一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法
专利汇可以提供一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种5米直径筒段 法兰 的装配 焊接 及形位尺寸控制方法，包括在形成封闭的贮箱之前，先在需要焊接法兰的单个目标筒段进行机械开孔并焊接法兰的步骤。本发明所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，贮箱筒段开孔由整箱状态下手工开孔改进为单个筒段状态下机械开孔，开孔 精度 提高，为后续保证焊接 质量 和减小焊接 变形 奠定了 基础 。，下面是一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法专利的具体信息内容。
1.一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：包括在形成封闭的贮箱之前，先在需要焊接法兰的单个目标筒段进行机械开孔并焊接法兰的步骤。
2.根据权利要求1所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：在需要焊接法兰的单个目标筒段进行机械开孔的方法为：将筒段放置在平台上，呈平躺姿态，使用内撑装置将筒段撑圆，使用铣刀在筒段外侧的指定位置开孔；
优选的，开孔时，采用先在指定位置开设比目标孔径小一定长度范围的孔，再逐步向外扩大铣切直径，直至达到目标开孔直径为止的方法。
3.根据权利要求2所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：内撑装置为5M级贮箱封箱环缝内撑装置；
和/或，使用内撑装置将筒段撑圆的标准为将筒段内侧撑紧，保证筒段外侧整圈圆度在
0.2mm以内。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：焊接法兰的方法包括以下步骤：
1)将经开孔的筒段竖直吊装至托架上，使开孔处朝正下方并在开孔处装配法兰，使用工装固定筒段和法兰焊接区；
2)采用分段定位进行直流定位焊接后，再采用对称分布搭接量的方式进行打底焊接和盖面焊接；
3)对焊缝采用敲击校形的方法释放残余应力，恢复产品型面。
5.根据权利要求4所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：步骤1)中，筒段与法兰焊接区过盈配合装配，且对合处整圈无间隙，错缝在0.2mm以内。
6.根据权利要求4所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：步骤1)中，固定筒段和法兰焊接区的工装包括筒段压紧梁及安装在筒段压紧梁上若干筒段压紧杆，若干筒段压紧杆沿法兰焊接区外围一圈间隔分布，且它们末端贴合有筒段压紧盘；筒段压紧盘呈环形，为一个整体，位于法兰焊接区的外围，且筒段压紧盘下端与筒段内表面紧贴；所述筒段压紧梁可拆卸的固定在托架上；
和/或，步骤1)中，托架上设有用于焊接过程中焊漏形成的环形悬空槽。
7.根据权利要求4所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：步骤2)中，采用分段定位进行直流定位焊接的方法为：焊枪分别旋转至120°和240°两个位置，进行直流定位焊接，每段焊接长度约40-50mm，对整圈对合处进行定位。
8.根据权利要求4所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：步骤2)中，采用对称分布搭接量的方式进行打底焊接和盖面焊接的方法为：打底焊接从
0°起弧，焊接一圈后，搭接至20°-90°范围；盖面焊接从180°起弧，焊接一圈后，搭接至200°-
270°范围，有效控制热输入的分布，减小焊接变形。
9.根据权利要求4所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：步骤3)中，对焊缝采用敲击校形的方法释放残余应力的方法为：加热焊缝区，挤压变形凸起区，托顶焊缝正面，敲击焊缝背部，刮除焊缝硬化层，整圈逐步敲击校形，直至焊缝周边的变形凸起回收；
优选的，加热焊缝区的温度需控制在60-100℃。
10.根据权利要求1所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，其特征在于：形成封闭的贮箱的方法包括以下步骤：
(1)将第一个箱底和第一个筒段对合焊接；
(2)将第一个筒段与第二个筒段对合焊接，以此类推，直至将所有筒段对合焊接完毕；
(3)将另一个箱底与最后一个筒段对合焊接，形成封闭的贮箱。
一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法
技术领域
背景技术
中间若干筒段拼焊而成，箱底和筒段的厚度在3-10mm范围内，加注燃料、输送燃料等功能的
实现需要在箱底或中间筒段上开孔进行法兰的焊接，一般情况，法兰都是分布在箱底结构
上，但由于结构需求，部分法兰分布在筒段上，需要在中间筒段的特殊指定位置装配焊接若
干法兰，法兰呈“工”字型，“工”字型下端与筒段开孔处对接焊接，法兰焊接端直径为100-
300mm，焊接区厚度与筒段厚度相同，整体结构如图1所示。通常燃料贮箱的装配焊接顺序一
般先将第一个箱底和第一个筒段对合焊接，再将第一个筒段与第二个筒段对合焊接，以此
类推，直至将所有筒段对合焊接完毕，然后将另一个箱底与最后一个筒段对合焊接，形成封
闭的贮箱，贮箱焊接完成后，在筒段上手工开孔，搓修开孔尺寸与法兰配合，使用工装固定
法兰和筒段的待焊部位，手工完成焊接。
孔。而手工开孔的过程是，先使用钻头整圈打孔，取下中间的余料，再用钻头和刮刀修整开
孔圆内侧尺寸，精度很难保证，开孔圆度最大差值可达1mm，导致法兰与筒段开孔处对合时
的装配条件较差，影响焊接质量，焊缝易出现应力集中，进而导致贮箱承载失效风险。
残余应力也较大，导致该处焊缝附近变形较大，进而影响了法兰在该处的形位尺寸，导致后
续对接管路的工作难于实现。
距离筒段边缘较近，进而影响了筒段边缘的圆度，在后续筒段与筒段对接焊时，影响装配质
量，无法保证焊接质量，变形的实际型面与理论型面的差值达5-10mm。
发明内容
机械开孔，开孔精度提高，为后续保证焊接质量和减小焊接变形奠定了基础。
贴合有筒段压紧盘；筒段压紧盘呈环形，为一个整体，位于法兰焊接区的外围，且筒段压紧
盘下端与筒段内表面紧贴；所述筒段压紧梁可拆卸的固定在托架上；
后，搭接至200°-270°范围，有效控制热输入的分布，减小焊接变形。
18-连接螺栓；19-十字横梁。
具体实施方式
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。
在本发明中的具体含义。
孔。而手工开孔的过程是，先使用钻头整圈打孔，取下中间的余料，再用钻头和刮刀修整开
孔圆内侧尺寸，精度很难保证，开孔圆度最大差值可达1mm，导致法兰与筒段开孔处对合时
的装配条件较差，影响焊接质量，焊缝易出现应力集中，进而导致贮箱承载失效风险。
进行机械开孔并焊接法兰3，再将第一个箱底1和第一个筒段2对合焊接，然后将第一个筒段
2与第二个筒段2对合焊接，以此类推，直至将所有筒段2对合焊接完毕，最后将另一个箱底1
与最后一个筒段2对合焊接，形成封闭的贮箱。采用先在单个筒段2上机械开孔并焊接法兰
3，再组装焊接贮箱的方法，可保证开孔的精度，保证筒段2开孔处与法兰3装配对合时的精
度，进而保证焊接质量。
号CN104646908B)中的内撑装置4对筒段2进行支撑，调节支撑机构C 401，使得支撑块向圆
心收回30-50mm，将筒段2呈平躺姿态吊装至设备平台5上，筒段2外侧与4个定位块6贴合，调
节支撑机构C 401，使得支撑块向外顶出，直至与筒段2内侧贴合撑紧，筒段2外侧整圈圆度
控制在0.2mm以内。
切直径，直至达到目标开孔直径为止的方法。以开设直径为a的孔径为例(也可以理解为将
开孔直径设定为a)，先铣出(a-10)mm的圆，取下余料，再逐步向外扩大铣切直径，按照(a-8)
mm、(a-6)mm、(a-4)mm、(a-2)mm、a的开孔直径进行铣切，逐步进刀，保证开孔的精度，误差可控制在±0.1mm范围内。开孔结束后，调节支撑机构C 401，使得支撑块向圆心收回30-50mm，
吊装筒段2下架。筒段2机械开孔使用的设备为五轴镗铣床，整体结构如图2和图3所示，包括
铣切机构8、设备平台5、内撑装置4、定位块6，铣切机构8带有铣刀7，可实现筒段2上的开孔
工作，设备平台5上放置筒段2，可保证筒段2呈水平状态，4个定位块6可保证筒段2吊装至设
备平台5上时，筒段2和内撑装置4同心，便于后续撑紧和铣切的工作，内撑装置4共2套，分别
撑紧筒段上端和下端，内撑装置4由内支撑环A 402、外支撑环B 403和支撑机构C 401组成，
支撑机构C 401由多个支撑块和顶升机构组成，与支撑块连接的顶升机构可调节长短，使得
支撑块撑紧或松开筒段2。
筒段2外径相当的支座，具体结构见图4和图5)上，筒段2与托架13上表面贴合，将筒段压紧
盘12放置在筒段2内侧，筒段压紧盘12与筒段2开孔圆同心，将筒段压紧梁9与托架13对合，
使用连接螺栓18拧紧，转动筒段压紧梁9上的一圈16根筒段压紧杆11，顶住筒段压紧盘12，
使筒段压紧盘12压紧筒段2内侧；然后将法兰3放置在筒段2开孔处上方，使用榔头敲击法兰
3对合处，使法兰3和筒段2开孔处完成过盈配合装配，对合处整圈无间隙，错缝控制在0.2mm
以内，使用法兰压紧螺母14和法兰压紧杆15固定法兰3；最后调节十字横梁19的高度和伸出
长度，使焊枪10移动至法兰3和筒段2的对合处上方，调整旋转盘17的旋转速度，使焊枪10可
以完成环形焊接。筒段2和法兰3的装配焊接情况如图4、5所示，托架13上带有环形悬空槽
16，用于焊接过程中焊漏的形成，这个焊接过程也称为悬空焊；筒段压紧梁9、筒段压紧杆11
和筒段压紧盘12用于固定和压紧筒段2；法兰压紧杆15和法兰压紧螺母14用于固定压紧法
兰3；4个连接螺栓18用于连接托架13和筒段压紧梁9；十字横梁19固定在地面上，能够上、
下、前、后移动，用于调节焊枪10位置，以便于焊枪10可以移动至对合处上方进行焊接，十字
横梁19上配有的旋转盘17可以定速旋转，用于焊枪10实现环形焊缝的焊接工作。
方式，直流打底是指非熔化极惰性气体保护焊，非熔化极使用Φ5-Φ6mm直径的钨极，惰性
气体采用氦气保护，氦气流量为9-15L/min，焊接过程是直流焊接，焊接速度范围为240-
300mm/min，焊接电流范围180-240A；交流盖面也是指非熔化极惰性气体保护焊，非熔化极
使用Φ5-Φ6mm直径的钨极，惰性气体采用氩气保护，氩气流量为9-15L/min，焊接过程是交
流焊接，钨极下端自动填充焊丝，焊接速度范围为120-160mm/min，焊接电流范围为240-
320A，送丝速度范围为600-1200mm/min。
195A；交流盖面焊各参数的选择为：氩气流量为12-13L/min，焊接速度为140mm/min，焊接电
流为290-310A，送丝速度为700-900mm/min。
容易导致焊漏反抽的缺陷。针对这个问题，在打底焊之前，我们采用了分段定位焊接的方
法，将整圈的间隙和错缝焊接固定，保证打底焊接时，整圈的装配效果不发生变化，保证打
底焊接质量。分段定位焊的过程为，按照顺时针方向，最上端为0°，焊枪10分别旋转至120°
和240°两个位置，进行直流焊接，焊接过程与打底焊接方式相同，只是采用的电流偏小，电
流范围是120-180A，以焊接区厚度是7mm为例，优选为150A，保证对合处背部不出现焊漏，只
将对合处进行部分熔合，起定位作用，每段焊接长度约40-50mm，而打底焊接从0°位置起弧，
保证了焊接过程中对合间隙和错缝始终满足焊接要求。分段定位焊的示意图如图6所示。
会造成焊缝热输入大，焊接变形大。虽然这种搭接量不能避免，但是，我们可以将打底焊接
的搭接段和盖面焊接的搭接段对称分布，使得热输入带来的焊接变形在对称位置进行部分
抵消，进一步有效控制热输入的分布，减小焊接变形。对称分布搭接量的示意图如图7所示，
打底焊接从0°起弧，焊接一圈后，搭接至20°-90°范围；盖面焊接从180°起弧，焊接一圈后，
搭接至200°-270°范围。
复变形前的型面。校形的具体过程如下，先使用热吹风机加热需要敲击的焊缝，采用红外测
温仪测量加热区域的表面温度，将温度控制在60-100℃，优选80℃；再使用方形块人工挤压
焊缝周边的变形凸起部位，使得凸起程度降低50-100％，优选80％；然后使用榔头敲击加热
后的焊缝背部，同时在对应位置的焊缝正面使用方形顶块人工托住焊缝；最后，使用拉刀刮
除焊缝正面和背面的硬化层，该硬化层因敲击和顶撞产生。整个过程如图8所示，采用该方
法，整圈逐步敲击焊缝，直至焊缝周边的变形凸起回收，产品的实际型面与理论型面的差值
可控制在3mm以内。
度，保证筒段开孔处与法兰装配对合时的精度，进而保证焊接质量。同时，采用了在单个筒
段状态下，将筒段吊装起呈竖直状态，下端放置在托架上，装配法兰，使用工装压紧筒段和
法兰的焊接端，将焊枪深入到筒段内侧完成法兰的自动焊接工作，并在焊接中采用分段定
位和对称分布搭接量的方法，保证焊缝质量的同时，均匀分摊整圈焊接的热输入量，降低焊
接区附近的变形量。此外，采用了加热焊缝区、挤压变形区、敲击焊缝区的人工校形方法，产
品型面恢复效果良好。
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