CN108746974B - 一种脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置，其支撑平台上设滑轨和丝杠且一端设机头和三爪卡盘，另一端设有压力机和三爪卡盘。在机头和压力机两三爪卡盘之间设有中空的焊接箱，其置于滑轨上的底板设与丝杠啮合的进给螺母，焊接箱设有透视窗，在焊接箱两顶板的间隙内有并列的两感应加热线圈穿过，两感应加热线圈均为内腔相通的中空结构，其圆圈直径不同，均位于焊接箱内并且两圆圈的圆心均与支撑平台两端三爪卡盘同轴心，在焊接箱两侧板外侧各设一根电极柱，其V形顶面与电极板相连，该电极板又与待焊接管材接触。本发明对异种金属管材的焊接，加热速度更快，焊接效率更高，细化环焊缝表面组织晶粒，有效提高环焊缝处的焊接质量。

Description

一种脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置

技术领域

本发明涉及一种焊接装置，特别涉及一种异种金属管材感应加热焊的装置。

背景技术

随着时代的不断进步，航空航天工业作为一个国家的战略性产业，越来越成为一个国家的综合实力的体现。航天飞船作为太空运输的载体，长期在极温、近似真空的环境下工作，常常需要将不同种类金属的管材进行焊接，来适应复杂的太空环境，曾经就发生过因异种金属管材焊接的质量问题导致飞机失事的案例。对于异种金属管材而言，由于两种金属之间在组织类型、化学成分、机械性能等方面具有较大差异，异种金属管材的焊接会带来残余应力集中，碳扩散等问题。所以异种金属在传统氩弧焊焊接时或焊后经热处理或经高温运行后，经常发现低合金一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中“迁移”的现象，而这种碳迁移现象将造成焊缝处高温下机械性能降低，失效断裂增加，同时又极易产生气孔、夹渣、焊瘤等焊接缺陷，影响高温使用寿命，因此传统焊接方式已无法满足现代航空器的工作环境要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能使异种金属管材焊接质量与焊接效率达到现代航空器标准要求的脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置。

本发明通过下述技术方案来实现：本发明主要包括：定位机构、感应加热机构和辅助机构。所述定位机构又包括支撑平台、机头、三爪卡盘和压力机。其中，支撑平台内沿长度方向设条形凹槽，并在凹槽两侧设滑轨，在两滑轨中部设有与滑轨平行的丝杠，丝杠两端置于凹槽长度方向两端对应的孔内。在支撑平台长度方向一端设有与其垂直相连的立板式机头，其内端面(即朝向支撑台主体的一面)固连有三爪卡盘，通过三爪卡盘将待焊接管材A夹紧定位。在支撑平台长度方向另一端设有压力机，其底部两侧置于滑轨上，底部中心设有滑块式螺母，其与丝杠啮合，可使压力机在滑轨上进行水平移动。压力机内端(即朝向支撑台主体的一面)固连有三爪卡盘，通过三爪卡盘将待焊接管材B夹紧定位，并与机头上的三爪卡盘同轴。

在机头和压力机两三爪卡盘之间设有感应加热机构，所述感应加热机构包括焊接箱和两套感应加热线圈。所述焊接箱为中空的箱体，其底板两侧置于滑轨上，底板中心设有进给螺母，其与丝杠啮合，可使焊接箱在滑轨上进行水平移动。焊接箱与支撑平台长度方向平行一侧设有透视窗，可透过保护板通过前挡板透视窗观察整个焊接过程。与透视窗垂直相连的两侧板设有直径大于待焊接管材的圆通孔，且两圆通孔与两三爪卡盘同轴。最后，在每个圆通孔上各设一个位于待焊接管材和侧板之间的套筒，其是由两个半圆柱筒组成。所述焊接箱顶面设两块中间留有一定间隙且对称分布的顶板，最后，两顶板上分别设有保护气体的进气口和出气口，尽量减少焊接过程中金属管材的氧化，提高异种金属待加工管材的焊接质量。在焊接箱两顶板的间隙内有并列的两感应加热线圈穿过，两感应加热线圈均为内腔相通的中空结构，其圆圈直径不同，均位于焊接箱内并且两圆圈的圆心均与支撑平台两端三爪卡盘同轴心，当感应加热线圈内置有待加工管材时，其与待加工管材外壁间隙相等。感应加热线圈位于焊接箱顶面外的上端设有与电源连接的正负接板，其分别通过螺栓与电源、变压器固连。所述两个独立的感应加热线圈可以通过改变水平位置，来实现对管材合适位置的单独加热；所述两感应加热线圈直径不同，可分别对异种金属的待加工管材进行加热，使异种金属待加工管材分别达到适宜焊接温度，提高焊接效率。每个感应加热线圈位于焊接箱外的边侧分别设有冷却水进、出水口。

所述辅助装置包括正负电极柱、正负电极板、脉冲电源及开关。在焊接箱两侧板外侧各设一根Y型电极柱，每根竖直的电极柱其底板通过紧固件与支撑平台相连，其V形顶面通过螺栓与电极板相连，该电极板又与待焊接管材接触并支撑待焊接管材，其中，设在焊接箱与压力机之间的电极柱为负电极柱，设在其上的电极板为负电极板；设在焊接箱与机头之间的电极柱为正电极柱，设在其上的电极板为正电极板。该正电极板通过导线与脉冲电源正极相连，同时又通过正电极板将脉冲电流传导至待焊接管材A；负电极板通过导线与脉冲电源负极相连，同时又通过负电极板将脉冲电流传导至待焊接管材B；所述电路上设有开关。当两异种金属待焊接管材接触时，电路闭和；在整个焊接过程中，通过控制所述开关的接通和断开来实现脉冲电流的输入。所述三爪卡盘、正负电极柱和套筒均为绝缘体，所述正负电极板为导体。

本发明的作用机理大致如下：由于感应加热焊其技术特点是通过感应加热线圈来对管材进行加热，管材在被加热的时候其外表面温度要高于内部温度，会产生温度差，感应加热线圈在对管材外表面加热提高外表面组织性能的同时，管材内部却无法被同时、均匀地加热，往往导致管材环焊缝处的组织性能产生差异，进而使管材产生质量隐患。而在管材感应加热焊接的过程中增加辅助装置通入脉冲电流，可以细化金属组织晶粒，使管材的组织晶粒分布得更加均匀，提高管材的组织性能，并且，更重要的是由于脉冲电流更倾向于通过温度较低区域的特性，脉冲电流将更趋于通过管材内部，进而改善管材内部组织性能，弥补感应加热焊的缺点。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、采用感应加热焊技术对管材进行焊接，加热速度更快，提高焊接效率，细化环焊缝表面组织晶粒，提高环焊缝处的焊接质量；

2、采用直径不同的感应加热线圈分别对异种金属管材进行加热，可使异种金属管材同时达到各自焊接温度，提高焊接效率；

3、在感应加热焊接时通入脉冲电流，由于脉冲电流更倾向于通过温度较低的区域，而感应加热焊优先加热管材外表面，使得管材外表面温度高于内部温度，因此脉冲电流更趋向通过管材内部，进而细化环焊缝内部晶粒，改善管材组织性能。

附图说明

图1是本发明实施例的等轴测图；

图2是本发明实施例的主视示意简图；

图3是本发明实施例的焊接箱等轴测图；

图4是本发明装实施例的感应加热线圈立体示意简图。

图中：1-支撑平台；2-滑轨；3-正电极柱；4-丝杠；5-机头；6-三爪卡盘；7-管材A；8-正电极板；9-焊接箱；10-保护板；11-顶板；12-进气口；13-感应加热线圈A；14-感应加热线圈B；15-出水口；16-进水口；17-出气口；18-前挡板；19-侧板；20-套筒；21-负电极板；22-管材B；23-负电极柱；24-压力机；25-开关；26-电源正极；27-脉冲电源；28-电源负极；29进给螺母。

具体实施方式

在图1和图2所示的脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置的示意简图中，支撑平台1内沿长度方向设条形凹槽，并在凹槽两侧设滑轨2，在两滑轨中部设有与滑轨平行的丝杠4，丝杠两端置于凹槽长度方向两端对应的孔内。在支撑平台长度方向一端设有与其垂直相连的立板式机头5，其内端面(即朝向支撑台主体的一面)固连有三爪卡盘6，通过三爪卡盘将待焊接管材A7夹紧定位。在支撑平台长度方向另一端设有压力机24，其底部两侧置于滑轨上，底部中心设有滑块式螺母，其与丝杠啮合。压力机内端(即朝向支撑台主体的一面)固连有三爪卡盘，通过三爪卡盘将待焊接管材B22夹紧定位，并与机头上的三爪卡盘同轴。

在机头和压力机两三爪卡盘之间设有感应加热机构，所述感应加热机构包括焊接箱9和两套感应加热线圈。所述焊接箱，如图3所示，为中空的箱体，其由角钢焊接的框架与底板焊接连接，其余各箱板由螺栓连接组成；所述前挡板中心有方形透视窗，透视窗外圈开有密封槽，密封圈位于密封槽中；所述保护板10通过螺栓与前挡板连接；所述保护板为可透视的高强度、耐高温的钢化玻璃。焊接箱底板两侧置于滑轨上，底板中心设有进给螺母29，其与丝杠啮合。焊接箱与支撑平台长度方向平行一侧设有透视窗。与透视窗垂直相连的两侧板设有直径大于待焊接管材的圆通孔，且两圆通孔与两三爪卡盘同轴。在每个圆通孔上各设一个位于待焊接管材和侧板之间的套筒20，其是由两个半圆柱筒组成。所述焊接箱顶面设两块中间留有一定间隙且对称分布的顶板11，两顶板上分别设有保护气体的进气口12和出气口17。在焊接箱两顶板的间隙内有并列的感应加热线圈A13和感应加热线圈14穿过，两感应加热线圈均为内腔相通的中空结构，如图4所示，其圆圈直径不同均位于焊接箱内并且两圆圈的圆心均与支撑平台两端三爪卡盘同轴心。感应加热线圈位于焊接箱顶面外的上端设有与电源连接的正负接板，其分别通过螺栓与电源、变压器固连。每个感应加热线圈位于焊接箱外的边侧分别设有冷却水进水口和16出水口15。

又在图1和图2中，在焊接箱两侧板外侧各设一根Y型电极柱，每根竖直的电极柱其底板通过紧固件与支撑平台相连，其V形顶面过螺栓与电极板相连，该电极板又与待焊接管材接触并支撑待焊接管材，其中，设在焊接箱与压力机之间的电极柱为负电极柱23，设在其上的电极板为负电极板21；设在焊接箱与机头之间的电极柱为正电极柱3，设在其上的电极板为正电极板8。该正电极板通过导线与脉冲电源27正极26相连，同时又通过正电极板将脉冲电流传导至待焊接管材A；负电极板通过导线与脉冲电源负极28相连，同时又通过负电极板将脉冲电流传导至待焊接管材B；所述电路上设有开关25。所述三爪卡盘、正负电极柱和套筒均为绝缘体，所述正负电极板为导体。

当装置工作时，向进水口16通入冷却水，向进气口12通入保护气体，感应加热电源通电，脉冲电源27通电，开关25闭合，感应加热线圈A13、感应加热线圈B14开始对待焊接管材A7、待焊接管材B22端部加热，并使两异种金属待焊接管材达到各自焊接温度，驱动压力机24，对待焊接管材B22施加推力，使待焊接管材A7和待焊接管材B22相接触，电路闭和，脉冲电流贯通两异种金属待焊接管材A7和待焊接管材B22，细化管材内部组织晶粒，提高管材环焊缝处焊接质量，随着压力的升高，实现两异种金属待加工管材的感应加热焊接。

Claims (3)

1.一种脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置，其特征在于：支撑平台内沿长度方向设条形凹槽，并在凹槽两侧设滑轨，在两滑轨中部设有与滑轨平行的丝杠，丝杠两端置于凹槽长度方向两端对应的孔内，在支撑平台长度方向一端设有与其垂直相连的立板式机头，其内端面固连有三爪卡盘，通过三爪卡盘将待焊接管材A夹紧定位，在支撑平台长度方向另一端设有压力机，其底部两侧置于滑轨上，底部中心设有滑块式螺母，其与丝杠啮合，压力机内端固连有三爪卡盘，通过三爪卡盘将待焊接管材B夹紧定位，并与机头上的三爪卡盘同轴；在机头和压力机两三爪卡盘之间设有感应加热机构，所述感应加热机构的焊接箱为中空的箱体，其底板两侧置于滑轨上，底板中心设有进给螺母，其与丝杠啮合，焊接箱与支撑平台长度方向平行一侧设有透视窗，与透视窗垂直相连的两侧板设有直径大于待焊接管材的圆通孔，且两圆通孔与两三爪卡盘同轴，所述焊接箱顶面设两块中间留有一定间隙且对称分布的顶板，在焊接箱两顶板的间隙内有并列的两感应加热线圈穿过，两感应加热线圈均为内腔相通的中空结构，其圆圈直径不同，均位于焊接箱内并且两圆圈的圆心均与支撑平台两端三爪卡盘同轴心，当感应加热线圈内置有待焊接管材时，其与待焊接管材外壁间隙相等，感应加热线圈位于焊接箱顶面外的上端设有与电源连接的正负接板，其分别通过螺栓与电源、变压器固连，所述两感应加热线圈直径不同，每个感应加热线圈位于焊接箱外的边侧分别设有冷却水进、出水口；在焊接箱两侧板外侧各设一根Y型电极柱，每根竖直的电极柱其底板通过紧固件与支撑平台相连，其V形顶面通过螺栓与电极板相连，该电极板又与待焊接管材接触并支撑待焊接管材，其中，设在焊接箱与压力机之间的电极柱为负电极柱，设在其上的电极板为负电极板；设在焊接箱与机头之间的电极柱为正电极柱，设在其上的电极板为正电极板，该正电极板通过导线与脉冲电源正极相连，同时又通过正电极板将脉冲电流传导至待焊接管材A；负电极板通过导线与脉冲电源负极相连，同时又通过负电极板将脉冲电流传导至待焊接管材B；电路上设有开关，所述三爪卡盘和正电极柱、负电极柱均为绝缘体，所述正电极板和所述负电极板为导体。

2.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置，其特征在于：焊接箱两侧板的每个圆通孔上各设一个位于待焊接管材和侧板之间的套筒，其是由两个绝缘体半圆柱筒组成。

3.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助异种金属管材感应加热焊的装置，其特征在于：焊接箱两顶板上分别设有保护气体的进气口和出气口。

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