CN112846633B - 可避免焊接变形的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可避免焊接变形的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具，包括用于构成一圆盘的多个扇形的型面胀块、圆台、上压板和胀块支撑块，各型面胀块的内侧端设置胀块锥形面，使用时胀块支撑块置于外环段内侧壁的内侧，各型面胀块的内侧端置于胀块支撑块的顶面，各型面胀块的外侧端置于环形腔体内且邻近外环段外侧壁的内侧，以使各型面胀块形成一圆盘，各型面胀块的胀块锥形面形成与圆台的形状相适配的锥形孔，圆台倒置在锥形孔内，上压板置于圆台的上方，下压上压板使得圆台下降，由圆台将各型面胀块沿径向向外挤压，各型面胀块的外侧端对外环段外侧壁的内侧抵接。

Description

可避免焊接变形的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具

技术领域

本发明涉及航空发动机辅助设备技术领域，特别是一种蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具。

背景技术

某型发动机的核心部件燃烧室火焰筒，为蒸发管式薄壁结构（如图1所示），内外环表面分布一万多个冷却孔以及掺燃孔；燃烧室火焰筒的材料为GH3536，基本壁厚0.8mm，由42个单件组合而成，加工方法涵盖钣金成型、真空钎焊、电阻缝焊、自动氩弧焊、手工氩弧焊、激光打孔、激光切割、热喷涂、热处理、机械加工、水流量试验等，零件为薄壁钣金件变形量大较，加工尺寸难以控制，尤其是其中的火焰筒外壳1与火焰筒外环段2进行焊接时，火焰筒外环段2由外环段外侧壁21、外环段内侧壁22、外环段底壁23组成一个环形腔体24，火焰筒外壳1需要倒扣在火焰筒外环段2的顶部，由火焰筒外壳1与外环段外侧壁21接触并进行焊接形成环形焊缝26，由于火焰筒外壳1与火焰筒外环段2的壁厚较薄（约0.8mm），外径较大（约300mm），因此焊接时极容易出现变形，影响整个零件的质量，进而影响发动机的燃烧性能；为了保证焊接质量，增加焊件刚性，减少焊接变形，提高焊缝质量，保证产品的焊接加工要求，设计一种专用的焊接夹具是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于装配的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具。

为解决上述技术问题，本发明提供的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具，包括用于构成一圆盘的多个扇形的型面胀块、圆台、上压板和胀块支撑块，各型面胀块的内侧端设置胀块锥形面，使用时胀块支撑块置于外环段内侧壁的内侧，各型面胀块的内侧端置于所述胀块支撑块的顶面，各型面胀块的外侧端置于环形腔体内且邻近外环段外侧壁的内侧，以使各型面胀块形成一圆盘，各型面胀块的胀块锥形面形成与所述圆台的形状相适配的锥形孔，所述圆台倒置在所述锥形孔内，所述上压板置于所述圆台的上方，下压所述上压板使得圆台下降，由圆台将各型面胀块沿径向向外挤压，各型面胀块的外侧端对外环段外侧壁的内侧抵接，形成支撑，焊接时焊缝置于抵接处，可有效避免焊接变形。

进一步，蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括多个与型面胀块外侧端相适配的弧形的托弧板，所述托弧板为铜制品，所述托弧板固定设置在所述型面胀块的外侧端以使托弧板的外侧伸出所述型面胀块的外侧端，由托弧板与外环段外侧壁接触，对外环段外侧壁形成支撑。

进一步，蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括底板和定心销，火焰筒外环段的外环段底壁设置定位孔，所述定位销的一端插入所述定位孔，另一端插入所述底板上，以使所述火焰筒外环段固定设置在底板上。

进一步，蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括中心轴、压紧螺母，所述底板、胀块支撑块、上压板、圆台的中心设置适于中心轴的前端穿过的中心孔，所述中心轴的前端设置与压紧螺母螺纹配合的螺纹部，装配时中心轴的前端依次穿过底板、胀块支撑块、圆台、上压板的中心孔，压紧螺母套在螺纹部，以使压紧螺母可调节上压板与胀块支撑块之间的间距，驱动圆台的移动。

进一步，所述型面胀块的中部下侧设置弧形槽，以使各型面胀块形成圆盘时各弧形槽连接形成环槽，型面胀块的外侧端置于环形腔体内时外环段内侧壁置于环槽内。

进一步，蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括通气环，所述通气环包括多段塑料管和多段不锈钢管，各不锈钢管之间经塑料管相连以形成一环体，各不锈钢管上设置出气管，所述环槽的外侧壁上沿径向设置适于所述出气管通过的出气孔，使用时通气环置于环槽内，出气管插入出气孔，通气环引入惰性气体后由出气管排向焊接处以形成保护。

进一步，所述托弧板的内侧壁上设置弧形的内环槽，所述托弧板的外侧壁上设置弧形的外环槽，所述外环槽的上侧面设置与外环段外侧壁相适配的弧形支撑部，所述内环槽与外环槽之间设置多个托弧板通气孔，使用时内环槽罩设在出气孔上，使得通气环内的气体可进入内环槽，并由托弧板通气孔进入外环槽，以实现对焊接处的保护。

发明的技术效果：（1）本发明的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具，相对于现有技术，通过设置可形成一圆盘的多个扇形的型面胀块，并在型面胀块的内侧端设置胀块锥形面，与圆台相配合，使得圆台的升降可驱动型面胀块的径向移动，由型面胀块的外侧端对外环段外侧壁的内侧抵接以形成支撑，可有效避免焊接时变形；（2）各型面胀块的外侧端配备铜质的托弧板，铜具有电阻率低、导热性较好的优点，且仅在焊缝处的托弧板采用铜质材料，大幅降低成本；（3）中心轴和底板的设置，使得夹具易于装配；（4）托弧板上设置内环槽、外环槽、托弧板通气孔，使得通气环内的惰性气体可作用在焊缝处，提高了保护效果。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是火焰筒焊接后的剖面结构示意图；

图2是本发明的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具与火焰筒装夹后的剖面结构示意图；

图3是底板的剖面结构示意图；

图4是型面胀块拼装后的轴向示意图；

图5是型面胀块拼装后沿径向的剖面结构示意图；

图6是上压板的轴向结构示意图；

图7是图6中的A-A向剖视图；

图8是圆台的剖面结构示意图；

图9是胀块支撑块的剖面结构示意图；

图10是通气环的结构示意图；

图11是中心轴的结构示意图；

图12托弧板的剖面结构示意图。

图中：火焰筒外壳1，火焰筒外环段2，外环段外侧壁21，外环段内侧壁22，外环段底壁23，环形腔体24，定位孔25，环形焊缝26；

底板3，定心销31，胀块支撑块32，支撑块中心孔33，底板中心孔34，定心销插孔35，减重孔36；

圆台4，倾斜侧壁41，圆台中心孔42，

型面胀块5，胀块锥形面51，弧形槽52，外侧壁53，凸沿54，凸沿连接孔55，螺钉安装孔56，夹持螺钉57，胀块拼接缝58，锥形孔59；

通气环6，不锈钢管61，塑料管62，进气口63，出气管64；

托弧板7，外环槽71，内环槽72，弧形支撑部73，安装孔74，托弧板通气孔75；

上压板8，上压板台阶81，上压板中心孔82，上压板减重孔83，通气槽84，夹持槽85，夹持把手86；

中心轴9，压紧螺母91，压紧垫圈92，螺纹部93。

具体实施方式

实施例1

本实施例的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具，如图2所示，包括用于构成一圆盘的6个扇形的型面胀块5、圆台4、上压板8和胀块支撑块32。

如图4和图5所示，型面胀块5由一个直径为308mm的圆盘进行型面加工获得，具体包括在圆盘的中心加工出锥度为30º、深度为34mm、底端直径为61.5mm至62mm的锥形孔59，在圆盘的底端加工出深度为30mm、宽度为43.5mm的环槽，在圆盘底端的边缘加工出高度为10mm、宽度为10.5mm的凸沿54；完成型面加工后，将圆盘采用线切割的方式分割为6块型面胀块5，其中的3块的切割角度为40º、3块的切割角度为80º，且40º的型面胀块5和80 º的型面胀块5交替设置，切缝3mm以留出胀形移动量；切割后用冲击印按顺时针方向做好顺序标记；获得的各型面胀块5在其底端形成弧形槽52、在其内侧端形成胀块锥形面51，且每块型面胀块5的上端面设置螺钉安装孔56，用于安装夹持螺钉57。

如图6所示和图 7所示，上压板8为一圆形板，其外径为320mm，厚度为20mm，其中心设置直径为12mm的上压板中心孔82，上压板8的底端边缘呈台阶状，用于形成高度为13mm的上压板台阶81，且上压板台阶81的直径为299mm，为减轻上压板8的重量，上压板上设置2个上压板减重孔83，且上压板8为铝件；上压板8的边缘对称设置4个夹持把手86，方便对上压板8进行装夹；上压板中心孔82的外侧设置3个夹持槽85，上压板的边缘设置长条形的通气槽84。

如图8所示，圆台4小头端的直径为65mm，高度为34mm，其中心设置直径为20mm的圆台中心孔42，圆台4的顶角为30º，与锥形孔59的倾斜角度相适配。

如图9所示，胀块支撑块32的中心设置直径为20mm的支撑块中心孔33，胀块支撑块32的高度为79mm，用于承接型面胀块5。

蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括用于向焊缝处通入惰性气体的通气环6，如图10所示，通气环6包括5段塑料管62和6段不锈钢管61，其中不锈钢管61制作时可由直径为6mm的不锈钢管弯曲成直径为256mm的圆环，将圆环划线截成10段，留取6段，其余5段以同等长度塑料管62代替，两者串成圆环，两端连接处以铁丝扎紧，每段不锈钢管61上沿圆环径向钻直径为5mm的孔，钻孔处插入直径为4mm的出气管64，使得出气管64沿圆环径向向外侧伸出设置，出气管64插入后采用氩弧焊沿周焊牢，且其中第一个不锈钢管61留有弯折段以形成的进气口63。塑料管62的设置使得通气环6易于弯折，便于装夹。

蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括圆形的底板3和3个定心销31，火焰筒外环段2的外环段底壁23设置多个定位孔25，如图3所示，底板3的直径为395mm，底板3的中心设置直径为20mm的底板中心孔34，底板3的高度为20mm；底板3上设置3个与定心销31相适配的定心销插孔35和6个直径为30mm的减重孔36；装配时，火焰筒外环段2置于底板3上，各定位销31的一端插入外环段底壁23的定位孔25内，另一端插入底板3的定心销插孔35内，以使火焰筒外环段2固定设置在底板3上。

蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括中心轴9、压紧螺母91，如图11所示，中心轴9的尾端设置端帽，中心轴9的中段为直径20mm的直杆段，与底板中心孔34、支撑块中心孔33、圆台中心孔42、上压板中心孔82的尺寸相适配；中心轴9的前端设置螺纹部93，压紧螺母92与螺纹部93螺纹配合。

蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具还包括6个与型面胀块外侧端相适配的弧形的托弧板7，如图12所示，托弧板7为铜制品，制作时选用与型面胀块5构成的圆盘的直径相适配的铜环进行型面加工，在其内侧壁上开设内环槽72，外侧壁上开设外环槽71，在外环槽71的上侧面设置与外环段外侧壁21相适配的弧形支撑部73，按照型面胀块5的尺寸，将铜环切割为6块，切缝也是3mm；凸沿54上设置12个凸沿连接孔55，各托弧板7上设置安装孔74，使得各段弧形的托弧板7经沉头螺钉与凸沿连接孔55相连，环槽的外侧壁上沿径向设置6个适于出气管通过的出气孔，切割后的每个型面胀块5上留有一个出气孔，内环槽72与外环槽71之间设置多个托弧板通气孔75，装配时托弧板7的外侧伸出型面胀块5的外侧端，由托弧板7与外环段外侧壁21接触，对外环段外侧壁21形成支撑，托弧板7形成的内环槽72罩设在出气孔上，通气环6置于环槽内且出气管64插入对应的出气孔，通气环6引入惰性气体后由出气管64进入内环槽72，并由托弧板通气孔75进入外环槽71，以实现对焊接处的保护。

装夹时，包括如下步骤：

A、将胀块支撑块32置于底板3上，使得支撑块中心孔33与底板中心34孔对齐，中心轴9穿过底板中心孔34、支撑块中心孔33，中心轴9的端帽置于底板3外，由底板3进行限位。

B、将3个定心销31的一端分别插入外环段底壁23的相应3个定位孔25内，另一端插入底板3的定心销插孔35内，以使火焰筒外环段2固定设置在底板3上，由定心销对火焰筒外环段2进行角向限位，此时胀块支撑块32置于火焰筒外环段2内。

C、将6个托弧板7依次固定在对应的型面胀块5的凸沿54上，使得托弧板7的内环槽72罩设在出气孔上，且托弧板7的外侧伸出型面胀块5的外侧端；将通气环6其中一个出气管64插入第一个型面胀块5的出气孔上，使得通气环6置于该型面胀块5的弧形槽52内，将型面胀块5的内侧端置于胀块支撑块32上，型面胀块5的外侧端伸入环形腔体24内，且外环段内侧壁22置于弧形槽52内，使得外环段内侧壁22对型面胀块5形成支撑；将其余的5个型面胀块5按同样操作依次放置在胀块支撑块32上，使得型面胀块5形成一圆盘，且相邻型面胀块5之间紧靠以减小胀块拼接缝58的宽度，型面胀块5内侧端的胀块锥形面51形成锥形孔59，中心轴9穿过锥形孔59。

D、沿圆台中心孔42将圆台4套在中心轴9上，使得圆台9倒置在锥形孔59上，圆台4的小头端插入锥形孔59的大头端，由圆台4的倾斜侧壁41与胀块锥形面51接触；将火焰筒外壳1扣在火焰筒外环段2上，使得火焰筒外壳1的内壁紧贴火焰筒外环段外侧壁21；沿上压板中心孔34将上压板3套在中心轴9上，且上压板3与圆台4之间还套设压紧垫圈92，中心轴9前端的螺纹部93伸出上压板8后与压紧螺母91螺纹配合，上压板8的上压板台阶81插入火焰筒外壳1；压紧螺母91拧紧时驱动上压板8下降，上压板8带动圆台4下降，倾斜侧壁41挤压型面胀块5的胀块锥形面51，使得各型面胀块5沿径向向外移动，相邻型面胀块5之间的胀块拼接缝58增大，由型面胀块5外侧端的托弧板7与外环段外侧壁21接触，对外环段外侧壁21形成支撑。

为便于对通气环6内引入惰性气体，采用引气管向通气环6内通入惰性气体，型面胀块5上设置适于引气管通过的通孔，使得引气管穿过上压板8的通气槽84、型面胀块5的通孔后与通气环6的进气口63相通。

为便于对各型面胀块5的位置进行微调，可使用工具穿过上压板8的夹持槽85对型面胀块5进行微调。

拆卸时，压紧螺母91卸下后，取出上压板8、压紧垫圈92和圆台4，移动型面胀块5时可采用工具对夹持螺钉57夹持，以方便移动。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (2)

1.一种蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具，其特征在于，包括用于构成一圆盘的多个扇形的型面胀块、圆台、上压板和胀块支撑块，各型面胀块的内侧端设置胀块锥形面，使用时胀块支撑块置于外环段内侧壁的内侧，各型面胀块的内侧端置于所述胀块支撑块的顶面，各型面胀块的外侧端置于环形腔体内且邻近外环段外侧壁的内侧，以使各型面胀块形成一圆盘，各型面胀块的胀块锥形面形成与所述圆台的形状相适配的锥形孔，所述圆台倒置在所述锥形孔内，所述上压板置于所述圆台的上方，下压所述上压板使得圆台下降，由圆台将各型面胀块沿径向向外挤压，各型面胀块的外侧端对外环段外侧壁的内侧抵接；

所述的夹具，还包括多个与型面胀块外侧端相适配的弧形的托弧板，所述托弧板为铜制品，所述托弧板固定设置在所述型面胀块的外侧端以使托弧板的外侧伸出所述型面胀块的外侧端，由托弧板与外环段外侧壁接触，对外环段外侧壁形成支撑；

所述的夹具还包括：中心轴、压紧螺母，底板、胀块支撑块、上压板、圆台的中心设置适于中心轴的前端穿过的中心孔，所述中心轴的前端设置与压紧螺母螺纹配合的螺纹部，装配时中心轴的前端依次穿过底板、胀块支撑块、圆台、上压板的中心孔，压紧螺母套在螺纹部，以使压紧螺母可调节上压板与胀块支撑块之间的间距，驱动圆台的移动；

所述的夹具还包括通气环，所述通气环包括多段塑料管和多段不锈钢管，各不锈钢管之间经塑料管相连以形成一环体，各不锈钢管上设置出气管，所述型面胀块的中部下侧设置弧形槽，以使各型面胀块形成圆盘时各弧形槽连接形成环槽；所述环槽的外侧壁上沿径向设置适于所述出气管通过的出气孔，使用时通气环置于环槽内，出气管插入出气孔。

2.根据权利要求1所述的蒸发管式火焰筒环焊缝自动焊接用夹具，其特征在于，所述托弧板的内侧壁上设置弧形的内环槽，所述托弧板的外侧壁上设置弧形的外环槽，所述外环槽的上侧面设置与外环段外侧壁相适配的弧形支撑部，所述内环槽与外环槽之间设置多个托弧板通气孔，使用时内环槽罩设在出气孔上，使得通气环内的气体可进入内环槽，并由托弧板通气孔进入外环槽。

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