CN106041293A - 钛合金舵翼零件真空扩散焊装置与方法 - Google Patents

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彭赫力
刘海建
李中权
何光荣
袁勇
张小龙
钟益平
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Abstract

本发明提供了一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装置与方法；所述装置包括去膜室、中转室、焊接室、抽真空装置以及控制装置，所述去膜室、中转室、焊接室依次通过管道相连；所述去膜室、中转室、焊接室分别与抽真空装置连接；所述控制装置分别与去膜室、中转室、焊接室、抽真空装置连接；所述的方法包括除油、去膜和焊接等步骤。本发明的有益效果是：该装置实现了去膜室、中转室、焊接室、智能机械臂、抽真空装置、控制装置的有机集成，实现待焊件在完全真空条件下实现去膜和扩散连接，避免待焊件表面去膜后的二次氧化污染问题，实现钛合金舵翼零件的优质高效焊接。

Description

钛合金舵翼零件真空扩散焊装置与方法
技术领域
本发明涉及零件加工领域，具体涉及一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装置与方法。
背景技术
钛合金具有比强度和比刚度高、耐腐蚀性好以及高温力学性能优良等优点，因而被广泛应用于航空、航天和其他工业领域。对于钛合金真空扩散焊而言，由于待焊面存在氧化膜，目前主要采用机械或化学的方法去除待焊面的氧化膜，然后再置于真空炉中完成焊接，这种操作流程会在清洗后的连接面发生二次氧化，无法从根本上消除氧化膜对连接过程的影响；氧化膜的存在阻碍了待焊面原子间的扩散，不仅需要提供较大压力来破碎氧化膜，而且需要较高的温度或较长的时间完成待焊面原子间的充分扩散，必然导致待焊件的形状、尺寸、组织变化、性能的等参数降低。另外，由于待焊件表面氧化膜的存在，真空扩散焊过程中在接头界面处往往会形成氧化钛夹杂，这些脆性氧化物的存在必然降低接头性能。
发明内容
本发明的目的是克服上述传统的真空扩散焊的缺陷，提出一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装备与方法，从根本上解决现有钛合金舵翼真空扩散焊过程中氧化膜难以完全去除的技术难题，提高焊接质量和产品合格率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，包括去膜室、中转室、焊接室、抽真空装置以及控制装置，所述去膜室、中转室、焊接室依次通过管道相连；所述去膜室、中转室、焊接室分别与抽真空装置连接；所述控制系统分别与去膜室、中转室、焊接室、抽真空装置连接。
优选地，所述去膜室内设置有去膜工作台，去膜工作台下方设置有加热器；去膜室顶部、去膜工作台上方设置有等离子轰击源，去膜室后侧壁上设置有与抽真空装置连接的抽真空接口，右侧壁上设置有与中转室连接的管道接口。
优选地，所述中转室内设有智能机械臂，智能机械臂与中转室前侧壁之间设有焊件托架，中转室前侧壁上设有炉门；中转室左侧壁和右侧壁上分别设有与去膜室和焊接室连接的管道接口；中转室后侧壁上设置有与抽真空装置连接的抽真空接口。
优选地，所述智能机械臂包括依次连接的驱动关节、运动臂杆和夹持工具；所述驱动关节固定于中转室底部中央。智能机械臂可实现真空环境下抓取、翻边、放置、传送、装配待焊件等功能。
优选地，所述焊接室中央设有焊接工作台和焊接压头，所述焊接压头位于可升降工作台上方；焊接室内侧壁上设有加热屏；焊接室左侧壁上设置有与中转室连接的管道接口；焊接室右侧壁上设有炉门；焊接室前侧壁上设有观察口；焊接室后侧壁上设置有与抽真空装置连接的抽真空接口。
优选地，所述分别连接去膜室与中转室、中转室与焊接室的管道上设置有阀门，用于控制相邻两室间的连通和关闭。
优选地，所述管道为金属管道。
优选地，所述去膜工作台、焊接工作台均为可升降工作台。
本发明还提供了一种基于所述装置的钛合金舵翼零件真空扩散焊方法，所述方法具体包括以下步骤：
除油步骤：将待焊件用酒精擦拭，除去油污；
抽真空步骤：将待焊件放入真空扩散焊装置的中转室内的焊件托架上，然后对去膜室、中转室、焊接室分别进行抽真空处理；
去膜步骤：抽真空处理后，打开去膜室与中转室之间管道的阀门，通过智能机械臂将待焊件送入去膜室内的去膜工作台，关闭阀门，对待焊件进行加热，采用等离子轰击源对待焊件表面进行真空去膜；
焊接步骤：将去膜后的待焊件通过智能机械臂送入焊接室内的可升降工作台上，装配后将焊接室加热至扩散温度，对装配好的待焊件进行加压扩散焊接；
所述的抽真空步骤、去膜步骤和焊接步骤均通过控制装置控制。
优选地，除油步骤中，酒精擦拭时间为3min。
优选地，抽真空步骤中，所述抽真空处理中，使去膜室、中转室、焊接室的真空度为1×10-4Pa。
优选地，去膜步骤中，所述对待焊件进行加热至550±10℃。
优选地，焊接步骤中，所述加压扩散焊接的焊接温度为920±10℃；所述加压的方法包括采用焊接压头对待焊件施加均布压力的步骤。
优选地，焊接步骤中，所述装配具体包括将待焊件重叠放置，且沉积有薄膜的表面相邻的步骤。
优选地，所述方法还包括在焊接步骤后，将焊接好的焊件冷却至室温后取出。
优选地，所述焊件冷却2h内，保持装置内真空度高于1×10-4Pa；冷却2h后，关闭抽真空装置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的装置实现了去膜室、中转室、焊接室、智能机械臂、抽真空装置、控制装置的有机集成，实现了待焊件在完全真空条件下去膜和扩散焊接，避免了待焊件表面去膜后脱离真空环境造成的二次氧化污染问题，实现了优质高效焊接。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装置俯视图；
图2为本发明实施例中焊接步骤的加热曲线；
其中：1-去膜室；2-中转室；3-智能机械臂；4-焊接室；5-抽真空装置；6-控制装置；7-等离子轰击源；8-去膜工作台；9-加热器；10-阀门；11-管道；12-焊件托架；13-中转室炉门；14-驱动关节；15-运动臂杆；16-夹持工具；17-加热屏；18-观察口；19-焊接工作台；20-焊接压头；21-焊接室炉门。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供了一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装置与方法，所述钛合金舵翼零件真空扩散焊装置如图1所示，包括去膜室1、中转室2、焊接室4、抽真空装置5以及控制装置6，所述去膜室1、中转室2、焊接室4依次通过管道11相连；所述去膜室1、中转室2、焊接室4分别与抽真空装置5连接；所述控制装置6分别与去膜室1、中转室2、焊接室4、抽真空装置5连接。
所述去膜室1内设置有可升降的去膜工作台8，去膜工作台8下方设置有加热器9；去膜室1顶部、去膜工作台8上方设置有等离子轰击源7，去膜室1后侧壁上设置有与抽真空装置5连接的抽真空接口，右侧壁上设置有与中转室2连接的管道接口。
所述中转室2内设有智能机械臂3，智能机械臂与中转室2前侧壁之间设有焊件托架12，中转室2前侧壁上设有中转室炉门13；中转室2左侧壁和右侧壁上分别设有与去膜室1和焊接室4连接的管道接口；中转室2后侧壁上设置有与抽真空装置5连接的抽真空接口。
所述智能机械臂3包括依次连接的驱动关节14、运动臂杆15和夹持工具16；所述驱动关节14固定于中转室2底部中央。智能机械臂3可实现真空环境下抓取、翻边、放置、传送、装配待焊件等功能。
所述焊接室4中央设有可升降的焊接工作台19和焊接压头20，所述焊接压头20位于焊接工作台19上方；焊接室4内侧壁上设有加热屏17；焊接室4左侧壁上设置有与中转室2连接的管道接口；焊接室4右侧壁上设有焊接室炉门21；焊接室4前侧壁上设有观察口18；焊接室4后侧壁上设置有与抽真空装置5连接的抽真空接口。
所述分别连接去膜室1与中转室2、中转室2与焊接室4的管道11上设置有阀门10。
所述管道11为金属管道。
本实施例所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊方法，所述方法具体包括以下步骤：
1)采用酒精擦拭待焊件A和B各3min，以除去油污；
2)将待焊件A和B置于中转室2焊件托架12上，关闭中转室炉门13，通过控制装置6启动抽真空装置5对去膜室1、中转室2、焊接室4分别进行抽真空处理，直至各室真空度达到1×10-4Pa；
3)利用智能机械臂3中驱动关节14、运动臂杆15和夹持工具16的配合运动抓取待焊件A，然后打开去膜室1与中转室2之间的阀门10，通过智能机械臂3将待焊件A送入去膜室1的去膜工作台8上，关闭去膜室1与中转室2之间的阀门10，利用去膜室1工作台8下方的加热器9对待焊件A进行加热至550±10℃，然后开启等离子轰击源7对待焊件A表面进行去膜；
4)待去膜完毕后，打开去膜室与中转室之间的阀门10，利用智能机械臂3抓取去膜后的待焊件A，退回中转室2，关闭去膜室1与中转室2之间的阀门10，然后打开焊接室4与中转室2之间的阀门10，通过智能机械臂3的升降和旋转将去膜后的待焊件A送入焊接工作台19，退出智能机械臂3，关闭焊接室4与中转室2之间的阀门10；
5)重复步骤3)和4)，实现待焊件B表面去膜，通过智能机械臂3将其与待焊件A装配，并通过焊接室4前侧观察口18进行焊前确认；
6)通过加热屏17对将焊接室4进行加热至920±10℃，所述加热曲线如图2所示，采用焊接压头20对装配好的待焊件A和B进行加压扩散焊接；
7)焊接件炉冷却2h内，焊接室4内部真空度继续保持1×10-4Pa，冷却2h后，不再抽真空，待焊接室4冷却至室温，打开焊接室4炉门21将焊件取出。
本实施例得到的焊接件焊合率达到98％以上，接头室温强度达到母材强度。
综上所述，本发明的真空焊装置实现了去膜室、中转室、焊接室、智能机械臂、抽真空装置、控制装置的有机集成，实现了待焊件在完全真空条件下去膜和扩散焊接，避免了待焊件表面去膜后脱离真空环境造成的二次氧化污染问题，实现了优质高效焊接。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，包括去膜室、中转室、焊接室、抽真空装置以及控制装置，其特征在于，所述去膜室、中转室、焊接室依次通过管道相连；所述去膜室、中转室、焊接室分别与抽真空装置连接；所述控制装置分别与去膜室、中转室、焊接室、抽真空装置连接。
2.根据权利要求1所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，其特征在于，所述去膜室内设置有去膜工作台，去膜工作台下方设置有加热器；去膜室顶部、去膜工作台上方设置有等离子轰击源，去膜室后侧壁上设置有与抽真空装置连接的抽真空接口，右侧壁上设置有与中转室连接的管道接口。
3.根据权利要求1所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，其特征在于，所述中转室内设有智能机械臂，智能机械臂与中转室前侧壁之间设有焊件托架，中转室前侧壁上设有中转室炉门；中转室左侧壁和右侧壁上分别设有与去膜室和焊接室连接的管道接口；中转室后侧壁上设置有与抽真空装置连接的抽真空接口。
4.根据权利要求3所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，其特征在于，所述智能机械臂包括依次连接的驱动关节、运动臂杆和夹持工具；所述驱动关节固定于中转室底部中央。
5.根据权利要求1所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，其特征在于，所述焊接室中央设有焊接工作台和焊接压头，所述焊接压头位于焊接工作台上方；焊接室内侧壁上设有加热屏；焊接室左侧壁上设置有与中转室连接的管道接口；焊接室右侧壁上设有焊接室炉门；焊接室前侧壁上设有观察口；焊接室后侧壁上设置有与抽真空装置连接的抽真空接口。
6.根据权利要求1所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊装置，其特征在于，所述分别连接去膜室与中转室、中转室与焊接室的管道上设置有阀门。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述装置的钛合金舵翼零件真空扩散焊方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
除油步骤：将待焊件用酒精擦拭，除去油污；
抽真空步骤：将待焊件放入真空扩散焊装置的中转室内的焊件托架上，然后对去膜室、中转室、焊接室分别进行抽真空处理；
去膜步骤：抽真空处理后，打开去膜室与中转室之间管道的阀门，通过智能机械臂将待焊件送入去膜室内的去膜工作台，关闭阀门，对待焊件进行加热，然后采用等离子轰击源对待焊件表面进行真空去膜；
焊接步骤：将去膜后的待焊件通过智能机械臂送入焊接室内的焊接工作台上，装配后将焊接室加热至扩散温度，对装配好的待焊件进行加压扩散焊接；
所述的抽真空步骤、去膜步骤和焊接步骤均通过控制装置控制。
8.根据权利要求7所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊方法，其特征在于，抽真空步骤中，所述抽真空处理后，去膜室、中转室、焊接室的真空度为1×10-4Pa。
9.根据权利要求7所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊方法，其特征在于，去膜步骤中，所述对待焊件进行加热至550±10℃。
10.根据权利要求7所述的钛合金舵翼零件真空扩散焊方法，其特征在于，焊接步骤中，所述加压扩散焊接的焊接温度为920±10℃；所述加压的方法包括采用焊接压头对待焊件施加均布压力的步骤。
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