CN110961856A - 一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置和使用方法，以保证管内介质的流量满足要求。针对壁度δ为0.5mm～3.0mm铝合金导管的对接焊，限制焊缝反面余高，保证管内介质流量的要求，使用管内可伸缩多瓣支撑装置，从管内侧限制熔池金属的向内流动，保证导管内截面积和介质流量。本发明可以满足航空导管内径尺寸和变形的要求，克服管内焊缝余高无法修整问题，保证管内介质的流量。

Description

一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置和使用方法
技术领域
本申请涉及航空铝合金导管产品的焊接技术领域，特别适用于壁厚δ为0.5mm～3.0mm内径Φ在60mm～70mm之间铝合金导管的焊接，保证介质流量满足要求。
背景技术
在飞机制造领域，为了达到飞机轻量化的目的，大量使用了直径各异的薄壁(δ0.5mm～3.0mm)铝合金导管，用于输送燃油、蒸汽或者冷却媒等介质，保证飞机正常运行。为了进一步达到结构减重、提高生产效率和简化制造流程的目的，不仅仅要求管-管对接焊，还要求管-法兰对接焊接，省去密封和机械连接工序，利于飞机现场安装、便于日后修护和检修。然而，由于铝合金材料的熔池不易观察、高温流动性好等特点，熔池金属不易控制，造成反面余高过大和焊缝成型差，不仅减少了管内介质的流量，而且扰乱了流速形成紊流。为了保证焊缝形成良好，焊接过程中又持续加入填充金属，继续增大焊缝反面余高。过高的焊缝反面余高，则会急剧缩减导管的内径尺寸，进而减少管内介质的流量，扰乱介质流动的均匀性，影响飞机性能。
为了不缩减导管内径尺寸，保证介质流量，航标HB/119-2011《铝及铝合金熔焊工艺及质量检验》中10.2.1规定，“材厚度在0.5mm～1.0mm时，反面余高不得大于母材板厚；母材厚度在1.1mm～1.5mm时，反面余高不得大于1.5mm；母材厚度在1.6mm～3.0mm时，反面余高不得大于2.0”。同样，国军标GJB294A-2005《铝及铝合金的熔焊》中7.1.1.1规定，“母材厚度在0.5mm～1.5mm时，反面余高在0.5mm～2.5mm；母材厚度在1.5mm～3.0mm时，反面余高不得大于在0.5mm～2.5mm”。
更为重要的是，导管类零件不像板材制造的敞开型焊接件，可以使用机械打磨方法从反面去除余高金属，满足要求。导管类零件均为四周呈封闭两端敞开结构，直径主要集中在Φ60mm～70mm之间，长度在1.5m～4.8m之间，焊缝位于中间部分，不仅目视无法观察，更不能采用手工打磨的方法去除焊缝反面余高。工程上采用通球试验和内窥镜的方法，可以大致检查焊缝反面(管内)余高，无法精确测量余高的大小和位置，更无法进行补救处理。当反面余高超过规范，影响介质流量时，目前工程上是没有解决方案，只要报废零件，重新制造。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置和方法，保证焊缝的反面余高不超出规定。
一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置，包括主支撑管、花瓣套筒、伸缩支撑杆、U型支撑头和复位弹簧，U型支撑头为圆弧型凹槽结构，U型支撑头凹槽深度为1.0mm，两边沿的高度差为0.5mm。U型支撑头材料为紫铜。6段U型支撑头拼成整圆结构，主支撑管为整圆结构的中心轴，伸缩支撑杆和复位弹簧安装在花瓣套筒内，多个花瓣套筒呈放射状固定在主支撑管上，另一端固定在每一段U型支撑头中心。花瓣套筒的调节范围为0～6mm，留有1.0mm的余量，适用于导管内径在60mm～70mm之间的导管对焊。
一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置的使用方法，包括以下步骤：
1装配贴合在缩紧状态下，装配花瓣套筒和导管，在主支撑管内充入压力为0.40MPa～0.50MPa压缩气体，并保持持续加压，伸缩支撑杆伸长，胀缩装置张开；
2导管焊接保证胀缩装置与导管内壁紧密贴合，将待焊接部位位于胀缩装置中央区域，进行定位焊和焊接；
3退出装置焊接完成后，关闭压力源，断开外部管路并泄压；气压消除后复位弹簧压力推动伸缩支撑杆缩紧，胀缩装置外径变小，使用牵引软管拖曳胀缩装置，使其退出导管。
本申请的有益效果在于：1)焊接过程中导管内径扩张，花瓣装置同步胀型，持续控制焊缝反面(管内)余高，保证导管内径尺寸，满足介质流量的要求；2)省去了后期采用通球试验法和内窥镜法检测焊缝反面余高的工序，简化了制造流程；3)使用内撑胀型夹具，保证了导管的同圆度和形状，简化了定位夹具。
以下结合实施例附图，对本申请作进一步详细描述：
附图说明
图1缩紧后的花瓣装置装配示意图。
图2缩紧后的花瓣装置装配内部示意图。
图3缩紧后的花瓣装置装配分布示意图。
图4 U型槽高边和低边结构示意图。
图5张开后的花瓣装置装配示意图。
图6张开后的花瓣装置装配内部示意图。
图7张开后的花瓣装置装配分布示意图。
图8花瓣装置装和长导管装配示意图。
图9花瓣装置装胀紧长导管内径示意图。
图10焊接完成退出花瓣装置示意图
图中编号说明：1-主支撑管；2-花瓣套筒；3-U型支撑头；4-伸缩支撑杆；5-复位弹簧；6-高压气流；7-牵引软管；8-长导管；9-短导管；10-焊缝。
具体实施方式
一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置，包括主支撑管1、花瓣套筒2、伸缩支撑杆4、U型支撑头3和复位弹簧5，U型支撑头3为圆弧型凹槽结构，U型支撑头3凹槽深度为1.0mm，两边沿的高度差为0.5mm。U型支撑头3材料为紫铜。6段U型支撑头3拼成整圆结构，主支撑管1为整圆结构的中心轴，伸缩支撑杆4和复位弹簧5安装在花瓣套筒2内，多个花瓣套筒2呈放射状固定在主支撑管1上，另一端固定在每一段U型支撑头3中心。花瓣套筒2的调节范围为0～6mm，留有1.0mm的余量，适用于导管内径在60mm～70mm之间的导管对焊。
一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置的使用方法，包括以下步骤：
1装配贴合
在缩紧状态下，装配花瓣套筒2和导管，在主支撑管1内充入压力为0.40MPa～0.50MPa压缩气体，并保持持续加压，伸缩支撑杆4伸长，胀缩装置张开。
参见附图1，是胀缩装置的缩紧状态。主支撑管1是一个一端开口的导管，沿圆周方向均匀布置了六个螺纹孔，在每个螺纹中安装一个花瓣套筒2，同样按照圆周分布。每个花瓣套筒2内部装有一个复位弹簧5和一个伸缩支撑杆4，使用螺纹连接伸缩支撑杆4和U型支撑头3。调节螺纹，保证六组U型支撑头3位于同一平面。
参见附图2，复位弹簧5位于花瓣套筒2内，并压缩伸缩支撑杆4，保证U型支撑头3相互靠近，形成一个外径为58mm的圆，如图3所示。依靠复位弹簧5的压缩力，胀缩装置处于缩紧状态，即原始位置。
参见附图4，U型支撑头3的高边和低边相差0.5mm，中间形成深度为1.0mm的凹槽。位于U型支撑头3低边的主支撑管1是手持把柄，便于操作人员手持胀缩装置，并放置到长导管8边缘。
参见附图5，是胀缩装置的张开状态。高压气流6由牵引软管7导入到主支撑管1中，并推动伸缩支撑杆4和U型支撑头3，装置张开，如图6和图7所示，紧贴导管内壁。同时，伸缩支撑杆4压缩复位弹簧5，弹簧受力回缩到适当状态。当弹簧处于最短状态时，装置外径最大，为70mm。
2导管焊接
保证胀缩装置与导管内壁紧密贴合，将待焊接部位位于胀缩装置中央区域，进行定位焊和焊接。
参见附图8，使用螺纹装置连接主支撑管1和牵引软管7，保证气路通畅，关闭高压气流6，在弹簧的作用下装置为缩紧状态。装置穿过短导管9，手持主支撑管1，调整装置和长导管8的位置，保证长导管的待焊接端头位于U型支撑头凹槽的中央区域。
参见附图9，通过牵引软管7和主支撑管1向装置内充气，装置张开，U型支撑头3紧贴导管内壁，继续调整装置的位置，保证长导管8端头位于U型支撑头凹槽的中央。
参见附图10，沿牵引软管移动短导管9，保证长导管8和短导管9的空间位置，进行定位焊和焊接，形成焊缝10。由于U型支撑头凹槽的低边和短导管9位于同侧，可以自由调整短导管9的空间，保证装配精度。
焊接完成后，关闭高压气流并泄压，复位弹簧5压缩伸缩支撑杆4恢复到缩紧位置，装置恢复到原始位置。恢复原位的装置外径远远小于导管内壁，可以在导管内自由移动。拖曳牵引软管7，退出装置，完成整体制造过程。
3退出装置
焊接完成后，关闭压力源，断开外部管路并泄压；气压消除后复位弹簧5压力推动伸缩支撑杆4缩紧，胀缩装置外径变小，使用牵引软管7拖曳胀缩装置，使其退出导管。
4总体论述
本发明采用胀缩装置在气压和弹簧的作用下，自由缩紧和张开功能，在焊接前装置紧贴导管内壁，在焊缝区域仅仅留出1.0mm的背面空间，限制了焊缝反面余高的持续增长，保证余高不超过1.0mm。使用紫铜T1材料制造U型支撑头3，确保良好的导热性，熔池快速凝固，保证铝合金焊缝反面成型良好。本申请应用了U型支撑头3凹槽两边的高度差，在保证先安装导管与装置装配良好的条件下，确保了后续导管可以自由良好装配和导管形状。装配过程中使用了气压装置，保证了导管的同圆度。

Claims (5)

1.一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置，其特征在于包括主支撑管、花瓣套筒、伸缩支撑杆、U型支撑头和复位弹簧，U型支撑头为圆弧型凹槽结构，6段U型支撑头拼成整圆结构，主支撑管为整圆结构的中心轴，伸缩支撑杆和复位弹簧安装在花瓣套筒内，多个花瓣套筒呈放射状固定在主支撑管上，另一端固定在每一段U型支撑头中心。
2.根据权利要求1所述的一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置，其特征在于所述的U型支撑头凹槽深度为1.0mm，两边沿的高度差为0.5mm。
3.根据权利要求2所述的一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置，其特征在于所述的U型支撑头材料为紫铜。
4.根据权利要求1所述的一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置，其特征在于所述的花瓣套筒的调节范围为0～6mm，留有1.0mm的余量，适用于导管内径在60mm～70mm之间的导管对焊。
5.一种导管内径自适应花瓣式胀缩装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
1-1装配贴合在缩紧状态下，装配花瓣套筒和导管，在主支撑管内充入压力为0.40MPa～0.50MPa压缩气体，并保持持续加压，伸缩支撑杆伸长，胀缩装置张开；
1-2导管焊接保证胀缩装置与导管内壁紧密贴合，将待焊接部位位于胀缩装置中央区域，进行定位焊和焊接；
1-3退出装置焊接完成后，关闭压力源，断开外部管路并泄压；气压消除后复位弹簧压力推动伸缩支撑杆缩紧，胀缩装置外径变小，使用牵引软管拖曳胀缩装置，使其退出导管。
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