CN102221423A

CN102221423A - 焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置

Info

Publication number: CN102221423A
Application number: CN2011101009669A
Authority: CN
Inventors: 付鹏飞; 付刚; 胡元枧; 毛智勇; 巩水利; 陈俐; 李晋炜
Original assignee: AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Current assignee: AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明是一种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，包括一个转盘和为转盘提供旋转驱动力的电机，转轴的一端安装在转盘上，转轴上安装有待测量的筒形或环形零件，转轴的另一端与顶尖相抵，其特征在于：在筒形或环形零件的圆周面上设置有用于温度测量的热电偶，热电偶的测量数据线连接到一个接线端子上，接线端子随转轴一起转动，接线端子的输出信号线缠绕在转轴上形成一匝，该输出信号线可随转轴的顺、逆时针的转动而收放。本发明装置适用于环形及筒形旋转构件焊接、热处理的测温需要，其技术措施主要是测温热电偶的安装及测温信号的引出，提高了温度测量的稳定性和精度。

Description

焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置

技术领域

本发明是一种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，属于产品的结构技术领域，适用于焊接或热处理中环形及筒形构件旋转运动过程中温度的测量。

背景技术

随着焊接及热处理等热加工技术的发展，航空、航天、船舶、兵器、电子等行业复杂构件的制造技术得到迅速的发展。在构件的制造过程中，环形及筒形结构属于一种常见的、典型的结构形式。在焊接、热处理等热加工过程中，无法避免地要涉及到环形或筒形构件的旋转运动及必要的温度测试，甚至是基于加热温度控制的工艺调控，因此，温度测试和监控对于构件性能和技术水平的提高起着至关重要的作用。

目前，大部分热加工技术测温主要是采用测量环境气氛温度的方法，这种方法不适用于焊接、局部热处理及表面处理等局部加热技术。

在航空航天等领域，环形或鼓筒构件在热加工过程中迫切需要对温度进行监测，以便工艺调控和优化。特别是鼓筒类零件的电子束焊、激光焊等自动焊接及局部热处理工艺技术。

对于高温钛合金、钛铝合金以及超高强度钢等易裂材料的旋转构件，在激光、电子束焊接加工中，一般需要采用焊前电子束或激光预热来降低裂纹产生几率。但预热的温度需要严格控制，否则极易产生负面影响，降低接头力学性能。

对于近缝区母材表面涂覆、电镀或渗入了特殊功能物质的旋转构件，在焊接中除了严格控制焊缝宽度外，还需严格监控近缝区域的温度，以免影响焊缝和近缝区的组织、成分及性能。

上述实际的工程应用均是在旋转运动过程中进行热加工，旋转运动中需要保持测温传感器与构件的相对位置关系，因此，温度测试存在一定的难度。

为了提高温度测量的稳定性和精确性，一般采用接触式的热电偶测温。对于旋转构件的温度测试，需要解决运动中热电偶线或信号线与零件的相对位置关系问题，保持热电偶与测点紧密接触，热电偶不会因为受到较大的拉力而脱落、测温失效。

国外对于旋转构件的测温研究以美国为主。美国的OMEGA公司研发了热电偶测温电刷结构，在专用的旋转电机及减速器以及空心轴类工装辅助条件下，可实现旋转构件的测温。如图1所示，热电偶2的一端连接到工件1测点，另一端通过转盘3及空心轴4在外部减速器位置引出热电偶触点6与环形电刷7接触，从电刷引出信号线8连接到温度记录仪9；电机5带动转盘3、工件1、热电偶2及空心轴4转动，热电偶触点6与电刷7摩擦接触，将微弱的热电势信号输入到测温仪9进行测温。

这种方法设计相对巧妙，在旋转过程中通过触点间的相对摩擦接触，解决了热电偶与信号线的连接、测量信号的输出问题；保证了热电偶与工件紧密接触；通过空心轴的引出，可应用真空环境的热加工；特别适用于尺寸小、重量轻零件的热加工，如EDPVD制备叶片涂层等。

由于实际工程应用中旋转构件的测温难度较大，国内主要依靠工艺经验来进行热加工制造。因此，国内对于辅助测温装置的研发活动较少，成都发动机有限公司申请了一项关于“旋转式自动测温的装置”实用新型，用于测定发动机10运转中排气12的温度场，热电偶2不与发动机10构件直接相连。如图2所示，旋转支架11的转动，带动支架上的多个热电偶2运动，测量排出气体12的温度场。该专利主要涉及信号数据的采集传输设计、电机减速器结构的设计以及三叉旋转支架的设计。

国内自主研发及进口的先进的热加工设备，主要源于德国等欧洲国家，采用OMEGA电机、减速器组件的设备很少。目前，设备运动系统及工装设计与OMEGA测温装置的匹配性不好。由于采用接触式电刷结构，OMEGA测温装置受触点部位的接触压力、压紧程度及摩擦磨损等多种因素影响，输出的弱热电势信号稳定性和精确性较差，易产生波动，需要一定的外部补偿和调节；电刷的摩擦生热也会带来一定的测量误差；由于结构形式的限制，在一次热加工测温中，OMEGA测温装置一般采用一套电刷结构及一根热电偶，针对工件上的一点进行温度测量，对于多点温度测试及温度场的测量存在一定的难度；适用于小型零部件测温，对于日趋复杂化、大型化及整体化的构件，OMEGA测温装置是不适用的；对于OMEGA测温装置，需要设计专用的空心轴类工装，采用专用的电刷、电机、减速器，整体上价格较高，大概价格5000～7000美元。虽然OMEGA电刷式测温装置适用于小型零部件的热加工测温，具有一定的应用前景。随着热加工制造技术的发展和温度测量的高精度要求，该装置已无法满足更高的要求。

成都发动机有限公司的实用新型设计主要针对发动机构件排出气体温度进行检测，热电偶不会与零件发生干涉，不涉及加工制造技术；而一般的热加工设备都存在一定的空间或真空条件限制，且热电偶与构件需要接触连接，因此，“旋转式自动测温的装置”实用新型不适合热加工过程中使用。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，其目的是为了满足飞速发展的焊接、热处理等热加工技术及更高的测温精度要求，适用于环形及筒形旋转构件焊接、热处理的测温需要，其技术措施主要是测温热电偶的安装及测温信号的引出，提高了温度测量的稳定性和精度，扩展热电偶接触测温在科研及生产中的应用范围，优化工艺提高焊接、热处理等热加工技术水平。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，包括一个转盘和为转盘提供旋转驱动力的电机，转轴的一端安装在转盘上，转轴上安装有待测量的筒形或环形零件，转轴的另一端与顶尖相抵，其特征在于：在筒形或环形零件的圆周面上设置有用于温度测量的热电偶，热电偶的测量数据线连接到一个接线端子上，接线端子随转轴一起转动，接线端子的输出信号线缠绕在转轴上形成一匝，该输出信号线可随转轴的顺、逆时针的转动而收放。

输出信号线的一部分缠绕在转轴形成一匝，另一部分缠绕在一个具有弹性回位功能的线轴上。

线轴是主要包括一个带槽的中心轴、弹性钢片、绕线轴和绕线槽，其中，弹性钢片的一端插装在中心轴芯部的条形槽内，另一端固定在绕线轴的内侧面上，输出信号线缠绕在绕线轴外侧面上的绕线槽内。

附图说明

图1为现有电刷式测温结构示意图

图2为现有发动机排气的测温结构示意图

图3为本发明装置的整体结构示意图

图4为本发明装置中线轴的结构示意图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图3～4所示，该种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，包括一个转盘3和为转盘3提供旋转驱动力的电机5，转轴16的一端安装在转盘3上，待测量的筒形或环形零件20通过工装夹具盘19装配到带三爪夹具的转盘3，转轴16的另一端与顶尖15相抵，其特征在于：在筒形或环形零件20的圆周面上设置有用于温度测量的热电偶2，热电偶2的测量数据线通过工装夹具盘19上的孔引出，利用活动绑带18将热电偶2与轴16固定，热电偶2连接到一个接线端子17上，接线端子17随转轴16一起转动，接线端子17的输出信号线8缠绕在转轴16的线槽位置上形成一匝，该输出信号线8可随转轴16的顺、逆时针的转动而收放。

输出信号线8的一部分缠绕在转轴16上形成一匝，另一部分缠绕在一个具有弹性回位功能的线轴14上。线轴14固定在线轴支座13上，输出信号线8通过线轴14引出连接到记录仪18上。

线轴14是主要包括一个带槽的中心轴21、绕线轴23、绕线槽24和弹性钢片25，其中，弹性钢片25的一端插装在中心轴21芯部的条形槽22内，绕中心轴21顺时针紧密缠绕若干圈绷紧，弹性钢片25另一端固定在绕线轴23的内侧面上，输出信号线8顺时针缠绕在绕线轴23外侧面上的绕线槽24内。

在焊接、热处理等过程中，逆时针旋转零件20，转轴16上的输出信号线8绕线，拉动线轴14自动放线；顺时针旋转，转轴16上的输出信号线8放线，线轴14自动收线；在旋转过程中，始终保持热电偶2和接线端子17固定不动，通过上述装置将测量的热电势信号传输到记录仪9进行测温。

由于弹性钢片25拉力的存在，保证了绕线轴23绕中心轴21自动的放线和收线，避免了脱线、打结、绕线紊乱等问题的发生。

上述测温装置实现了热电偶2测温输出信号线8的自动伸缩收放，解决了待测量的筒形或环形零件20与输出信号线8之间的干涉问题，保证了热电偶2与筒形或环形零件20测点位置相对固定的位置关系；在筒形或环形零件20上可安装多个热电偶2，进行多点的同步温度测试；筒形或环形零件20的测点、热电偶2、测温输出信号线8及测温记录仪9采用直接接触式连接，线轴14可顺时针及逆时针两个方向收放输出信号线8，减少了输出信号线8的长度，降低了热电偶2测量的热电势信号的损失，降低了温度测量的误差，提高了测量的稳定性和测试精度。

本发明装置与现有装置相比，具有以下优点：

1、本装置适合焊接、热处理等过程中，可实现0～1200mm/min转动速度条件下加热温度的测试。

2、不受零件直径尺寸的限制，在拉力的作用下线轴可自动放线或收线，可实现逆时针和顺时针两个方向旋转。

3.与国外旋转件测温装置相比，结构形式完全不同，结构更简洁，测温方式更直接，测温更稳定更精确，操作更加简单，适用范围更广泛，达到了国外工具的实效。

4.在焊接、热处理等热加工条件下，可实现多个热电偶的多点同步测温，将扩展热电偶接触测温在科研及生产中的应用范围，优化工艺提高技术水平。

5.本发明具有一定的经济效益前景。整套装置的制造成本可控制600～800元。与国外产品相比，本发明间接可节约成本6500美元以上。

本发明的装置和方法既可实现中小尺寸零件的温度测量，又可以实现发动机等大直径尺寸组件旋转测温，可弥补了现有技术的不足。

Claims

1.焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，该装置包括一个转盘(3)和为转盘(3)提供旋转驱动力的电机(5)，转轴(16)的一端安装在转盘(3)上，转轴(16)上安装有待测量的筒形或环形零件(20)，转轴(16)的另一端与顶尖(15)相抵，其特征在于：在筒形或环形零件(20)的圆周面上设置有用于温度测量的热电偶(2)，热电偶(2)的测量数据线连接到一个接线端子(17)上，接线端子(17)随转轴(16)一起转动，接线端子(17)的输出信号线(8)缠绕在转轴(16)上形成一匝，该输出信号线(8)可随转轴(16)的顺、逆时针的转动而收放。

2.根据权利要求1所述的焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，其特征在于：输出信号线(8)的一部分缠绕在转轴(16)上形成一匝，另一部分缠绕在一个具有弹性回位功能的线轴(14)上。

3.根据权利要求2所述的焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，其特征在于：线轴(14)是主要包括一个带槽的中心轴(21)、绕线轴(23)、绕线槽(24)和弹性钢片(25)，其中，弹性钢片(25)的一端插装在中心轴(21)芯部的条形槽(22)内，另一端固定在绕线轴(23)的内侧面上，输出信号线(8)缠绕在绕线轴(23)外侧面上的绕线槽(24)内。