深海球殼耐壓結構的裝配工裝及成型方法
【專利摘要】深海球殼耐壓結構的裝配工裝及成型方法屬于大型化深海設備的裝配成型【技術領域】，本發明之深海球殼耐壓結構的裝配工裝為中空形球體框架結構，由六十個接頭和九十根管件按足球結構規則拼接成中空形球體框架結構，即每個正六邊形框架周圍連接有相互間隔排列的等邊長的三個正六邊形框架和三個正五邊形框架；本發明之深海球殼耐壓結構的成型方法主要是通過組裝球殼的裝配工裝—裝配球殼分瓣—焊接成型的過程對球殼耐壓結構完成組裝，所述方法能準確快速定位裝配、焊接工作量小、維護方便。本發明將足球瓣式成型工藝和球狀框架裝配工裝有機結合起來，裝配操作便捷，成型球殼結構穩定，且裝配工裝可反復使用進行球殼裝配。
【專利說明】深海球殼耐壓結構的裝配工裝及成型方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及裝配成型【技術領域】，具體涉及一種球殼耐壓結構的裝配成型技術，尤其涉及深海大型球殼耐壓結構的裝配工裝和裝配成型的方法。

【背景技術】
[0002]目前在研的“深?？臻g站”是未來大型化深海裝備的發展方向，球殼耐壓結構是深海裝備的關鍵組成部件。現有球殼耐壓結構一般采用半球成型工藝，即通過大規格厚板直接沖壓成半球，然后焊接兩個半球赤道環縫，但這種成型工藝成型尺度較小(直徑約2 m?3m)，很難達到大型深海球殼耐壓結構的量級(直徑約1m);現有大型球殼耐壓結構通常采用分瓣成型工藝，包括桔瓣式、足球瓣式分瓣成型工藝和混合式分瓣成型工藝(混合使用桔瓣和足球瓣)，其中，桔瓣式和混合式分瓣成型工藝焊接工作量大，對接焊縫總長度大，材料的利用率低，足球瓣式分瓣成型工藝材料利用率高且互換性好，焊接工作量小，但是現有的足球瓣式分瓣成型工藝施工裝配困難，容易出現球殼耐壓結構強度低等問題，也不存在可反復使用的拼裝工裝。


【發明內容】

[0003]本 申請人:針對現有技術中的上述缺點進行改進，提供一種基于足球瓣式的深海球殼耐壓結構裝配工裝及成型方法，本發明將足球瓣式成型工藝和球狀框架裝配工裝有機結合起來，成功地解決了施工裝配難的問題，成型球殼結構穩定，且裝配工裝可以調節長度，適用于不同直徑大小的球殼，又可反復使用進行球殼裝配。
[0004]本發明的技術方案如下:
本發明之深海球殼耐壓結構裝裝配工裝為中空形球體框架結構，所述中空形球體框架結構由等邊長的十二個正五邊形框架和二十個正六邊形框架拼接形成，每個正六邊形框架的周圍連接有相互間隔排列的三個正五邊形框架和三個正六邊形框架；十二個正五邊形框架和二十個正六邊形框架由六十個接頭與九十個管件拼接形成，所述接頭包括球形本體及設在球形本體的外周的三個分接頭，三個分接頭中，相鄰兩個分接頭的夾角分別為120°、120°和108°，球形本體上設有三個朝向所述中空形球體框架結構外側的扇形缺口，三個扇形缺口由球形本體上三個相交的圍壁隔開形成，所述三個圍壁中，相鄰兩個圍壁的夾角分別為120°、120°和108°，且所述三個圍壁與三個分接頭位置對應設置；相鄰的兩個接頭上位置相對的分接頭之間連接有管件。
[0005]其進一步技術方案在于:
所述接頭的分接頭為管狀接頭，所述管狀接頭上設有貫穿的徑向螺紋孔四。
[0006]所述管件包括一根套管和兩根連接管，兩根連接管分別從套管兩端插入套管，套管上沿軸向開設有若干個穿透套管的徑向螺孔一，連接管的所述插入端設有貫通的徑向螺孔二，連接管的另一端設有貫通的徑向螺孔三，連接管與套管之間通過旋入徑向螺孔一和徑向螺孔二的螺栓二緊固連接，連接管與接頭的分接頭之間通過旋入徑向螺孔三和徑向螺紋孔四的螺栓一緊固連接。
[0007]本發明之深海球殼耐壓結構的裝配成型方法，包含以下步驟:
第一步，采用吊具將一個正六邊形分瓣放置到所述裝配工裝的正六邊形框架內，正六邊形分瓣的六個角與正六邊形框架上的六個扇形缺口吻合，利用接頭的支撐約束和分瓣的自重使分瓣支撐在工裝上；
第二步，采用吊具將三個正五邊形分瓣和三個正六邊形分瓣間隔放置到所述第一步驟中裝好的正六邊形分瓣周圍的三個正五邊形框架和三個正六邊形框架內，每當裝配完畢一塊分瓣后，將分瓣與相鄰分瓣焊接固定；
第三步，按照所述第二步驟的裝配方式，直至在所述裝配工裝上完成半個球面的分瓣裝配；
第四步，先通過夾具將第三步驟中裝配后的半球邊緣的分瓣和所述裝配工裝固定在一起，然后通過吊具將已經完成半球裝配的裝配工裝整體倒轉，使裝配好分瓣的半球朝下作為基座，按所述第一步至第三步步驟在剩余的半球框架上裝配球殼分瓣，保留最后一塊分瓣不裝，待工作人員將所述裝配工裝從球殼上拆除以及進行球殼分瓣的內部焊接，退出球殼后，完成最后一塊分辦的裝配；
第五步，完成相鄰分瓣間的焊接成型。
[0008]其進一步技術方案為:
所述第四步中所述夾具為C型夾具。
[0009]所述第二步驟至第四步驟中，每當裝配完畢一塊分瓣后，將分瓣與相鄰的分瓣先通過點焊或間斷焊連接固定在一起，待至第四步驟完成全部分瓣裝配后，相鄰分瓣間采用滿焊連接固定。在裝配最后一塊分瓣前，利用最后一塊分瓣作為出入口進行內部焊接，將分瓣與相鄰的分瓣之間采用雙面滿焊連接固定，最后裝配的一塊分瓣與相鄰的分瓣采用單面滿焊連接固定。
[0010]本發明的技術效果:
本發明有效解決深海大型球殼耐壓結構的裝配成型問題，首創性地將足球瓣式成型技術和球狀框架裝配工裝有機結合起來，既充分利用了足球瓣式下料成型規格化、材料利用率高且互換性好、組裝焊接接頭短，密封性好、焊接工作量小等優點，又成功解決了現有技術中將各足球分瓣直接焊接成型存在的施工裝配難的問題，且裝配成型后的球殼結構穩定；裝配工裝可重復進行球殼裝配；通過對所述管件的套管與連接管的調整可以調節整體長度，能夠適用于不同直徑大小的球殼；球殼裝配工可以準確快捷地對球殼分瓣進行定位和裝配，提高了本發明的工藝實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明所述球殼裝配工裝的立體圖。
[0012]圖2為本發明所述球殼裝配工裝中管件的立體圖。
[0013]圖3為本發明所述球殼裝配工裝中管件的縱向半剖軸側視圖。
[0014]圖4為本發明所述球殼裝配工裝中接頭與管件裝配后的立體圖。
[0015]圖5為本發明所述球殼裝配工裝中六個接頭和六根管件拼接成一個正六邊形框架后的立體圖。
[0016]圖6為本發明所述球殼裝配工裝中一個正六邊形框架與周圍交替排列的三個正六邊形框架和三個正五邊形框架的立體圖。
[0017]圖7為本發明所述球殼裝配工裝上裝配一個正六邊形球殼分瓣的立體圖。
[0018]圖8為本發明所述通過夾具固定球殼裝配工裝和球殼分瓣后整體倒轉的立體圖。
[0019]圖9為本發明所述通過焊接工裝將相鄰球殼分瓣焊接固定的立體圖。
[0020]圖10為本發明所述保留最后一塊球殼分瓣不裝時球殼耐壓結構的立體圖。
[0021]其中:1、正五邊形框架；2、正六邊形框架；3、接頭；301、球形本體；302、分接頭；303、扇形缺口 ；304、螺紋孔四；4、管件;401、套管;402、連接管;403、螺孔一 ；404、螺孔二 ；405、螺孔三；5、夾具；6、焊接工裝；7、螺栓一 ；8、螺栓二 ；9、正六邊形分瓣；10、正五邊形分瓣。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，說明本發明的【具體實施方式】。
[0023]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發明之深海耐壓結構的裝配工裝為中空形球體框架結構，中空形球體框架結構由等邊長的十二個正五邊形框架I和二十個正六邊形框架2拼接形成，每個正六邊形框架2的周圍連接有相互間隔排列的三個正五邊形框架I和三個正六邊形框架2 ;十二個正五邊形框架I和二十個正六邊形框架2由六十個接頭3與九十個管件4拼接形成。接頭3包括球形本體301及設在球形本體301的外周的三個分接頭302，三個分接頭302中，相鄰兩個分接頭302的夾角分別為120°、120°和108°，分接頭302為管狀接頭，管狀接頭上設有貫穿的徑向螺紋孔四304。球形本體301上設有三個朝向中空形球體框架結構外側的扇形缺口 303，三個扇形缺口 303由球形本體301上三個相交的圍壁隔開形成，三個圍壁中，相鄰兩個圍壁的夾角分別為120°、120°和108°，且三個圍壁與三個分接頭302位置對應設置；相鄰的兩個接頭3上位置相對的分接頭302之間連接有管件4。
[0024]如圖2、圖3所不，管件4包括一根套管401和兩根連接管402,兩根連接管402分別從套管401兩端插入套管401，套管401上沿軸向開設有若干個穿透套管401的徑向螺孔一 403，連接管402的插入端設有貫通的徑向螺孔二 404，連接管402的另一端設有貫通的徑向螺孔三405，連接管402與套管401之間通過旋入徑向螺孔一 403和徑向螺孔二 404的螺栓二 8緊固連接，連接管402與接頭3的分接頭302之間通過旋入徑向螺孔三405和徑向螺紋孔四304的螺栓一 7緊固連接。調節連接管402伸入套管401的深度，連接管402上的螺孔二 404可以與套管401上不同位置的螺孔一 403經螺栓二 8緊固連接，可使本工裝適用于不同直徑的球殼并且可以調整管件4的長度以配合裝配。
[0025]如圖6、圖7所示，組裝所述裝配工裝的方法如下:將六個接頭3和六根管件4通過螺栓一 7緊固依次連接組裝成一個正六邊形框架2，組裝第六條邊時先將接管402伸入套管401內部以縮短管件4的長度，待管件4的一端連接管402插入相應的分接頭302之后，再調整管件4長度至與其他邊相等，將管件4的另一端連接管402插入對應端的分接頭302，最后通過螺栓一 7及螺栓二 8固定連接；按照所述方法組裝與第一個正六邊形框架2相連的交替排列的三個正六邊形框架2和三個正五邊形框架I，依次進行直至連接形成整個中空的足球結構框架。
[0026]如圖8、圖9、圖10所示，利用所述裝配工裝進行深海球殼耐壓結構的裝配成型方法如下:
第一步，采用吊具將一個正六邊形分瓣9放置到裝配工裝的正六邊形框架2內，為了保證球殼分瓣固定的穩定性，正六邊形分瓣9的六個角與正六邊形框架2上的六個扇形缺口303吻合，利用接頭3的支撐約束和分瓣的自重使分瓣支撐在工裝上；
第二步，采用吊具將三個正五邊形分瓣10和三個正六邊形分瓣9間隔放置到第一步驟中裝好的正六邊形分瓣9周圍的三個正五邊形框架I和三個正六邊形框架2內，每當裝配完畢一塊分瓣后，將分瓣與相鄰分瓣焊接固定，所述球殼分瓣下料成型規格化、材料利用率高且相同規格可以互換；
第三步，按照第二步驟的裝配方式，直至在裝配工裝上完成半個球面的分瓣裝配；第四步，先通過夾具5將第三步驟中裝配后的半球邊緣的分瓣和裝配工裝固定在一起，然后通過吊具將已經完成半球裝配的裝配工裝整體倒轉，使裝配好分瓣的半球朝下作為基座，按第一步至第三步步驟在剩余的半球框架上裝配球殼分瓣，保留最后一塊分瓣不裝，作為出口供人員進入球殼內部，以便拆除工裝以及進行內部焊接，待球殼內部的工作人員完成內部焊接并將裝配工裝從球殼上拆除并退出球殼后，完成最后一塊分瓣的裝配；第五步，完成相鄰分瓣間的焊接成型。為了防止相鄰球殼分瓣之間的焊接角變形，將倒U形板狀的焊接工裝6的兩邊分別焊接固定在相鄰分瓣上。
[0027]具體地，在第四步固定分瓣和裝配工裝的過程中，所采用的的夾具可以是C型夾亙.N 9
所述第二步驟中，每當裝配完畢一塊分瓣后，將分瓣與相鄰的分瓣先通過點焊或間斷焊連接固定在一起；所述第四步步驟中，保留最后一塊分瓣不裝作為出入口，工作人員即可進入球殼內部拆除裝配工裝以及進行內部焊接，在裝配最后一塊分瓣前，將相鄰分瓣之間的對接縫采用雙面焊連接固定，裝配最后一塊分瓣后采用單面焊方式將最后一塊分瓣與相鄰分瓣的對接縫連接固定。所述雙面焊接是指球殼內外兩面進行焊接，工作人員利用出入口可進入球殼內部進行焊接；單面焊接是指在球殼外表面焊接，所述焊接方式焊接接頭短，密封性好、焊接工作量小。
[0028]以上描述是對本發明的解釋，不是對發明的限定，本發明所限定的范圍參見權利要求，在本發明的保護范圍之內，可以作任何形式的修改。
【權利要求】
1.深海球殼耐壓結構的裝配工裝，其特征在于:所述裝配工裝為中空形球體框架結構，所述中空形球體框架結構由等邊長的十二個正五邊形框架(I)和二十個正六邊形框架(2 )拼接形成，每個正六邊形框架(2 )的周圍連接有相互間隔排列的三個正五邊形框架(I)和三個正六邊形框架(2);十二個正五邊形框架(I)和二十個正六邊形框架(2)由六十個接頭(3)與九十個管件(4)拼接形成，所述接頭(3)包括球形本體(301)及設在球形本體(301)的外周的三個分接頭(302 )，三個分接頭(302 )中，相鄰兩個分接頭(302 )的夾角分別為120°、120°和108°，球形本體(301)上設有三個朝向所述中空形球體框架結構外側的扇形缺口(303)，三個扇形缺口(303)由球形本體(301)上三個相交的圍壁隔開形成，所述三個圍壁中，相鄰兩個圍壁的夾角分別為120°、120°和108°，且所述三個圍壁與三個分接頭(302)位置對應設置；相鄰的兩個接頭(3)上位置相對的分接頭(302)之間連接有管件(4)。
2.按權利要求1所述的深海球殼耐壓結構的裝配工裝，其特征在于:所述接頭(3)的分接頭(302)為管狀接頭，所述管狀接頭上設有貫穿的徑向螺紋孔四(304)。
3.按權利要求2所述的深海球殼耐壓結構的裝配工裝，其特征在于:所述管件(4)包括一根套管(401)和兩根連接管(402)，兩根連接管(402)分別從套管(401)兩端插入套管(401)，套管(401)上沿軸向開設有若干個穿透套管(401)的徑向螺孔一(403)，連接管(402)的所述插入端設有貫通的徑向螺孔二(404)，連接管(402)的另一端設有貫通的徑向螺孔三(405)，連接管(402)與套管(401)之間通過旋入徑向螺孔一(403)和徑向螺孔二(404)的螺栓二(8)緊固連接，連接管(402)與接頭(3)的分接頭(302)之間通過旋入徑向螺孔三(405)和徑向螺紋孔四(304)的螺栓一(7)緊固連接。
4.利用權利要求1至3任一權利要求所述的深海球殼耐壓結構的裝配工裝進行球殼裝配的成型方法，其特征在于，包含以下步驟: 第一步，采用吊具將一個正六邊形分瓣(9)放置到所述裝配工裝的正六邊形框架(2)內，正六邊形分瓣(9)的六個角與正六邊形框架(2)上的六個扇形缺口(303)吻合,利用接頭(3)的支撐約束和分瓣的自重使分瓣支撐在工裝上； 第二步，采用吊具將三個正五邊形分瓣(10)和三個正六邊形分瓣(9)間隔放置到所述第一步驟中裝好的正六邊形分瓣(9)周圍的三個正五邊形框架(I)和三個正六邊形框架(2)內，每當裝配完畢一塊分瓣后，將分瓣與相鄰分瓣焊接固定； 第三步，按照所述第二步驟的裝配方式，直至在所述裝配工裝上完成半個球面的分瓣裝配； 第四步，先通過夾具(5)將第三步驟中裝配后的半球邊緣的分瓣和所述裝配工裝固定在一起，然后通過吊具將已經完成半球裝配的裝配工裝整體倒轉，使裝配好分瓣的半球朝下作為基座，按所述第一步至第三步步驟在剩余的半球框架上裝配球殼分瓣，保留最后一塊分瓣不裝，待工作人員將所述裝配工裝從球殼內部拆除并退出球殼后，完成最后一塊分瓣的裝配； 第五步，完成相鄰分瓣間的焊接成型。
5.按權利要求4所述的深海球殼耐壓結構的裝配成型方法，其特征在于: 所述第四步中，夾具(5)為C型夾具。
6.按權利要求4所述的深海球殼耐壓結構的裝配成型方法，其特征在于:所述第二步驟至第四步驟中，每當裝配完畢一塊分瓣后，將分瓣與相鄰的分瓣先通過點焊或間斷焊連接固定在一起，待至第四步驟完成全部分瓣裝配后，相鄰分瓣間采用滿焊連接固定。
7.按權利要求6所述的深海球殼耐壓結構的裝配成型方法，其特征在于:在裝配最后一塊分瓣前，利用最后一塊分瓣作為出入口進行內部焊接，將分瓣與相鄰的分瓣之間采用雙面滿焊連接固定，最后裝配的一塊分瓣與相鄰的分瓣采用單面滿焊連接固定。
【文檔編號】B23K37/04GK104259693SQ201410354870
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】徐強, 李凱, 薛偉靖, 張博文 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所