平梁上通过滑动板安装一个垂直连接座和一个转接支座，第一异形管的第三法兰安装到第一水平梁上的转接支座上，第一异形管的第四法兰安装第一水平梁上的垂直连接座上；若第一异形管还具有第五法兰，在第三水平梁上通过滑动板安装一个垂直连接座，第五法兰安装在第三水平梁上的垂直连接座上；

当需要焊接第二异形管时，在第二异型管定位焊接区进行；在第四水平梁上通过滑动板安装两个相对的垂直连接座，在第二水平梁上通过滑动板安装一个垂直连接座，将第二异形管的第六法兰安装到第二水平梁上的垂直连接座上，将第二异形管的第七法兰和第八法兰分别安装到第四水平梁上的两个垂直连接座上；若第二异形管上还具有第九法兰，在第五水平梁上通过滑动板安装一个垂直连接座，第九法兰安装在第五水平梁上的垂直连接座上；焊接时在内管外套设外管，外管的二通弯头处采用两个半边的二通连接件焊接。

本发明有如下有益效果：

1、本发明利用控制不锈钢双壁管焊接变形的工装有效解决了不锈钢双壁管焊接时变形量大的问题，避免了管件制作时因变形量不可控制而造成报废，提高了生产效率，确保了不锈钢双壁管制作满足图纸规范要求，为不锈钢双壁管在我公司成功研制奠定了基础。该工装利用滑轨设计，可根据图纸尺寸调整滑台座的位置，转接支架也可根据产品法兰尺寸进行设计调整。该工装通用性高，适用于不同机型不锈钢双壁管的焊接，降低了生产成本。

2、本发明通过对转接支座、垂直连接座、双耳座、单耳座的组合使用，形成不同的焊接区，便于对多种管道进行定位焊接成型，并保证尺寸和形位公差满足图纸规范要求。

3、本发明第一水平梁、第二水平梁、第三水平梁、第四水平梁以及第五水平梁上的两个第一直线导轨之间安装有通长的导电板，导电块位于导电板上方并与导电板接触，避免了在施焊时第一直线导轨与第一滑块打火，从而影响滑轨的精确度。

4、本发明转接支座一侧为圆形一侧为方形的结构，便于与管道上的圆法兰和方法兰安装连接；垂直连接座实现升降座的高度调节，便于适配不同尺寸的异形管；双耳座实现对三通的夹持、限位；通过单耳座夹持内管并进行定位，确保了内管与三通对接后整根管道的同轴度。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明第一水平梁、第四水平梁、第五水平梁结构示意图。

图3为本发明第二水平梁、第三水平梁结构示意图。

图4为本发明垂直连接座结构示意图。

图5为图1中A处放大结构示意图。

图6为本发明双耳座结构示意图。

图7为本发明单耳座结构示意图。

图8直管结构示意图。

图9第一异形管结构示意图。

图10第二异形管主视结构示意图。

图11第二异形管附视结构示意图。

图中：第一水平梁10，第一直线导轨11，第一滑块12，导电板13，导电块14，第二水平梁20，第三水平梁30，第四水平梁40，第五水平梁50，滑动板60，第一异型管定位焊接区70，第二异型管定位焊接区80，直内管定位焊接区90，直外管定位焊接区100；

转接支座110，方形板111，连接柱112，圆板113；

垂直连接座120，垂直钢架121，第二直线导轨122，第二滑块123，升降座124，轴承座125，丝杆126，丝杆螺母127，手柄128；

双耳座130，槽型座131，第一压板132，第一限位孔133，第一铰链134，第一锁扣135，第一铜半环136；定位孔137；

单耳座140，支撑座141，第二压板142，第二限位孔143，第二铰链144，第二锁扣145，第二铜半环146；

直管200，内管201，外管202，第一法兰203，三通204，第二法兰205；

第二异形管300，第六法兰301，第七法兰303，第八法兰304，第九法兰302；

第一异形管400，第三法兰401，第四法兰402，第五法兰403。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例一：

参见图1-7，一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装，包括底部框梁，底部框梁上滑动可调的安装有多个滑动板60，各滑动板60上分别安装有转接支座110或者垂直连接座120或者双耳座130或者单耳座140，转接支座110、垂直连接座120、双耳座130、单耳座140相互组合，在底部框梁上形成第一异型管定位焊接区70、第二异型管定位焊接区80、直内管定位焊接区90以及直外管定位焊接区100。通过对转接支座110、垂直连接座120、双耳座130、单耳座140的组合使用，实现对不同的管路进行定位焊接，并且转接支座110、垂直连接座120、双耳座130、单耳座140分别安装在滑动板60上，尺寸调整方便灵活。并可以通过滑动板60与底部框梁之间采用限位螺栓进行限位，例如在滑动板60上旋接限位螺栓抵靠底座，从而将滑动板60限位。通过设置不同的焊接区，便于对多种管道进行定位焊接成型，并保证尺寸和形位公差满足图纸规范要求。

具体的，参见图1，底部框梁包括第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30以及第四水平梁40，第二水平梁20和第三水平梁30分别安装在第一水平梁10和第四水平梁40之间并靠近两端；所述第一异型管定位焊接区70位于第一水平梁10和第三水平梁30上，第二异型管定位焊接区80位于第二水平梁20和第四水平梁40上，直内管定位焊接区90位于第四水平梁40上，直外管定位焊接区100位于第一水平梁10上。通过上述结构，实现框形结构的底部支架。具体的，第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30以及第四水平梁40采用工字钢焊接组件，工字钢焊接组件的下平面底座也需要加工，作为基准，其余面加工保证平行度和垂直度为0.1mm。

在优选的方案中，参见图2、3，底部框梁上侧四周通过螺栓成对的安装有第一直线导轨11，滑动板60的底部安装有多四个第一滑块12和一个限位块，第一滑块12、限位块分别与第一直线导轨11配合滑动，限位块上旋接有限位螺钉（限位块和限位螺钉图中为示出），限位螺钉抵靠第一直线导轨11时，将滑动板60限位。具体的，第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30、第四水平梁40以及第五水平梁50上均分别安装有两根第一直线导轨11，确保滑动板60移动的稳定性。使用时，滑动板60可以通过下部安装的限位块与第一直线导轨11限位，也可以在滑动板60上垂直旋接限位螺钉抵靠底部框梁而限位，也可以通过带有限位功能的第一滑块12来限位。通过上述结构，实现滑动板60的稳定和高精度的平移，并能够在调整后限位。

进一步的，第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30、第四水平梁40以及第五水平梁50上位于安装第一直线导轨11的底部加工有凹槽，第一直线导轨11的下侧安装在凹槽内，从而进一步提高第一直线导轨11稳定性，在第一直线导轨11受力时，第一直线导轨11不会发生位移，进一步保证了加工精度。

当然，滑动板60除了采用直线导轨组件的结构滑动，也可以采用类似机床上的燕尾滑台结构滑动。

参见图3，底部框梁的上侧在位于成对的两根第一直线导轨11之间安装有导电板13，所述滑动板60上贯穿的安装有导电块14，导电块14位于导电板13上方，并与导电板13接触。具体的，第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30、第四水平梁40以及第五水平梁50上的两个第一直线导轨11之间安装有通长的导电板13，导电块14位于导电板13上方并与导电板13接触，避免了在施焊时第一直线导轨11与第一滑块12打火，从而影响滑轨的精确度。优选的，导电板13采用导电铜板，导电块14铜块，导电块14贯穿滑动板60并镶嵌在滑动板60上。

参见图5，转接支座110包括方形板111和圆板113，方形板111和圆板113之间通过连接柱112连接固定，方形板111和圆板113均能够与滑动板60螺栓连接。转接支座110一侧为圆形一侧为方形的结构，便于与管道上的圆法兰和方法兰安装连接。当需要安装圆法兰时，将方形板111一侧与滑动板60连接，当需要安装方法兰时，将圆板113一侧与滑动板60连接。

参见图4，垂直连接座120包括垂直钢架121和升降座124，垂直钢架121至少一侧安装有升降座124，升降座124通过直线滑动结构与垂直钢架121纵向滑动的连接，垂直钢架121的上下两端分别安装有轴承座125，丝杆126的两端分别与两端的轴承座125转动连接，升降座124上安装有丝杆螺母127，丝杆螺母127与丝杆126旋接，丝杆126的上端伸出轴承座125，丝杆126伸出端上安装有手柄128；升降座124上还安装有转接支座110。通过上述结构，实现升降座124的高度调节，便于适配不同尺寸的异形管。使用时。管道的法兰安装在转接支座110上，通过转动手柄128，调整升降座124的高度。直线滑动结构可以采用直线导轨组件结构，也可以采用燕尾滑槽结构。

在优选的方案中，直线滑动组件采用直线导轨组件结构。具体的，直线滑动组件包括第二直线导轨122和第二滑块123，两根第二直线导轨122纵向的安装在垂直钢架121上，至少两个第二滑块123安装在升降座123上，第二滑块123滑动的安装在第二直线导轨122上。

参见图6，双耳座130包括槽型座131和第一压板132，槽型座131的两个侧板上分别安装有第一压板132，第一压板132一端通过第一铰链134与槽型座131铰接，另一端通过第一锁扣135与槽型座131连接，便于打开和锁紧。槽型座131和第一压板132的接缝处设置有第一限位孔133，第一限位孔133的内壁固定安装有两个第一铜半环136；所述槽型座131的底部设置有定位孔137。通过设置双耳座130，实现对三通204的夹持、限位。两个第一铜半环136分别与槽型座131和第一压板132连接固定，两个第一铜半环136夹持三通204，导电性好，防止在焊接时第一限位孔133与三通204外壁打火损伤管道，定位孔137用于对三通204的垂直端进行限位，使支管200上三通204的垂直端(安装第二法兰205的一端)处于一条直线上。

参见图7，单耳座140包括支撑座141，支撑座141的上侧安装有第二压板142，第二压板142一端通过第二铰链144与支撑座141铰接，另一端通过第二锁扣145与支撑座141连接，支撑座141与第二压板142的接缝处设置有第二限位孔143，第二限位孔143的内壁固定安装有两个第二铜半环146。通过单耳座140夹持内管201进行定位，两个第二铜半环146内管201，导电性好，防止在焊接时第二限位孔143与内管201打火损伤管道。

通过设置双耳座130和单耳座140，确保了内管与三通对接后整根管道的同轴度。

参见图1，优选的，第一异型管定位焊接区70包括位于第一水平梁10上的一个垂直连接座120和一个转接支座110，以及位于第三水平梁30上的一个垂直连接座120；所述第二异型管定位焊接区80包括位于第四水平梁40上的两个相对的垂直连接座120，以及位于第二水平梁20上的一个垂直连接座120；所述直内管定位焊接区90包围位于第四水平梁40上两个相对的垂直连接座120，以及位于两个垂直连接座120之间的若干双耳座130和单耳座140；所述直外管定位焊接区100包括位于第一水平梁10上的两个相对的垂直连接座120，以及位于两个垂直连接座120之间的若干转接支座110。

进一步的，第四水平梁40靠第一水平梁10一侧还安装有第五水平梁50，第五水平梁50上安装有若干垂直连接座120，其中，所述第二异型管定位焊接区80还包括第五水平梁50上的一个垂直连接座120，所述直内管定位焊接区90还包括第五水平梁50上的若干垂直连接座120。

通过对转接支座110、垂直连接座120、双耳座130、单耳座140的组合使用，实现对不同的管路进行定位焊接。

实施例二：

参见图1、8-11，采用所述的一种控制不锈钢双壁管焊接变形的工装的使用方法，首先是根据需要对第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30、第四水平梁40以及第五水平梁50进行螺栓组装。

将第一水平梁10、第二水平梁20、第三水平梁30、第四水平梁40以及第五水平梁50在平台上相互组装固定，形成底部框梁结构。底部框梁可以时如图所述矩形，也可以时异形结构，例如梯形、五边形结构。

实施例三：

参见图1、8，当需要焊接直管200时，先在直内管定位焊接区90进行；在第四水平梁40上通过滑动板60安装两个相对的垂直连接座120，并在第四水平梁40上位于两个垂直连接座120之间通过滑动板60安装若干双耳座130和单耳座140，单耳座140用于固定内管201，双耳座130用于固定三通204；将内管201两端的第一法兰203分别安装到第四水平梁40上两侧的垂直连接座120上，将三通204安装到双耳座130上，调整间距并定位后，对直管200的内管201从一端至另一端进行焊接，焊接时在内管201外套设外管202。调整间距包括总长、每个三通204的位置以及相邻焊缝之间坡口的间隙。

直管200的内管201焊接结束后，在直外管定位焊接区100焊接三通204上的第二法兰205和外管202；在第一水平梁10上通过滑动板60安装两个相对的垂直连接座120，并在第一水平梁10上位于两个垂直连接座120之间通过滑动板60安装若干转接支座110；将内管201两端的第一法兰203分别安装到第一水平梁10上两侧的垂直连接座120上，将第二法兰205安装到转接支座110上，调整间距并定位后，将三通204与第二法兰205焊接，相邻外管202之间在位于三通204处通过两个半边的三通连接件焊接。通过上述方法，实现直管200的焊接成型。

操作时，第四水平梁40上两个垂直连接座120上升降座124调节高度，使第一法兰203的中心孔与内管201同轴心。

实施例四：

参见图1、9，当需要焊接第一异形管400时，在第一异型管定位焊接区70进行；第一水平梁10上通过滑动板60安装一个垂直连接座120和一个转接支座110，第一异形管400的第三法兰401安装到第一水平梁10上的转接支座110上，第一异形管400的第四法兰402安装第一水平梁10上的垂直连接座120上；若第一异形管400还具有第五法兰403，在第三水平梁30上通过滑动板60安装一个垂直连接座120，第五法兰403安装在第三水平梁30上的垂直连接座120上。通过上述方法，实现第一异形管400的焊接成型。

操作时，通过第一水平梁10上的转接支座110调节距离，通过第三水平梁30上的垂直连接座120调节支管的距离和高度。

实施例五：

参见图1、10、11，当需要焊接第二异形管300时，在第二异型管定位焊接区80进行；在第四水平梁40上通过滑动板60安装两个相对的垂直连接座120，在第二水平梁20上通过滑动板60安装一个垂直连接座120，将第二异形管300的第六法兰301安装到第二水平梁20上的垂直连接座120上，将第二异形管300的第七法兰303和第八法兰304分别安装到第四水平梁40上的两个垂直连接座120上；若第二异形管300上还具有第九法兰302，在第五水平梁50上通过滑动板60安装一个垂直连接座120，第九法兰302安装在第五水平梁50上的垂直连接座120上；焊接时在内管外套设外管，外管的二通弯头处采用两个半边的二通连接件焊接。通过上述方法，实现第二异形管300的焊接成型。

操作时，通过各垂直连接座120调节距离和高度。在定位外管时，在内管上设定位块进行外管的定位。

上述焊接区及异形管的实施例仅为优选的几种，在实际使用时，可以根据需要灵活的变换进行组合焊接。