[发明专利]动态热拉伸与激冷联用的薄板随焊变形控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属船舶装焊技术领域，具体涉及一种动态热拉伸与激冷联用的薄板随焊变形控制装置及方法。

背景技术

高速铝质舰船主要采用3～5mm厚铝合金薄板焊接而成，焊接残余拉/压应力较高，若超过船体壁板的临界压屈失稳应力，则导致船体产生压屈失稳变形。特别是不等厚度薄板对接焊后，较薄的薄板侧易产生压屈失稳变形，较厚的薄板侧易产生压屈失稳及弯曲变形。为解决上述问题，实际生产中常采用焊后火焰矫正和电弧矫正等后序方法，但这些方法会降低材料性能、引入残余应力，降低船体的承载能力和疲劳强度。这些后序处理工艺不仅浪费了大量人力、物力；又会破坏船体表面质量，降低船体的耐腐蚀性能，降低生产效率。

目前国内外在铝合金薄板对接焊的随焊变形控制方面主要有预拉伸法、局部加热法、随焊碾压法和焊后冷碾压法等机械力方法和温差拉伸法。如关桥等人首先提出采用“焊枪-激冷装置”双源系统，在熔池后的高温焊缝区产生强烈的局部激冷拉伸作用，抑制、抵消焊接时产生的压缩塑性变形，达到减小焊接应力和控制薄壁构件变形的目的。其在公开号为CN1075277A的中国发明专利中具体公开了一种动态控制薄板构件低应力无变形焊接方法及其装置。该方法采用跟随焊接热源移动的冷却介质射流对仍处于高温状态的焊缝进行强制冷却，利用高压气体将冷却介质先行雾化后，再喷射到焊缝高温区；通过包围着冷却介质喷嘴的抽气管及时将冷却介质的蒸汽和剩余冷却介质排走；抽气管下端与工件之间的间隙用屏蔽网封严。该装置设置了冷却介质喷嘴，配置高压气流喷嘴在出口与冷却介质喷嘴汇合形成介质雾化射流喷嘴，并在其外围设置一个抽气管，抽气管与真空泵相连接，抽气管下端固定有柔性耐高温材料制成的屏蔽网，冷却喷嘴和抽气管固定在一个三向可调的装夹机构上。所述冷却介质可以是水、液化二氧化碳、液氮或其他冷却介质。

郭绍庆等人提出焊缝全长的静态温差拉伸配合随焊激冷的方法，将焊缝区和近缝区的残余压缩塑性应变控制在较低水平，有效地控制焊件的残余变形。在该方法中，温差拉伸在专门设计的分体底板琴键式夹具上进行，中部铜垫板内通水冷却焊缝及近缝区，两侧底板槽内的电热带加热两侧区域。随焊激冷以水作为冷却介质，采用喷水炬将水雾化后随焊喷洒于焊缝及近缝区(郭绍庆,袁鸿,徐文立,等.温差拉伸和随焊激冷配合使用控制焊接变形[J].焊接学报,2005,25(6):82-86.)。然而在实际生产中，需事先在待焊焊缝部位安装温差拉伸装置，而且曲面焊缝和纵长焊缝的温差拉伸装置更加庞大、复杂，限制了该方法的在船舶制造领域的应用。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种动态热拉伸与激冷联用的薄板随焊变形控制装置及方法，它具有结构紧凑、重量轻、灵活、适应性强、使用方便、成本低等特点，特别适用于铝合金薄壁船体结构无支撑焊缝的随焊变形控制，在保证焊缝质量的基础上，既能降低焊接残余应力水平，又可以很好地控制压屈失稳及弯曲变形。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

动态热拉伸与激冷联用的薄板随焊变形控制装置，包含行走模块、连接装置和随焊变形控制模块，所述行走模块通过连接装置承载随焊变形控制模块；

所述随焊变形控制模块包括沿焊缝纵向方向前后依次排列的动态热拉伸模块、焊枪模块和随焊激冷模块，所述动态热拉伸模块能够实现双TIG电弧并行横向摆动加热。

优选地，所述行走模块包含车身和位于其上的连接装置安装竖管，所述连接装置安装竖管用于安装所述连接装置；

所述连接装置包含第一纵向套筒、第二纵向套筒、第一横向套筒、第二横向套筒、第一横杆和第一竖杆，第一纵向套筒垂直连接于第一横向套筒的侧壁，第二横向套筒垂直连接于第二纵向套筒的侧壁，所述第一纵向套筒与连接装置安装竖管套接，第一横向套筒和第二横向套筒分别套接于第一横杆的两端，第二纵向套筒与第一竖杆套接。

优选地，所述随焊变形控制模块包含第三纵向套筒、安装横板、动态热拉伸模块、焊枪模块和随焊激冷模块，所述第三纵向套筒与第一竖杆套接，所述安装横板用于安装焊枪模块和随焊激冷模块。

优选地，所述动态热拉伸模块包含横向摆动调节模块和两支TIG电弧枪，所述横向摆动调节模块包含第一夹持滑块、第二夹持滑块、滑轨、减速电机、曲轴以及曲轴连杆，滑轨的一端与第三纵向套筒的侧壁连接，滑轨上设有第一夹持滑块和第二夹持滑块，曲轴与内置于第三纵向套筒内的减速电机传动连接，曲轴上的曲轴连杆固定于第一夹持滑块上的横槽处，第一夹持滑块与第二夹持滑块之间通过调节横杆相连；