CN111940978A - 抑制薄壁曲面铝合金γ型零件焊接变形的工装及方法 - Google Patents

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Abstract

抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装及方法，属于焊接技术领域。焊接时蒙皮垂直方向自由度通过上表面的随形压紧件以及下表面的随形胎体、定位块确定，蒙皮水平方向自由度通过两侧所设的插销确定，这种设计满足零件压紧时自由度的限制要求，达到减小焊接变形的目的。蒙皮及筒形组件的定位压紧机构均满足刚性要求，保障了零件定位准确，保证了产品的统一性，提高产品质量，且工装易于拆卸，使用方便。

Description

抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装及方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别是涉及一种薄壁曲面长焊缝铝合金零件手工氩弧焊焊接工装及其使用方法。
背景技术
在航空工业中，铝合金由于其优异的比强度正在取代钢材料成为大飞机制造的主要材料之一。焊接技术作为材料加工领域材料连接的主要方法，已经在航空领域薄壁铝合金零件制造中得到广泛应用。由于铝合金热导率大、耐热性差、膨胀系数大，导致薄壁铝合金焊接极易产生焊接变形，给零件的后续装配带来困难。现在解决铝合金焊接变形的方法主要有优化焊接参数、焊后校形、以及焊接工装辅助定位三种，在实际生产中三种方法常常以互补的方式结合使用。而针对铝合金复杂曲面结构件，焊接定位工装存在定位点选择困难，定位效果差等问题，导致焊接过程的应力应变不可控，最终焊缝四周收缩翘起严重，尺寸超差，无法修复，甚至导致零件报废。
发明内容
根据上述提出的薄壁铝合金复杂曲面零件焊接工装定位不准确、生产效率低的问题，本发明以界面呈曲面的管板结构焊接为对象，提出一种适用于薄壁、曲面、长焊缝零件的焊接变形控制工装设计方案；通过优化工装结构，设计出一种新型焊接工装；此外还介绍了工装使用方法。
本发明的技术方案：
抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装，该工装包括底板01、定位盘02、活动脚轮03、支座04、带型面的胎体05、压紧件06、定位块07、压紧卡板一08、V型块09、凸缘模柄10、插销11、螺钉12和筒形件固定机构。
所述底板01用于保证整体焊接工装的稳定性。所述定位盘02外径尺寸依据筒形组件内径确定，连接固定于底板01上，用于固定筒形组件空间位置。所述活动脚轮03置于底板01下的四角，方便工装的搬运。所述支座04连接固定于底板01上，用于固定工装其余组件的空间位置。所述带型面的胎体05连接于支座04上，带型面的胎体05的型面与蒙皮组件下表面随形，且带型面的胎体05型面周边尺寸要大于被焊零件型面5mm～10mm，保证焊接过程中胎体传热的物理性质与零件的一致性。带型面的胎体05上开有焊道躲避槽，躲避槽的截面呈燕尾状，与零件型面贴合一侧为开口侧，开口侧的尺寸为19mm～21mm，远离型面侧的赤尾为22mm～25mm，燕尾状躲避槽能够在保证焊接时焊道周围母材形状稳定的情况下，给背面焊道留有充足的流动空间。所述压紧件06的型面与蒙皮组件上表面随形。压紧件06的两端各自与凸缘模柄10连接固定，凸缘模柄10插入由压紧卡板一08和V型块09组成的压紧机构中，通过压紧卡板一08给予蒙皮向下的压力。压紧卡板一08和V型块09组成的压紧机构连接固定于支座04上。所述定位块07的型面与蒙皮组件下表面随形，通过螺钉12固定于带型面的胎体05的一侧。带型面的胎体05、压紧件06、定位块07三者共同保证蒙皮垂直方向压紧固定。所述插销11设于带型面胎体05的两侧，用于保证蒙皮水平方向的锁紧固定。所述的筒形件固定机构连接固定于支座04上，用于保证筒形组件与蒙皮组件装卡后的理论相对位置，保证筒形组件与整体焊接工装贴合良好。
进一步的，所述筒形件固定机构包括固定卡板一13、固定卡板二14、手柄螺母15和压紧卡板二16，固定卡板一13和固定卡板二14通过与筒形组件紧密贴合进行定位，手柄螺母15、压紧卡板二16与定位盘02相配合，用于固定筒形组件空间位置。
抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的方法，采用上述工装工作时零件呈Γ型，将筒形组件带法兰一侧插入定位盘02中，并用固定卡板、压紧卡板固定，然后插入定位块07，将定位块07与带型面的胎体05连接固定，将蒙皮安装在带型面的胎体05上，并采用插销11固定其水平位置，采用压紧件06固定其垂直位置，固定后方可进行焊接。
本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用蒙皮上下表面通过随形压紧、两侧通过锁紧拉力控制焊接变形的技术方案，能够实现焊接时的夹持固定，有效控制零件的焊接应力和焊接变形，保证零件整体位置精度和焊接质量，实现优质高效焊接，获得良好的焊接接头。
附图说明
图1是本发明工装的等轴视图
图2是图1的主视图；
图3是图1的左视图；
图4是图1的俯视图；
图5是薄壁曲面铝合金Γ型零件结构图；
图6是本发明的工装与零件装配状态示意图；
图中：01底板、02定位盘、03活动脚轮、04支座、05带型面的胎体、06压紧件、07定位块、08压紧卡板一、09V型块、10凸缘模柄、11插销、12螺钉、13固定卡板一、14固定卡板二、15手柄螺母、16压紧卡板二。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
所述一种抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装，焊接时蒙皮垂直方向自由度通过上表面的随形压紧件以及下表面的随形胎体、定位块确定，蒙皮水平方向自由度通过两侧所设的插销确定，这种设计满足零件压紧时自由度的限制要求，达到减小焊接变形的目的。蒙皮及筒形组件的定位压紧机构均满足刚性要求，保障了零件定位准确，保证了产品的统一性，提高产品质量，且工装易于拆卸，使用方便。该工装结构主要包括：底板01、定位盘02、活动脚轮03、支座04、带型面的胎体05、压紧件06、定位块07、压紧卡板一08、V型块09、凸缘模柄10、插销11、螺钉12、固定卡板一13、固定卡板二14、手柄螺母15、压紧卡板二16等组成。
进一步地，所述底板01采用20mm厚的45#钢制造，以保证整体焊接工装的稳定性。
所述定位盘02采用35mm厚的45#钢制造，外径尺寸依据筒形组件内径确定，螺接固定于底板01上，用于固定筒形组件空间位置。
所述活动脚轮03，采用直径200mm的脚轮，置于底板01下的四角，方便工装的搬运。
所述支座04，采用厚度10mm与厚度5mm的45#钢板拼焊而成，螺接固定于底板01上，用于固定工装其余组件的空间位置。
所述带型面的胎体05，材质为与被焊零件同种材料铝合金制造，螺接于支座04上，带型面胎体05的型面与蒙皮组件下表面随形，且胎体型面周边尺寸要大于被焊零件型面5mm～10mm，保证焊接过程中胎体传热等物理性质与零件的一致性。带型面胎体上开有焊道躲避槽，躲避槽的截面呈燕尾状，与零件型面贴合一侧为开口侧，该侧尺寸较小约为19mm～21mm，远离型面侧尺寸较宽，约为22mm～25mm，燕尾状躲避槽可以在保证焊接时焊道周围母材形状稳定的情况下，给背面焊道留有充足的流动空间。
所述压紧件06，材质为与被焊零件同种材料铝合金制造，压紧件06的型面与蒙皮组件上表面随形。压紧件06与凸缘模柄10螺接固定，并插入压紧卡板一08、V型块09组成的压紧机构，通过压紧卡板一08给予蒙皮向下的压力。压紧卡板一08、V型块09组成的压紧机构螺接固定于支座04上。
所述定位块07，材质为与被焊零件同种材料铝合金制造，定位块07的型面与蒙皮组件下表面随形，通过螺钉12固定于带型面胎体05的一侧。
带型面的胎体05、压紧件06、定位块07三者共同保证蒙皮垂直方向压紧固定。
所述插销11设于带型面胎体05两侧，用于保证蒙皮水平方向的锁紧固定。
所述固定卡板一13、固定卡板二14、手柄螺母15、压紧卡板二16组成筒形件固定机构，螺接固定于支座04上，用于保证筒形组件与蒙皮组件装卡后的理论相对位置，保证筒形组件与整体焊接工装贴合良好。
请参阅图5-图6，采用发明焊接工装的薄壁曲面铝合金Γ型零件变形控制方法，包括如下步骤：
1)首先图1完成底座01、定位盘02、活动脚轮03、支座04、带型面的胎体05、压紧卡板一08、压紧卡板二16，V型块09，固定卡板一13、固定卡板二14，手柄螺母15组成的底座组合件。
2)将筒形组件带法兰一侧固定于定位盘02上，调整位置，使筒形件与固定卡板一13、固定卡板二14紧密贴合，并通过手柄螺母15、压紧卡板二16压紧固定，保证其位置固定。
3)安装定位块07，定位块07与带型面的胎体05通过螺钉12螺接。
4)装配蒙皮组件于带型面的胎体05、定位块07上，蒙皮两侧通过插销11固定，蒙皮两端通过锁紧拉力控制焊接变形。
5)压紧件06与凸缘模柄10采用螺接方式连接，将凸缘模柄10插入V型块09中，通过压紧卡板一08压紧，保证压紧件06与蒙皮之间、蒙皮与带型面胎体05之间紧密贴合，达到蒙皮上下表面通过随形压紧控制焊接变形的目的。
6)调整焊接规范，按工艺规程进行焊接。
实施效果：
该发明的焊接工装解决了薄壁曲面长焊缝结构铝合金零件在手工氩弧焊焊接后蒙皮收缩翘起变形严重的问题，通过该工装焊接的零件，满足了后续外形尺寸精度要求，保证了零件外形与检验工装的贴合度。该发明设计的新型焊接工装可以很好的夹紧固定组件，有效的控制焊接变形，组件焊后变形情况较之前有较大提升，取得了较好的效果。且该发明工装装卸方便，定位准确，结构新颖，生产效率高，能够实现优质高效焊接。
本工装的设计思路可以对未来薄壁曲面长焊缝结构焊接零件的变形控制起到指导作用，意义深远。

Claims (3)

1.抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装，其特征在于，包括底板(01)、定位盘(02)、活动脚轮(03)、支座(04)、带型面的胎体(05)、压紧件(06)、定位块(07)、压紧卡板一(08)、V型块(09)、凸缘模柄(10)、插销(11)、螺钉(12)和筒形件固定机构；
所述底板(01)用于保证整体焊接工装的稳定性；所述定位盘(02)外径尺寸依据筒形组件内径确定，连接固定于底板(01)上，用于固定筒形组件空间位置；所述活动脚轮(03)置于底板(01)下的四角，方便工装的搬运；所述支座(04)连接固定于底板(01)上，用于固定工装其余组件的空间位置；所述带型面的胎体(05)连接于支座(04)上，带型面的胎体(05)的型面与蒙皮组件下表面随形，且带型面的胎体(05)型面周边尺寸要大于被焊零件型面5mm～10mm，保证焊接过程中胎体传热的物理性质与零件的一致性；带型面的胎体(05)上开有焊道躲避槽，躲避槽的截面呈燕尾状，与零件型面贴合一侧为开口侧，开口侧的尺寸为19mm～21mm，远离型面侧的赤尾为22mm～25mm，燕尾状躲避槽能够在保证焊接时焊道周围母材形状稳定的情况下，给背面焊道留有充足的流动空间；所述压紧件(06)的型面与蒙皮组件上表面随形；压紧件(06)的两端各自与凸缘模柄(10)连接固定，凸缘模柄(10)插入由压紧卡板一(08)和V型块(09)组成的压紧机构中，通过压紧卡板一(08)给予蒙皮向下的压力；压紧卡板一(08)和V型块(09)组成的压紧机构连接固定于支座(04)上；所述定位块(07)的型面与蒙皮组件下表面随形，通过螺钉(12)固定于带型面的胎体(05)的一侧；带型面的胎体(05)、压紧件(06)、定位块(07)三者共同保证蒙皮垂直方向压紧固定；所述插销(11)设于带型面的胎体(05)的两侧，用于保证蒙皮水平方向的锁紧固定；所述的筒形件固定机构连接固定于支座(04)上，用于保证筒形组件与蒙皮组件装卡后的理论相对位置，保证筒形组件与整体焊接工装贴合良好。
2.根据权利要求1所述的抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装，其特征在于，所述筒形件固定机构包括固定卡板一(13)、固定卡板二(14)、手柄螺母(15)和压紧卡板二(16)，固定卡板一(13)和固定卡板二(14)通过与筒形组件紧密贴合进行定位，手柄螺母(15)、压紧卡板二(16)与定位盘(02)相配合，用于固定筒形组件空间位置。
3.采用权利要求1或2所述的抑制薄壁曲面铝合金Γ型零件焊接变形的工装的方法，其特征在于，采用上述工装工作时零件呈Γ型，将筒形组件带法兰一侧插入定位盘(02)中，并用固定卡板、压紧卡板固定，然后插入定位块(07)，将定位块(07)与带型面的胎体(05)连接固定，将蒙皮安装在带型面的胎体(05)上，并采用插销(11)固定其水平位置，采用压紧件(06)固定其垂直位置，固定后方可进行焊接。
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