焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置的製作方法
2023-05-03 17:52:46
專利名稱：焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置的製作方法
技術領域：
本發 明是一種焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，屬於產品的結構技術領域，適用於焊接或熱處理中環形及筒形構件旋轉運動過程中溫度的測量。
背景技術：
隨著焊接及熱處理等熱加工技術的發展，航空、航天、船舶、兵器、電子等行業複雜構件的製造技術得到迅速的發展。在構件的製造過程中，環形及筒形結構屬於一種常見的、 典型的結構形式。在焊接、熱處理等熱加工過程中，無法避免地要涉及到環形或筒形構件的旋轉運動及必要的溫度測試，甚至是基於加熱溫度控制的工藝調控，因此，溫度測試和監控對於構件性能和技術水平的提高起著至關重要的作用。目前，大部分熱加工技術測溫主要是採用測量環境氣氛溫度的方法，這種方法不適用於焊接、局部熱處理及表面處理等局部加熱技術。在航空航天等領域，環形或鼓筒構件在熱加工過程中迫切需要對溫度進行監測， 以便工藝調控和優化。特別是鼓筒類零件的電子束焊、雷射焊等自動焊接及局部熱處理工藝技術。對於高溫鈦合金、鈦鋁合金以及超高強度鋼等易裂材料的旋轉構件，在雷射、電子束焊接加工中，一般需要採用焊前電子束或雷射預熱來降低裂紋產生機率。但預熱的溫度需要嚴格控制，否則極易產生負面影響，降低接頭力學性能。對於近縫區母材表面塗覆、電鍍或滲入了特殊功能物質的旋轉構件，在焊接中除了嚴格控制焊縫寬度外，還需嚴格監控近縫區域的溫度，以免影響焊縫和近縫區的組織、成分及性能。上述實際的工程應用均是在旋轉運動過程中進行熱加工，旋轉運動中需要保持測溫傳感器與構件的相對位置關係，因此，溫度測試存在一定的難度。為了提高溫度測量的穩定性和精確性，一般採用接觸式的熱電偶測溫。對於旋轉構件的溫度測試，需要解決運動中熱電偶線或信號線與零件的相對位置關係問題，保持熱電偶與測點緊密接觸，熱電偶不會因為受到較大的拉力而脫落、測溫失效。國外對於旋轉構件的測溫研究以美國為主。美國的OMEGA公司研發了熱電偶測溫電刷結構，在專用的旋轉電機及減速器以及空心軸類工裝輔助條件下，可實現旋轉構件的測溫。如圖1所示，熱電偶2的一端連接到工件1測點，另一端通過轉盤3及空心軸4在外部減速器位置引出熱電偶觸點6與環形電刷7接觸，從電刷引出信號線8連接到溫度記錄儀9 ；電機5帶動轉盤3、工件1、熱電偶2及空心軸4轉動，熱電偶觸點6與電刷7摩擦接觸，將微弱的熱電勢信號輸入到測溫儀9進行測溫。這種方法設計相對巧妙，在旋轉過程中通過觸點間的相對摩擦接觸，解決了熱電偶與信號線的連接、測量信號的輸出問題；保證了熱電偶與工件緊密接觸；通過空心軸的引出，可應用真空環境的熱加工；特別適用於尺寸小、重量輕零件的熱加工，如EDPVD製備葉片塗層等。
由於實際工程應用中旋轉構件的測溫難度較大，國內主要依靠工藝經驗來進行熱加工製造。因此，國內對於輔助測溫裝置的研發活動較少，成都發動機有限公司申請了一項關於「旋轉式自動測溫的裝置」實用新型，用於測定發動機10運轉中排氣12的溫度場，熱電偶2不與發動機10構件直接相連。如圖2所示，旋轉支架11的轉動，帶動支架上的多個熱電偶2運動，測量排出氣體12的溫度場。該專利主要涉及信號數據的採集傳輸設計、電機減速器結構的設計以及三叉旋轉支架的設計。 國內自主研發及進口的先進的熱加工設備，主要源於德國等歐洲國家，採用OMEGA 電機、減速器組件的設備很少。目前，設備運動系統及工裝設計與OMEGA測溫裝置的匹配性不好。由於採用接觸式電刷結構，OMEGA測溫裝置受觸點部位的接觸壓力、壓緊程度及摩擦磨損等多種因素影響，輸出的弱熱電勢信號穩定性和精確性較差，易產生波動，需要一定的外部補償和調節；電刷的摩擦生熱也會帶來一定的測量誤差；由於結構形式的限制，在一次熱加工測溫中，OMEGA測溫裝置一般採用一套電刷結構及一根熱電偶，針對工件上的一點進行溫度測量，對於多點溫度測試及溫度場的測量存在一定的難度；適用於小型零部件測溫，對於日趨複雜化、大型化及整體化的構件，OMEGA測溫裝置是不適用的；對於OMEGA測溫裝置，需要設計專用的空心軸類工裝，採用專用的電刷、電機、減速器，整體上價格較高，大概價格5000 7000美元。雖然OMEGA電刷式測溫裝置適用於小型零部件的熱加工測溫， 具有一定的應用前景。隨著熱加工製造技術的發展和溫度測量的高精度要求，該裝置已無法滿足更高的要求。成都發動機有限公司的實用新型設計主要針對發動機構件排出氣體溫度進行檢測，熱電偶不會與零件發生幹涉，不涉及加工製造技術；而一般的熱加工設備都存在一定的空間或真空條件限制，且熱電偶與構件需要接觸連接，因此，「旋轉式自動測溫的裝置」實用新型不適合熱加工過程中使用。
發明內容
本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，其目的是為了滿足飛速發展的焊接、熱處理等熱加工技術及更高的測溫精度要求，適用於環形及筒形旋轉構件焊接、熱處理的測溫需要，其技術措施主要是測溫熱電偶的安裝及測溫信號的引出，提高了溫度測量的穩定性和精度，擴展熱電偶接觸測溫在科研及生產中的應用範圍，優化工藝提高焊接、熱處理等熱加工技術水平。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的該種焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，包括一個轉盤和為轉盤提供旋轉驅動力的電機，轉軸的一端安裝在轉盤上，轉軸上安裝有待測量的筒形或環形零件，轉軸的另一端與頂尖相抵，其特徵在於在筒形或環形零件的圓周面上設置有用於溫度測量的熱電偶，熱電偶的測量數據線連接到一個接線端子上，接線端子隨轉軸一起轉動，接線端子的輸出信號線纏繞在轉軸上形成一匝，該輸出信號線可隨轉軸的順、逆時針的轉動而收放。輸出信號線的一部分纏繞在轉軸形成一匝，另一部分纏繞在一個具有彈性回位功能的線軸上。線軸是主要包括一個帶槽的中心軸、彈性鋼片、繞線軸和繞線槽，其中，彈性鋼片的一端插裝在中心軸芯部的條形槽內，另一端固定在繞線軸的內側面上，輸出信號線纏繞在繞線軸外側面上的繞線槽內。
圖1為現有電刷式測溫結構示意2為現有發動機排氣的測溫結構示意3為本發明裝置的整體結構示意4為本發明裝置中線軸的結構示意圖
具體實施例方式以下將結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步地詳述參見附圖3 4所示，該種焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，包括一個轉盤3和為轉盤3提供旋轉驅動力的電機5，轉軸16的一端安裝在轉盤3上，待測量的筒形或環形零件20通過工裝夾具盤19裝配到帶三爪夾具的轉盤3，轉軸16的另一端與頂尖15 相抵，其特徵在於在筒形或環形零件20的圓周面上設置有用於溫度測量的熱電偶2，熱電偶2的測量數據線通過工裝夾具盤19上的孔引出，利用活動綁帶18將熱電偶2與軸16固定，熱電偶2連接到一個接線端子17上，接線端子17隨轉軸16 —起轉動，接線端子17的輸出信號線8纏繞在轉軸16的線槽位置上形成一匝，該輸出信號線8可隨轉軸16的順、逆時針的轉動而收放。輸出信號線8的一部分纏繞在轉軸16上形成一匝，另一部分纏繞在一個具有彈性回位功能的線軸14上。線軸14固定在線軸支座13上，輸出信號線8通過線軸14引出連接到記錄儀18上。線軸14是主要包括一個帶槽的中心軸21、繞線軸23、繞線槽24和彈性鋼片25，其中，彈性鋼片25的一端插裝在中心軸21芯部的條形槽22內，繞中心軸21順時針緊密纏繞若干圈繃緊，彈性鋼片25另一端固定在繞線軸23的內側面上，輸出信號線8順時針纏繞在繞線軸23外側面上的繞線槽24內。在焊接、熱處理等過程中，逆時針旋轉零件20，轉軸16上的輸出信號線8繞線，拉動線軸14自動放線；順時針旋轉，轉軸16上的輸出信號線8放線，線軸14自動收線；在旋轉過程中，始終保持熱電偶2和接線端子17固定不動，通過上述裝置將測量的熱電勢信號傳輸到記錄儀9進行測溫。由於彈性鋼片25拉力的存在，保證了繞線軸23繞中心軸21自動的放線和收線， 避免了脫線、打結、繞線紊亂等問題的發生。上述測溫裝置實現了熱電偶2測溫輸出信號線8的自動伸縮收放，解決了待測量的筒形或環形零件20與輸出信號線8之間的幹涉問題，保證了熱電偶2與筒形或環形零件 20測點位置相對固定的位置關係；在筒形或環形零件20上可安裝多個熱電偶2，進行多點的同步溫度測試；筒形或環形零件20的測點、熱電偶2、測溫輸出信號線8及測溫記錄儀9 採用直接接觸式連接，線軸14可順時針及逆時針兩個方向收放輸出信號線8，減少了輸出信號線8的長度，降低了熱電偶2測量的熱電勢信號的損失，降低了溫度測量的誤差，提高了測量的穩定性和測試精度。本發明裝置與現有裝置相比，具有以下優點
1、本裝置適合焊接、熱處理等過程中，可實現0 1200mm/min轉動速度條件下加熱溫度的測試。 2、不受零件直徑尺寸的限制，在拉力的作用下線軸可自動放線或收線，可實現逆時針和順時針兩個方向旋轉。3.與國外旋轉件測溫裝置相比，結構形式完全不同，結構更簡潔，測溫方式更直接，測溫更穩定更精確，操作更加簡單，適用範圍更廣泛，達到了國外工具的實效。4.在焊接、熱處理等熱加工條件下，可實現多個熱電偶的多點同步測溫，將擴展熱電偶接觸測溫在科研及生產中的應用範圍，優化工藝提高技術水平。5.本發明具有一定的經濟效益前景。整套裝置的製造成本可控制600 800元。 與國外產品相比，本發明間接可節約成本6500美元以上。本發明的裝置和方法既可實現中小尺寸零件的溫度測量，又可以實現發動機等大直徑尺寸組件旋轉測溫，可彌補了現有技術的不足。
權利要求
1.焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，該裝置包括一個轉盤(3)和為轉盤 (3)提供旋轉驅動力的電機(5)，轉軸(16)的一端安裝在轉盤(3)上，轉軸(16)上安裝有待測量的筒形或環形零件(20)，轉軸(16)的另一端與頂尖(15)相抵，其特徵在於在筒形或環形零件(20)的圓周面上設置有用於溫度測量的熱電偶(2)，熱電偶(2)的測量數據線連接到一個接線端子(17)上，接線端子(17)隨轉軸(16) —起轉動，接線端子(17)的輸出信號線⑶纏繞在轉軸(16)上形成一匝，該輸出信號線⑶可隨轉軸(16)的順、逆時針的轉動而收放。
2.根據權利要求1所述的焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，其特徵在於 輸出信號線(8)的一部分纏繞在轉軸(16)上形成一匝，另一部分纏繞在一個具有彈性回位功能的線軸(14)上。
3.根據權利要求2所述的焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，其特徵在於 線軸(14)是主要包括一個帶槽的中心軸(21)、繞線軸(23)、繞線槽(24)和彈性鋼片(25)， 其中，彈性鋼片(25)的一端插裝在中心軸(21)芯部的條形槽(22)內，另一端固定在繞線軸(23)的內側面上，輸出信號線(8)纏繞在繞線軸(23)外側面上的繞線槽(24)內。
全文摘要
本發明是一種焊接或熱處理過程中旋轉構件溫度測量裝置，包括一個轉盤和為轉盤提供旋轉驅動力的電機，轉軸的一端安裝在轉盤上，轉軸上安裝有待測量的筒形或環形零件，轉軸的另一端與頂尖相抵，其特徵在於在筒形或環形零件的圓周面上設置有用於溫度測量的熱電偶，熱電偶的測量數據線連接到一個接線端子上，接線端子隨轉軸一起轉動，接線端子的輸出信號線纏繞在轉軸上形成一匝，該輸出信號線可隨轉軸的順、逆時針的轉動而收放。本發明裝置適用於環形及筒形旋轉構件焊接、熱處理的測溫需要，其技術措施主要是測溫熱電偶的安裝及測溫信號的引出，提高了溫度測量的穩定性和精度。
文檔編號G01K7/02GK102221423SQ20111010096
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者付剛, 付鵬飛, 鞏水利, 李晉煒, 毛智勇, 胡元梘, 陳俐 申請人:中國航空工業集團公司北京航空製造工程研究所