CN106425148A - 随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置及其方法，其装置包括支撑系统以及支撑系统连接的自动行走装置、焊接系统、加热系统和冷却系统，对焊缝高温区进行冷却，对两侧近缝区进行加热，产生一个动态的多重拉伸作用；对夹具的约束无要求，在无约束的条件下进行焊接即可实现焊接残余应力和变形的控制在无支撑的条件下进行焊接，并不占用较大的空间体积。

Description

随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置及其方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，更具体地说，尤其涉及一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置。同时，本发明还涉及一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的方法。
背景技术
铝合金由于具有密度小、强度高等优良性能，使得其在航空航天、船舶、土木及轨道交通等领域被广泛使用。但铝合金结构在焊接过程中往往存在气孔、咬边以及裂纹等缺陷，尤其对于薄壁结构，焊接变形尤为明显。焊接变形不仅给结构的装配带来相当的难度，还使结构的承载能力大大降低，也会影响产品整体的美观。随焊激冷的焊接方法通过跟随冷源，对热源后方尚处于高温的区域快速冷却，一方面形成一个动态的热拉伸作用，对焊接加热过程中形成的压缩塑性应变进行补偿，另一方面减少了热量向焊缝两边的传导量，使高温区变窄，使压缩塑性变形区的宽度减小，从而实现对焊接残余应力和变形的控制。但是该方法往往需要配合一定的夹具约束，因为在无约束的状态下进行随焊激冷往往仍然会伴随着一定的残余应力和变形。而静态温差拉伸方法，通过在铜垫板内通水冷却并在近缝区底板槽内利用电热带加热，形成一个预置的温度拉伸效果。但是该方法占用空间体积较大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，针对随焊激冷的焊接方法，本发明提供一种新型的焊接应力和变形控制的装置和方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置，包括支撑系统以及支撑系统连接的自动行走装置、焊接系统、加热系统和冷却系统，支撑系统包括支撑杆和垂直连接的竖直杆，在支撑杆中部与竖直杆根部交接处设置固定块，上方设置多重固定块，并通过支柱连接；支撑杆上通过环套安装有滑块，移动滑块调节加热枪到干冰喷嘴的距离，环套上开有螺孔，通过螺栓进行紧固，环套之间设置有侧板；在支撑杆两侧设置有限位桩，限位桩通过侧环固定在多重固定块的端部；冷却系统包括干冰喷嘴和保护装置，二者通过胶水粘接；通过喷嘴入口连接干冰喷射器；通过保护罩形成一个局部的冷却区域，并防止喷射干冰对前方以及两侧电弧的干扰；干冰喷嘴从上到下为渐缩型，在出口向后方倾斜设有弯头，倾斜角度为15°；保护罩中间冷却区开有长方体缺口，在两侧设置有侧槽，在前方设置前槽，在冷却区域上方靠近前槽的区域设有开孔，在侧槽和前槽填充有石棉；焊接系统通过多重固定块实现焊枪的固定，加热系统通过滑块实现加热枪的固定，冷却系统通过固定块实现喷嘴的固定。
优选的，焊枪与多重固定块之间，加热枪与滑块之间，喷嘴与固定块之间均采用螺栓紧固。
本发明还提出了一种权利随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的方法，其方式为：
加热方式为：采用火焰进行加热，加热区域设置在冷却区域两侧对称的区域，并集中在残余压应力区；
冷却方式为：利用0.1-0.5MPa压缩空气喷射米粒状干冰实现冷却，其中冷却区域前缘距离焊枪加热区域的距离为20-50mm。
本发明的优点：
①该方法冷却和加热装置均设置在焊接热源后方，对焊缝高温区进行冷却，对两侧近缝区进行加热，产生一个动态的多重拉伸作用；对夹具的约束无要求，在无约束的条件下进行焊接即可实现焊接残余应力和变形的控制。
②该方法通过喷射米粒状干冰实现对焊缝高温区域的冷却，通过火焰对焊缝两侧近缝区域进行加热，因此，对垫板无要求，在无支撑的条件下进行焊接，并不占用较大的空间体积。
③该方法在焊接过程中对焊接残余应力和变形进行控制，有效地降低了焊接残余应力和变形水平，并不耗费额外的工时。
④该方法中喷嘴出口设计时向后倾斜15°，干冰向后方喷射，减少了干冰向前方的喷射，不会对前方电弧形成干扰，且在纵向形成较长的冷却效应，更加充分利用了冷却的作用。
⑤该方法保护罩在前方和两侧形成挡板，可防止压缩空气体积膨胀对前方和两侧电弧的干扰，前槽和侧槽填充石棉可形成局部良好的冷却区域。
附图说明
图1为随焊加热与随焊激冷联用的装置轴测图；
图2为部分装置轴测图；
图3为冷却装置剖面图；
图4为保护罩轴测图。
图中：1支撑杆、2滑块、3竖直杆、4加热枪、5干冰喷嘴、6多重固定块、7固定块、8保护装置、9弯头、10前槽、11开孔、12侧槽、13长方体缺口、14环套、15螺孔、16限位桩、17螺栓、18侧环、19支柱、20侧板、21焊枪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-4所示，一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置，包括支撑系统以及支撑系统连接的自动行走装置、焊接系统、加热系统和冷却系统，支撑系统包括支撑杆1和垂直连接的竖直杆3，在支撑杆1中部与竖直杆3根部交接处设置固定块7，上方设置多重固定块6，并通过支柱19连接；支撑杆1上通过环套14安装有滑块2，移动滑块2调节加热枪4到干冰喷嘴5的距离，环套14上开有螺孔15，通过螺栓17进行紧固，环套14之间设置有侧板20；在支撑杆1两侧设置有限位桩16，限位桩16通过侧环18固定在多重固定块6的端部；冷却系统包括干冰喷嘴5和保护装置8，二者通过胶水粘接；通过喷嘴5入口连接干冰喷射器；通过保护罩8形成一个局部的冷却区域，并防止喷射干冰对前方以及两侧电弧的干扰；干冰喷嘴5从上到下为渐缩型，在出口向后方倾斜设有弯头9，倾斜角度为15°；保护罩7中间冷却区开有长方体缺口13，在两侧设置有侧槽12，在前方设置前槽10，在冷却区域上方靠近前槽10的区域设有开孔11，在侧槽12和前槽10填充有石棉；焊接系统通过多重固定块6实现焊枪21的固定，加热系统通过滑块2实现加热枪4的固定，冷却系统通过固定块7实现喷嘴5的固定。
进一步的，焊枪21与多重固定块6之间，加热枪4与滑块2之间，喷嘴5与固定块7之间均采用螺栓17紧固。
一种权的随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的方法，其方式为：
加热方式为：采用火焰进行加热，加热区域设置在冷却区域两侧对称的区域，并集中在残余压应力区；
冷却方式为：利用0.1-0.5MPa压缩空气喷射米粒状干冰实现冷却，其中冷却区域前缘距离焊枪加热区域的距离为20-50mm。
该方法冷却和加热装置均设置在焊接热源后方，对焊缝高温区进行冷却，对两侧近缝区进行加热，产生一个动态的多重拉伸作用；对夹具的约束无要求，在无约束的条件下进行焊接即可实现焊接残余应力和变形的控制。
该方法通过喷射米粒状干冰实现对焊缝高温区域的冷却，通过火焰对焊缝两侧近缝区域进行加热，因此，对垫板无要求，在无支撑的条件下进行焊接，并不占用较大的空间体积。
该方法在焊接过程中对焊接残余应力和变形进行控制，有效地降低了焊接残余应力和变形水平，并不耗费额外的工时。
该方法中干冰喷嘴5的出口设计时向后倾斜15°，干冰向后方喷射，减少了干冰向前方的喷射，不会对前方电弧形成干扰，且在纵向形成较长的冷却效应，更加充分利用了冷却的作用。
该方法保护罩在前方和两侧形成挡板，可防止压缩空气体积膨胀对前方和两侧电弧的干扰，前槽10和侧槽12内填充石棉可形成局部良好的冷却区域。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置，包括支撑系统以及支撑系统连接的自动行走装置、焊接系统、加热系统和冷却系统，其特征在于，支撑系统包括支撑杆(1)和垂直连接的竖直杆(3)，在支撑杆(1)中部与竖直杆(3)根部交接处设置固定块(7)，上方设置多重固定块(6)，并通过支柱(19)连接；支撑杆(1)上通过环套(14)安装有滑块(2)，移动滑块(2)调节加热枪(4)到干冰喷嘴(5)的距离，环套(14)上开有螺孔(15)，通过螺栓(17)进行紧固，环套(14)之间设置有侧板(20)；在支撑杆(1)两侧设置有限位桩(16)，限位桩(16)通过侧环(18)固定在多重固定块(6)的端部；冷却系统包括干冰喷嘴(5)和保护装置(8)，二者通过胶水粘接；通过喷嘴(5)入口连接干冰喷射器；通过保护罩(8)形成一个局部的冷却区域，并防止喷射干冰对前方以及两侧电弧的干扰；干冰喷嘴(5)从上到下为渐缩型，在出口向后方倾斜设有弯头(9)，倾斜角度为15°；保护罩(7)中间冷却区开有长方体缺口(13)，在两侧设置有侧槽(12)，在前方设置前槽(10)，在冷却区域上方靠近前槽(10)的区域设有开孔(11)，在侧槽(12)和前槽(10)填充有石棉；焊接系统通过多重固定块(6)实现焊枪(21)的固定，加热系统通过滑块(2)实现加热枪(4)的固定，冷却系统通过固定块(7)实现喷嘴(5)的固定。
2.根据权利要求1所述的一种随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的装置，其特征在于：焊枪(21)与多重固定块(6)之间，加热枪(4)与滑块(2)之间，喷嘴(5)与固定块(7)之间均采用螺栓(17)紧固。
3.一种权利要求1所述的随焊加热和激冷联用控制焊接应力与变形的方法，其特征在于：
加热方式为：采用火焰进行加热，加热区域设置在冷却区域两侧对称的区域，并集中在残余压应力区；
冷却方式为：利用0.1-0.5MPa压缩空气喷射米粒状干冰实现冷却，其中冷却区域前缘距离焊枪加热区域的距离为20-50mm。
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