CN106112341A - 一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具 - Google Patents

一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具,包括底座和位于底座上装夹平台,所述装夹平台的中间开有第一方形凹槽,在第一方形凹槽内固定有反面衬垫,反面衬垫的两侧放置有反变形垫条,钛合金试板放置在装夹平台上,钛合金试板上放置有左压板和右压板,装夹平台上安装有快速夹钳,快速夹钳通过压紧左压板和右压板从而压紧钛合金试板,所述反面衬垫、通气管、反变形垫条、左压板和右压板均为易散热材料制成。本发明的一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具,能够提供钛合金焊接时的反面保护,确保背面成形质量,有效地减少焊接变形。

Description

一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具
技术领域
本发明涉及用于钛合金可调反变形的焊接夹具,属于焊接领域。
背景技术
钛及其合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性,在航空、航天、造船、化工等工业部门中得到广泛应用。焊接作为钛合金加工中的重要技术手段,有着提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面独特的优势。因此钛合金焊接方面的研究工作一直被国内外焊接工作者重视。钛及钛合金的主要焊接方法有钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊、扩散焊等。目前国内在钛合金产品焊接中运用最多的是钨极氩弧焊,包括手工、自动或半自动氩弧焊。
常温下,钛合金能与氧生成致密的氧化膜保证其稳定性及耐蚀性。但当温度升高,钛合金吸收氢、氧、氮的量明显增大。钛合金焊接时,钛与氢、氧、氮结合使焊接接头的塑性及韧性急剧下降,容易产生裂纹,影响接头的焊接质量。因此,为了避免这些缺陷的产生,在焊前要对钛合金板材进行彻底清洗,严格控制基体及焊接材料中的氢、氧、氮含量。此外,在工业中运用最多的方法是在反面通惰性气体保护来防止空气的侵入,以保证获得质量高性能好的焊接接头。
由于钛合金的弹性模量低,只有钢的60%,并且高温强度高,所以钛合金焊接另外一种主要的缺陷是变形,将严重影响焊接产品的适用性。在焊接时,近缝高温区金属在横向的热膨胀受到附近温度较低金属阻碍,被挤压而产生横向的压缩变形,冷却后构件在垂直焊缝方向发生收缩变形,且焊接热输入越大,横向变形量也越大。钛的熔化温度高、热容量大、电阻系数大、弹性模量小、热导率比铝、铁等金属低,焊接后产生变形的倾向更大。在同样的焊接应力条件下,钛及钛合金的焊接变形比不锈钢高1倍,因此焊接时如果采用垫板和压板将待焊工件压紧来减小焊接变形,在刚性固定去除后,焊件的变形回弹可能性较大,且焊件中存在一定的内应力,无法保证焊接接头的平直性。反变形法是焊接生产中最常用的方法,在装配时给予一个相反方向的变形与焊接变形相抵消,还可以减小内应力,对钛合金焊接具有较高的实用性,但反变形量的调整通常采用局部垫块的方法,不仅垫的位置和高度难以调整,并且由于不能有效的形成气保护层,焊接的保护效果也不好。
在施焊过程中,焊接温度高达5000~10000℃,钛及其合金与氧、氢和氮发生快速反应。在钛合金结构件的焊接过程中,对于焊接件的散热尤其重要,直接关系到焊接质量。中国公开号为CN101288929A的发明专利提供了一种能够提高钛合金结构件自动焊接质量的夹具,在工件表面与压板之间安装了紫铜压板,提高了散热性,减少焊件的变形,提高焊接质量。但本发明中并没有提供钛合金焊接中的背面保护,且通过刚性固定法控制焊件变形的效果并不十分理想。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具,能够提供钛合金焊接时的反面保护,确保背面成形质量,有效地减少焊接变形。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明的一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具,包括底座和位于底座上装夹平台,所述装夹平台的中间开有第一方形凹槽,在第一方形凹槽内固定有反面衬垫,反面衬垫的两侧开设有第二方形凹槽,在第二方形凹槽内放置有反变形垫条,钛合金试板放置在装夹平台上,钛合金试板上放置有左压板和右压板,装夹平台上安装有快速夹钳,快速夹钳通过压紧左压板和右压板从而压紧钛合金试板,所述反面衬垫、通气管、反变形垫条、左压板和右压板均为易散热材料制成。
作为优选,所述反面衬垫开有一排用于提供背保护的通气孔,反面衬垫与通气管连接,通过通气管向通气孔输送保护气体。
作为优选,所述反面衬垫上开有确保背面成形质量的圆形凹槽,通气孔位于圆形凹槽内。反面衬垫的作用是托住熔化的金属,加工成圆形凹槽熔化的金属冷却后成形均匀美观。
作为优选,所述反变形垫条下方设有一排螺纹顶针。
作为优选,所述易散热材料为紫铜。
在本发明中,反变形垫条的高度是在焊接之前进行调节的,通常在试板平放的情况下进行焊接,由于热输入的影响会导致试板发生中间下凹两边向上翘的变形,所以为了抵消这个变形,在焊接前提前给其一个反的变形量,这种变形是钛合金试板整体发生的变形。
通过螺纹顶针的转动来调节的反变形垫条高度是可以根据焊接热输入来确定的,比如8mm厚的板采用钨极氩弧焊进行焊接,试板平放,热输入为10KJ/cm,焊完之后试板变形角度为3°,在下次施焊时可以通过调节反变形垫条的高度,使试板沿变形反方向3°之后再进行施焊。这里要说明的是当采用同样的焊接工艺参数,焊接热输入基本上是不变的,所以根据实际生产经验就可以确定在焊接前调节反变形的高度是多少,对于同种大小的试板,采用同种焊接方法,在相同焊接工艺下,反变形是无需反复调整的。有益效果:本发明的用于钛合金可调反变形的焊接夹具,具有以下优点:
(1)本发明的钛合金可调反变形焊接夹具,能够根据焊接热输入及实际生产经验对反变形量进行上下调整,操作简便;
(2)本发明的钛合金可调反变形焊接夹具,通气管可接保护气,提供钛合金焊接时的反面保护,反面衬垫开有圆形凹槽,保证背面成形质量;
(3)本发明的钛合金可调反变形焊接夹具中反面衬垫、通气管、反变形垫条及上压板材质均为紫铜,能够提高钛合金焊接时的散热量,减小焊接变形;
(4)本发明的钛合金可调反变形焊接夹具底座采用镂空设计,减少了夹具的重量,同时方便抬取。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明中铜垫板的结构示意图;
图3为本发明的结构下视示意图。
图4为反面衬垫的结构示意图
具体实施方式
如图1至图4所示,本发明的一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具,包括底座1和位于底座1上装夹平台2,所述装夹平台2的中间开有第一方形凹槽,在第一方形凹槽内固定有反面衬垫4,所述反面衬垫4开有一排用于提供背保护的通气孔9,反面衬垫4与通气管3连接,通过通气管3向通气孔9输送保护气体,反面衬垫4上开有确保背面成形质量的圆形凹槽11,反面衬垫4的两侧放置有反变形垫条5,所述反变形垫条5下方设有一排螺纹顶针10,螺纹顶针10位于底座上,钛合金试板7放置在装夹平台2上,钛合金试板7上放置有左压板和右压板6,装夹平台2上安装有快速夹钳8,快速夹钳8型号为MP-201-B,快速夹钳8通过压紧左压板和右压板6从而压紧钛合金试板7,所述反面衬垫4、通气管3、反变形垫条5、左压板和右压板6均为易散热材料制成,易散热材料优选为紫铜。
本发明在使用时,首先将装夹平台2安装在底座1上,将反面衬垫4放置在第一方形凹槽内,将反变形垫条5放置在第一方形凹槽内,通过左压板和右压板6将钛合金试板7压紧在装夹平台2上,钛合金试板7位于反变形垫条5上,焊接准备完毕,可以开始焊接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于钛合金可调反变形的焊接夹具,其特征在于:包括底座和位于底座上装夹平台,所述装夹平台的中间开有第一方形凹槽,在第一方形凹槽内固定有反面衬垫,反面衬垫的两侧放置有反变形垫条,钛合金试板放置在装夹平台上,钛合金试板上放置有左压板和右压板,装夹平台上安装有快速夹钳,快速夹钳通过压紧左压板和右压板从而压紧钛合金试板,所述反面衬垫、通气管、反变形垫条、左压板和右压板均为易散热材料制成。
2.根据权利要求1所述的用于钛合金可调反变形的焊接夹具,其特征在于:所述反面衬垫开有一排用于提供背保护的通气孔,反面衬垫与通气管连接,通过通气管向通气孔输送保护气体。
3.根据权利要求2所述的用于钛合金可调反变形的焊接夹具,其特征在于:所述反面衬垫上开有确保背面成形质量的圆形凹槽,通气孔位于圆形凹槽内。
4.根据权利要求1所述的用于钛合金可调反变形的焊接夹具,其特征在于:所述反变形垫条下方设有一排螺纹顶针。
5.根据权利要求1所述的用于钛合金可调反变形的焊接夹具,其特征在于:所述易散热材料为紫铜。
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Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980006173

Denomination of invention: A welding fixture for adjustable reverse deformation of titanium alloy

Granted publication date: 20180629

License type: Common License

Record date: 20210714

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Assignee: Center for technology transfer Jiangsu University of Science and Technology

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980006173

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