一種用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具的製作方法

2023-09-09 21:01:50

本實用新型涉及航空、航天用材料鈦合金長直管件焊接技術領域，具體地說，涉及一種用於鈦合金薄壁管件直焊縫變形控制的夾具。

背景技術：

鈦合金具有耐蝕性、密度低、表面質感及多樣化色澤、不導磁的特性，且具有比強度高、耐高溫等優良的力學性能，被廣泛用於航天航空工業領域。由於輕量化、耐蝕性的特點，鈦合金薄壁件焊接結構在飛機引氣管路、液壓管路、燃油管路諸多部件製造中有著廣泛的應用。

目前鈦合金管件的類型主要有冷無縫管、熱軋無縫管、熱擠壓管和焊管，對於鈦合金焊管的生產製造相對於鈦合金冷無縫管、熱軋無縫管及熱擠壓管具有更低的技術條件要求，更高的生產效率，較高的原材料利用率，能夠有效降低生產成本，因此各國都在發展自己的鈦焊管生產體系。鈦合金焊管的製備工藝通常是先採用鈦板滾彎、折彎的管狀成形工藝，再利用焊接技術實現管件零部件的製備。

對於薄壁長管件上直焊縫的焊接，由於長厚比大，構件在焊接殘餘應力下容易發生失穩變形，同時，根據焊接變形撓度公式可知，長管焊接變形撓度與焊縫長度的平方成正比，長度對焊管變形影響很大。同時鈦合金薄壁管件的剛度小，在管直徑小於60mm薄壁長管焊接時，很難採取常規直焊縫的夾持方法控制其焊接變形。

技術實現要素：

為了避免現有技術存在的不足，本實用新型提出一種用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具，該夾具結構簡單，支座和裝夾組件一體化，可有效地減小薄壁構件在焊接過程中產生的變形；尤其對管直徑小於60mm薄壁長管焊接，可有效地對管件內壁和外壁的裝夾，增加約束；同時通過設計背面氣體保護結構,實現鈦合金管件焊接背面的有效保護，提高焊接質量。

本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:包括平臺底座、連接板、支撐板、夾持平臺、銅芯、芯軸、銅夾塊、芯軸支座，銅芯鑲嵌在芯軸表面的軸向凹槽上，芯軸兩端放置在芯軸支座上，兩個芯軸支座通過連接板和螺栓安裝在兩槽鋼上面；夾持平臺位於平臺底座的上部，夾持平臺與平臺底座通過多塊支撐板焊接相連，平臺底座固定在槽鋼上面，兩槽鋼的端部分別通過連接板相連接；

所述銅夾塊為一端端部帶有圓弧楔形面的長方體結構，中間部位有螺孔，多組銅夾塊分別安裝在夾持平臺上，且帶有圓弧楔形面的一端兩兩相對,銅夾塊與夾持平臺通過螺栓配合連接,實現焊管與銅芯的夾緊；

所述銅芯上表面軸向銑削加工成圓弧凹面用於承載焊管，銅芯下表面開有通氣槽，銅芯中心軸線上開有導氣孔，用於保護氣體導入背面焊縫周圍；

所述芯軸支座為倒T形結構，芯軸支座上開有U型槽，U型槽底面圓弧面與芯軸圓弧相同，U型槽壁上開有對稱螺孔，芯軸兩端部徑向分別設置有兩個對稱緊固孔，螺栓與芯軸支座的U型槽壁上螺孔相配合，並通過芯軸兩端的緊固孔夾緊芯軸。

所述夾持平臺為兩塊L形平板，兩夾持平臺依銅芯對稱安裝於同一水平面上。

有益效果

本實用新型提出的一種用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具,鈦合金薄壁管安放在夾具中,通過螺栓和螺母連接夾持平臺與銅夾塊，並夾緊。焊管裝夾在具有圓弧面的銅芯和銅夾塊之間，芯軸支座提供支撐力和保持剛度。

本實用新型用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具,在鈦合金薄壁管焊接時，依靠夾具的約束和散熱作用，有效減地小鈦合金薄壁件的變形。

本實用新型用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具，其芯軸兩端承載在等高的芯軸支座上，有利於保持裝夾和焊接中芯軸處於水平位置，提高裝夾精度；夾具結構簡單，且適用於夾持不同口徑的焊管，提高了夾具的使用價值。連接板上設有螺孔，方便夾具定位和緊固；平臺底座固定後進行整體銑削加工，有效地保持了平臺底座的平整度和精度，為裝夾精度提供了前提條件。夾具各部件安裝便捷，不需要利用其它工作平臺輔助定位裝夾，可隨意搬動，節省生產空間。

本實用新型用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具，焊接方式實用；夾具通過螺栓夾緊力夾持待焊管，使焊管與銅芯和銅夾塊貼合完好，貼合的銅夾塊、銅芯能較快的傳導焊管的焊接熱量，且較小焊接變形；保護氣體經過焊接導氣管進入銅芯和不鏽鋼形成的腔體，排盡空氣後保護氣體均勻的從預設的通氣孔導出，實現有效的焊接的背面保護，提高焊接質量；芯軸與焊管的鑲嵌貼合，有效增大了芯軸的剛度，減小了芯軸受力後可能出現的變形，尤其對於長且直徑小於60mm的焊管，剛度越大，所允許的夾持力越大，焊接裝夾越緊密，焊接變形越小。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本實用新型一種用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具作進一步說明。

圖1為本實用新型用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具軸測圖。

圖2為本實用新型用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具示意圖。

圖3為本實用新型夾具的夾持平臺示意圖。

圖4為本實用新型夾具的銅芯與芯軸結構示意圖。

圖5為本實用新型夾具的銅夾塊示意圖。

圖6為本實用新型夾具的芯軸支座示意圖。

圖中:

1.夾具 2.平臺底座 3.槽鋼 4.連接板 5.支撐板 6.螺孔 7.夾持平臺 8.銅芯 9.芯軸 10.銅夾塊 11.芯軸支座 12.螺母 13.螺栓 14.導氣孔 15.焊管

具體實施方式

本實施例是一種用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具。夾具通過螺栓夾緊力夾持待焊管，使焊管與銅芯和銅夾塊貼合裝夾，貼合裝夾的銅夾塊、銅芯能較快的傳導焊管的焊接熱量，較小焊接變形；保護氣體經過焊接導氣管進入銅芯和不鏽鋼形成的腔體，排盡空氣後保護氣體均勻的從預設的通氣孔導出，實現焊接的背面保護，提高焊接質量；芯軸兩端承載在等高的芯軸支座上，有利於保持裝夾和焊接中芯軸處於水平位置，提高裝夾精度，實現整體焊接變形夾具控制。

參閱圖1～圖6，本實施例用於鈦合金管件直焊縫變形控制的夾具由平臺底座2、槽鋼3、連接板4、支撐板5、螺孔6、夾持平臺7、銅芯8、芯軸9、銅夾塊10、芯軸支座11、螺母12、螺栓13、導氣孔14組成；其中,銅芯8鑲嵌在芯軸9表面的軸向凹槽上，芯軸9兩端放置在芯軸支座11上，兩個芯軸支座11通過連接板4和螺栓安裝在槽鋼3上面，夾持平臺7位於平臺底座2的上部，夾持平臺7與平臺底座2通過多塊支撐板5焊接相連。平臺底座2固定在槽鋼3上面，兩槽鋼3的端部分別通過連接板4相連接。

銅夾塊10為一端端部帶有圓弧楔形面的長方體結構，中間部位有螺孔，多組銅夾塊10分別安裝在夾持平臺7上，且帶有圓弧楔形面的一端兩兩相對；銅夾塊10與夾持平臺7通過螺栓和螺母配合連接,實現焊管15與銅芯8的夾緊作用，達到約束焊接變形的控制。銅芯8上表面軸向銑削加工成圓弧凹面用於承載焊管15，銅芯8下表面開有通氣槽，銅芯8中心軸線上開有通氣孔，用於保護氣體導入背面焊縫周圍。

芯軸支座11為倒T形結構，芯軸支座11上開有U型槽，U型槽壁上開有對稱螺孔，U型槽底面圓弧面與芯軸9圓弧相同，U型槽壁上開有螺孔；芯軸9兩端部軸向分別設置有兩個對稱緊固孔，螺栓與芯軸支座11的U型槽壁上螺孔相配合,並通過芯軸9兩端的緊固孔，用於夾緊芯軸。

加工過程

本實施例中的平臺底座2由槽鋼3、連接板4和切割處理後的支撐板5及夾持平臺7焊接成形，其中，平臺底座2固定焊接在兩個平行的槽鋼3上，槽鋼3的兩端有連接板4；夾持平臺7與平臺底座2通過加工後的支撐板5焊接成形，經過機械加工使夾持平臺7等高、平整。

芯軸支座11為倒T形結構，芯軸支座11上開有U型槽，U型槽底面圓弧面與芯軸圓弧相同，U型槽壁上開有對稱螺孔，芯軸兩端部徑向分別設置有兩個對稱緊固孔，螺栓與芯軸支座的U型槽壁上螺孔相配合，並通過芯軸9兩端的緊固孔夾緊芯軸，保持芯軸9的穩定。夾持平臺7為兩塊L形平板，兩夾持平臺依銅芯對稱安裝於同一水平面上。夾持平臺7與銅夾塊10中間的圓弧面和焊管15接觸，實現夾緊約束。通過把有圓弧面的銅芯8鑲嵌在芯軸9的槽腔內，保護氣體通過通氣孔進入銅芯8和芯軸9形成的密封腔體中，氣體通過導氣孔14均勻導出，實現焊接薄壁管15的背面保護。同時芯軸9兩端設置有平面，用於與芯軸支座11接觸承載。

銅夾塊10的一端端部銑削形成帶有圓弧楔形面結構，用於與焊管15接觸，快速的傳導焊接熱量，減小焊接變形；通過螺栓13穿過夾持平臺7上的螺孔6和銅夾塊10上的螺孔，並與螺母12配合夾緊銅夾塊10和夾持平臺7，實現焊接件裝夾。

本實施例中,利用具有圓弧面的銅芯和銅夾塊將鈦合金薄壁管件夾持在夾具上，通過螺栓夾緊力夾緊焊管。銅材料與焊管的接觸，有效地約束了焊管的變形，並能及時迅速的把焊管的焊接熱量傳導通過銅芯傳導開，減小焊接變形，提高焊接質量。在鈦合金薄板焊接時，依靠銅芯和芯軸鑲嵌作用，增大了芯軸的剛度，從而有效減小鈦合金薄壁件的變形，同時，銅芯和芯軸鑲嵌形成的凹鋼通過導入保護氣體，氣體均勻的從銅芯的導氣孔導出，能有效對焊縫背面進行氣體保護。