一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法
2023-06-13 19:19:41 1
一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法
【專利摘要】本發明公開了一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法。採用在鈦合金直管內部進行輔助支撐和夾持，以及通過惰性氣對焊接影響區域進行保護來保證鈦合金直管的接縫焊接質量和精度。首先在通氣管兩端用密封膠帶將銅套與鈦合金直管配合處進行密封，通氣管上有兩排氣孔使保護氣通向焊縫處，並在通氣管上用強力膠固連一個也有兩排氣孔的弧形銅塊形成一個整體部件，對焊接區域進行輔助支撐；弧形銅塊的弧度小於半圓弧，保證焊接完成後通氣管和弧形銅塊從鈦合金直管內取出，鈦合金直管外側焊縫通過保護罩進行氣體保護，卡環將焊槍固定在保護罩上，通過移動保護罩帶動焊槍移動；為保證焊接的連續性，鈦合金直管採用圓弧形卡具進行夾持。
【專利說明】一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械製造及加工工藝【技術領域】，具體地說，涉及一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法。
【背景技術】
[0002]鈦合金具有優良的抗腐蝕性，而且具有比重小、強度高的特點。隨著我國航空工業的不斷發展，鈦合金板料在飛機製造中的用量在不斷增長；通常，在飛機零部件加工中，有大量的油氣管路零件，特別是大型飛機中，這種油氣管路的直徑越來越大。因而，大直徑管路的製造一般是通過板料冷彎成形，然後對成形後直管接縫處進行焊接得到鈦合金管件。這種加工大直徑管件的方法具有工藝簡單，材料利用率高，成本低的優勢。
[0003]由於鈦合金在高溫下對氧、氮、氫、碳氣體具有極大的親和力，這給焊接帶來一定困難，不但焊縫熔池需要保護，焊接件內部也要保護。在專利CN201900394U中公開了一種小直徑鈦管焊接氣體保護罩，這種筒狀保護罩將待焊接管件密封，在密封區內通有保護氣體，使焊接區域形成保護性氣體氛圍，從而有效地消除鈦管焊接氧化危害；但不足之處在於無法克服焊縫和近縫區局部溫度過高導致材料變軟而出現焊縫處局部塌陷問題及熱影響區的擴大引起焊接應力增加導致的波浪式翹曲變形問題，影響形狀精度。鈦合金的導熱係數較低，焊縫和近縫區因在高溫環境停留時間長，導致該區域材料變軟，如果材料內側沒有輔助支撐，材料會因變軟而塌陷；另外，由於熱影響區的擴大，焊接應力增加引起失穩變形十分嚴重，如果材料外側沒有夾持會出現波浪式翹曲變形，焊接冷卻後，鈦合金硬度又很大，這種帶局部塌陷及波浪式翹曲變形零件很難通過後續的校形工序變成合格零件，因而對形狀精度要求高的鈦合金管件焊接時，不但焊縫熔池、焊接件內部，焊縫及熱影響區域需要進行惰性氣體保護，而且需要在焊縫和近縫區材料易發生變軟塌陷及焊接應力增加導致的波浪式翹曲變形的地方進行輔助支撐和夾持來克服焊接變形，故需要一種能保證鈦合金直管的接縫焊接質量和形狀精度的方法。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的焊縫和近縫區因在高溫環境停留時間長，導致材料容易發生變軟而引起的局部塌陷及熱影響區的擴大引起焊接應力增加導致的波浪式翹曲變形問題，本發明提出一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法，目的是通過在鈦合金管內部進行輔助支撐和夾持，以及採用惰性氣體對焊接影響區域進行保護來保證鈦合金直管的接縫焊接質量和精度。首先在第一通氣管兩端用密封膠帶將銅套與鈦合金直管配合處進行密封，第一通氣管上有兩排圓孔使保護氣通向焊縫處；然後在第一通氣管上用強力膠固連一個也有兩排圓孔的弧形銅塊形成一個整體部件，對焊接區進行輔助支撐；鈦合金直管外側焊縫通過保護罩進行氣體保護，焊槍固定在保護罩上，通過移動保護罩帶動焊槍移動，在鈦合金直管上形成移動保護區，對未焊接的接縫處用密封膠帶進行密封，隨焊槍的移動，漸進撕下密封膠帶；為保證焊接的連續性，鈦合金直管採用圓弧形卡具進行夾持。[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:鈦合金直管的接縫焊接夾具包括通氣嘴、封堵板、銅套、焊槍、保護罩、弧形銅塊、第一通氣管、圓弧形卡具，所述第一通氣管為圓筒形，兩端有外螺紋，第一通氣管壁上沿軸向有兩排等間距直徑相同的圓孔，封堵板位於第一通氣管內兩端，封堵板外徑與第一通氣管內徑相同，且為過盈配合，其中，一端的封堵板中心有通氣嘴安裝孔；所述弧形銅塊上沿軸向有兩排等間距直徑為2mm的圓孔，弧形銅塊的弧度小於半圓弧，弧形銅塊固定在第一通氣管上，弧形銅塊內側圓弧面與第一通氣管外側面採用強力膠貼合，弧形銅塊上的兩排圓孔與第一通氣管上的兩排圓孔尺寸相同，弧形銅塊上的圓孔與第一通氣管上的圓孔同軸一一對應；所述銅套為階梯形圓筒結構，銅套內側有螺紋，兩銅套位於第一通氣管兩端，銅套與第一通氣管通過螺紋連接；保護罩位於弧形銅塊上面中間部位，鈦合金直管安裝在夾具上，鈦合金直管內側圓柱面與弧形銅塊的外圓弧面貼合，鈦合金直管的焊縫位於弧形銅塊上的兩排圓孔的軸向對稱面上，圓弧形卡具將鈦合金直管夾持住，圓弧形卡具的內側圓弧面與鈦合金直管的外側圓弧面貼合；所述保護罩包括罩體、卡環、第二通氣管、銅絲網、耐高溫橡膠塊，焊槍通過卡環固定在罩體上，罩體上部有螺孔安裝通氣嘴與第二通氣管相連通，第二通氣管上沿軸向有多個圓孔，銅絲網位於第二通氣管與焊縫區之間，耐高溫橡膠塊採用強力膠固連在罩體底部兩側及後端面，且與鈦合金直管接觸配合。
[0006]一種採用所述鈦合金直管的接縫焊接夾具進行鈦合金直管的接縫焊接方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0007]步驟1，確定焊接夾具的弧形銅塊的尺寸，根據待焊接鈦合金直管的內徑及長度尺寸確定弧形銅塊的尺寸，弧形銅塊與第一通氣管組成的整體部件沿徑向尺寸小於鈦合金直管的內徑，保證弧形銅塊與第一通氣管組成的整體部件從焊接後鈦合金直管內取出；
[0008]步驟2，採用強力膠將弧形銅塊固連在第一通氣管上，且保證弧形銅塊上的兩排圓孔與第一通氣管上的兩排圓孔對中定位準確，將兩封堵板安裝在第一通氣管上，弧形銅塊與第一通氣管整體放置在鈦合金直管內，並將銅套從第一通氣管兩端分別旋入到預定位置，在銅套與鈦合金直管接觸端面用密封膠帶進行密封，將鈦合金直管用圓弧形卡具夾持住，在封堵板上安裝通氣嘴連接保護氣，最後將焊槍安裝在保護罩上的預定位置；
[0009]步驟3，對焊口區域及焊絲進行酸洗，去除其表面的氧化膜，直至顯銀白色金屬光澤為止；酸洗後，洗淨酸液並用白布擦乾，用丙酮或酒精再擦拭焊口及焊絲；對焊槍移動方向上的未焊接區，採用密封膠帶密封，並對第一通氣管及保護罩進行通氣，時間30s，排除第一通氣管及保護罩內的空氣；
[0010]步驟4，進行焊接操作，採用左焊法，焊槍噴嘴與被焊工件垂直，鎢極伸出長度和噴嘴離焊件表面距離要小，以獲得氣體保護效果，隨著保護罩的移動逐漸撕下焊槍前方鈦合金直管接縫上的密封膠帶；
[0011]步驟5，鈦合金直管焊接後，自然冷卻5min，卸下圓弧形卡具，旋出第一通氣管兩端的銅套，取出第一通氣管與弧形銅塊，卸下焊接管件；
[0012]步驟6，重複上述步驟I至步驟5，進行批量焊接。
[0013]有益效果
[0014]本發明提出的一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法，通過在鈦合金直管的內側採用第一通氣管上開有的兩排圓孔保證保護氣通向焊縫處，並且在鈦合金直管的外側焊縫處通過保護罩進行氣體保護，焊槍固定在保護罩上，消除在焊接過程中由於操作人員手部晃動對焊接質量的影響；通過移動保護罩帶動焊槍移動，在鈦合金直管上形成移動保護區。焊接過程中為節省保護氣，對未焊接的接縫處用密封膠帶進行密封，隨著焊槍的移動，逐漸撕下密封膠帶；接縫焊接夾具在焊縫熔池、焊接件內部、焊縫及熱影響區域形成惰性氣體保護區，使焊接區域形成保護性氣體氛圍，從而有效地消除鈦管焊接氧化危害；另夕卜，在鈦合金直管的內側由第一通氣管及弧形銅塊組成輔助支撐部分，可在焊縫和近縫區材料易發生變軟塌陷處進行輔助支撐，避免該區域因在高溫環境停留時間長導致材料容易發生變軟而引起的局部塌陷問題。在鈦合金直管的外側通過採用圓弧形卡具進行夾持，避免熱影響區的擴大引起焊接應力增加導致的波浪式翹曲變形問題；同時，由於弧形銅塊弧度小於半圓弧，使第一通氣管和弧形銅塊組成的整體部件沿徑向尺寸小於鈦合金直管的內徑，可保證第一通氣管和弧形銅塊構成的整體部件順利地從焊接好的鈦合金直管內取出，圓弧形卡具內圓弧尺寸與鈦合金直管外圓尺寸相同，保證圓弧形卡具與鈦合金直管的緊密貼合。本發明焊接夾具及接縫焊接方法可有效地克服焊接變形及焊接氧化問題，並能較好的保證接縫焊接質量和鈦合金直管的形狀精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施方式對本發明一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法作進一步的詳細說明。
[0016]圖1為鈦合金直管接縫焊接時的缺陷形式圖，圖中I表示焊縫區。
[0017]圖2為本發明鈦合金直管的接縫焊接夾具結構示意圖。
[0018]圖3為本發明鈦合金直管接縫焊接夾具的輔助支撐部分結構剖視圖。
[0019]圖4為本發明的弧形銅塊與第一通氣管膠連的結構示意圖。
[0020]圖5為本發明鈦合金直管接縫焊接夾具的弧形銅塊示意圖。
[0021]圖6為本發明鈦合金直管接縫焊接夾具的保護罩結構示意圖。
[0022]圖7為本發明鈦合金直管接縫焊接夾具的保護罩剖視圖。
[0023]圖中:
[0024]1.通氣嘴2.封堵板3.銅套4.焊槍5.保護罩6.弧形銅塊7.第一通氣管
8.圓弧形卡具9.卡環10.罩體11.第二通氣管12.耐高溫橡膠塊13.銅絲網
【具體實施方式】
[0025]本實施例是一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法。
[0026]參閱圖1?圖5，本實施例鈦合金直管的接縫焊接夾具由通氣嘴1，封堵板2，銅套3，焊槍4，保護罩5，弧形銅塊6，第一通氣管7，圓弧形卡具8組成。第一通氣管7為圓筒形結構，兩端有外螺紋，第一通氣管7管壁上沿軸向有兩排等間距直徑相同的圓孔，封堵板2安裝在第一通氣管7內的兩端,封堵板2外徑與第一通氣管7內徑相同,封堵板2與第一通氣管7為過盈配合，並採用密封膠密封端面，其中，一端的封堵板2中心有通氣嘴I安裝孔。弧形銅塊6上沿軸向有兩排等間距直徑為2mm的圓孔，弧形銅塊6的弧度小於半圓弧，弧形銅塊6固定在第一通氣管7上，弧形銅塊6內側圓弧面與第一通氣管7外側面採用強力膠貼合，弧形銅塊6上的兩排圓孔與第一通氣管7上的兩排圓孔尺寸相同，而且弧形銅塊6上的兩排圓孔與第一通氣管7上的兩排圓孔同軸一一對應，並起到定位作用。銅套3為階梯形圓筒結構，銅套3內側壁有螺紋，兩個銅套3安裝在第一通氣管7的兩端，銅套3與第一通氣管7通過螺紋連接；銅套3的尺寸根據待焊接鈦合金直管的內外徑尺寸及對夾剛度的要求確定，銅套3採用黃銅材料。保護罩5安裝在弧形銅塊6上面中間部位，保護罩5的軸對稱面與第一通氣管7上的兩排圓孔的軸向對稱面重合，鈦合金直管安裝在保護罩5和弧形銅塊6之間，鈦合金直管內側圓柱面與弧形銅塊6的外圓弧面貼合，鈦合金直管的焊縫位於第一通氣管7上的兩排圓孔的中心對稱面上，圓弧形卡具8將鈦合金直管夾持住，圓弧形卡具8的內側圓弧面與鈦合金直管的外側圓弧面貼合。
[0027]如圖6、圖7所示，焊接夾具的保護罩5包括罩體10、卡環9、第二通氣管11、銅絲網13、耐高溫橡膠塊12，焊槍4通過卡環9固定安裝在罩體10上，罩體10上部有通氣孔與第二通氣管11相連通，第二通氣管11上沿軸向有多個圓孔，銅絲網13安裝在第二通氣管11與焊縫區之間，耐高溫橡膠塊12採用強力膠固連在罩體10底部兩側及後端面。由於耐高溫橡膠塊12具有柔性，保證與鈦合金直管接觸配合充分，使移動的保護罩5內具有足夠的惰性氣體保護區，同時起到省氣的作用。
[0028]本實施例中焊接夾具的弧形銅塊6的尺寸由待焊接鈦合金直管的內徑及長度尺寸確定，圓弧段的圓心角為120°，弧形銅塊弧度小於半圓弧，保證焊接結束後第一通氣管7和弧形銅塊3順利地從鈦合金直管內取出。第一通氣管7及封堵板2的尺寸由弧形銅塊6和銅套3的尺寸確定，第一通氣管7材料為45鋼，在本實施例中第一通氣管7的內徑為20mm ;圓弧形卡具8的內徑為60mm,圓心角為135°。
[0029]基於上述鈦合金直管的接縫焊接夾具，本發明還提出了一種鈦合金直管的接縫焊接方法，包括以下步驟:
[0030]步驟1，確定焊接夾具的弧形銅塊的尺寸，根據待焊接鈦合金管的內徑及長度尺寸確定弧形銅塊的尺寸，弧形銅塊與第一通氣管組成的整體部件沿徑向尺寸小於鈦合金直管的內徑，保證弧形銅塊與第一通氣管組成的整體部件從焊接後鈦合金直管內取出；
[0031]步驟2，採用強力膠將弧形銅塊固連在第一通氣管上，且保證弧形銅塊的兩排圓孔與第一通氣管的兩排圓孔對中定位準確，將兩封堵板安裝在第一通氣管上，弧形銅塊與第一通氣管整體放置在鈦合金直管內，並將銅套從第一通氣管兩端分別旋入到預定位置，在銅套與鈦合金直管接觸端面用密封膠帶進行密封，將整體用圓弧形卡具夾持住，在封堵板上安裝通氣嘴連接保護氣，最後將焊槍安裝在保護罩上的預定位置；
[0032]步驟3，對焊口區域及焊絲進行酸洗，去除其表面的氧化膜，直至顯銀白色金屬光澤為止；酸洗後，洗淨酸液並用白布擦乾，用丙酮或酒精再擦拭焊口及焊絲；對焊槍移動方向上的未焊接區，採用密封膠帶密封，並對第一通氣管及保護罩進行通氣，時間30s，排除第一通氣管及保護罩內的空氣；
[0033]步驟4，進行焊接操作，採用左焊法，焊槍噴嘴與被焊工件垂直，鎢極伸出長度和噴嘴離焊件表面距離要小，以獲得氣體保護效果，隨著保護罩的移動逐漸撕下焊槍前方鈦合金直管接縫上的密封膠帶；
[0034]步驟5，鈦合金直管焊接後，自然冷卻5min，卸下圓弧形卡具，旋出第一通氣管兩端的銅套，取出第一通氣管與弧形銅塊，卸下焊接管件；
[0035]步驟6，重複以上步驟I至步驟5，進行批量焊接。
【權利要求】
1.一種鈦合金直管的接縫焊接夾具及接縫焊接方法，其特徵在於:包括通氣嘴、封堵板、銅套、焊槍、保護罩、弧形銅塊、第一通氣管、圓弧形卡具，所述第一通氣管為圓筒形，兩端有外螺紋，第一通氣管壁上沿軸向有兩排等間距直徑相同的圓孔，封堵板位於第一通氣管內兩端，封堵板外徑與第一通氣管內徑相同，且為過盈配合，其中，一端的封堵板中心有通氣嘴安裝孔；所述弧形銅塊上沿軸向有兩排等間距直徑為2mm的圓孔，弧形銅塊的弧度小於半圓弧，弧形銅塊固定在第一通氣管上，弧形銅塊內側圓弧面與第一通氣管外側面採用強力膠貼合，弧形銅塊上的兩排圓孔與第一通氣管上的兩排圓孔尺寸相同，弧形銅塊上的圓孔與第一通氣管上的圓孔同軸一一對應；所述銅套為階梯形圓筒結構，銅套內側有螺紋，兩銅套位於第一通氣管兩端，銅套與第一通氣管通過螺紋連接；保護罩位於弧形銅塊上面中間部位，鈦合金直管安裝在夾具上，鈦合金直管內側圓柱面與弧形銅塊的外圓弧面貼合，鈦合金直管的焊縫位於弧形銅塊上的兩排圓孔的軸向對稱面上，圓弧形卡具將鈦合金直管夾持住，圓弧形卡具的內側圓弧面與鈦合金直管的外側圓弧面貼合；所述保護罩包括罩體、卡環、第二通氣管、銅絲網、耐高溫橡膠塊，焊槍通過卡環固定在罩體上，罩體上部有螺孔安裝通氣嘴與第二通氣管相連通，第二通氣管上沿軸向有多個圓孔，銅絲網位於第二通氣管與焊縫區之間，耐高溫橡膠塊採用強力膠固連在罩體底部兩側及後端面，且與鈦合金直管接觸配合。
2.一種採用權利要求1所述的鈦合金直管的接縫焊接夾具進行鈦合金直管的接縫焊接方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟1，確定焊接夾具的弧形銅塊的尺寸，根據待焊接鈦合金直管的內徑及長度尺寸確定弧形銅塊的尺寸，弧形銅塊與第一通氣管組成的整體部件沿徑向尺寸小於鈦合金直管的內徑，保證弧形銅塊與第一通氣管組成的整體部件從焊接後鈦合金直管內取出； 步驟2，採用強力膠將弧形銅塊固連在第一通氣管上，且保證弧形銅塊上的兩排圓孔與第一通氣管上的兩排圓孔對中定位準確，將兩封堵板安裝在第一通氣管上，弧形銅塊與第一通氣管整體放置在鈦合金直管內，並將銅套從第一通氣管兩端分別旋入到預定位置，在銅套與鈦合金直管接觸端面用密封膠帶進行密封，將鈦合金直管用圓弧形卡具夾持住，在封堵板上安裝通氣嘴連接保護氣，最後將焊槍安裝在保護罩上的預定位置； 步驟3，對焊口區域及焊絲進行酸洗，去除其表面的氧化膜，直至顯銀白色金屬光澤為止；酸洗後，洗淨酸液並用白布擦乾，用丙酮或酒精再擦拭焊口及焊絲；對焊槍移動方向上的未焊接區，採用密封膠帶密封，並對第一通氣管及保護罩進行通氣，時間30s，排除第一通氣管及保護罩內的空氣； 步驟4，進行焊接操作，採用左焊法，焊槍噴嘴與被焊工件垂直，鎢極伸出長度和噴嘴離焊件表面距離要小，以獲得氣體保護效果，隨著保護罩的移動逐漸撕下焊槍前方鈦合金直管接縫上的密封膠帶； 步驟5，鈦合金直管焊接後，自然冷卻5min，卸下圓弧形卡具，旋出第一通氣管兩端的銅套，取出第一通氣管與弧形銅塊，卸下焊接管件； 步驟6，重複上述步驟I至步驟5，進行批量焊接。
【文檔編號】B23K37/053GK103978290SQ201410198301
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】孫寶龍, 傅莉, 王永軍 申請人:西北工業大學