CN113084662B - 一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺包括：工件准备‑工装准备‑磨削加工‑二次磨削‑成型加工‑电磁脉冲焊接‑焊后处理；通过磨削、成型加工在工件边缘加工出凹边以及凸边，拼接后更容易进行焊接；一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，包括：轨道、框梁，工件放置在加工台上，所述轨道与工件边缘平行，框梁安装在轨道上，框梁上还设置有磨削轮组、成型轮，磨削轮组对工件边缘加工出凹槽，而成型轮组对工件边缘形成的凸条适当弯曲，便于装配后形成接触角，磨削与成型同时进行，成型时能够充分利用磨削产生的热量，更加节能，而且不需要二次加工，框梁一次运动结束后，稍事调整工件位置就可以进行电磁脉冲焊接，提高了生产效率。

Description

一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺及设备

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺及设备。

背景技术

焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子或分子间结合力而连接成一体的连接方法，焊接种类繁多，根据焊接过程中焊接区域材料的状态，焊接被分为三类，固态焊、半固态焊、熔化焊，所述熔化焊是目前研究最完善、应用最为广泛的焊接方式，这种方式的基本方法是先局部加热熔化需要焊接的母材,然后冷却结晶形成焊缝，这种焊接方式最重要的特点是在相对较短的时间内完成复杂的相变过程,有较大的热影响区,焊接环境对焊缝的质量有较大的影响。半固态焊是利用某些熔点低于被连接构件的材料作为连接媒介物质,先加热媒介物质使其熔化而被连接件不熔化,熔化的材料在连接界面上流散浸润,然后冷却结晶形成结合面的方法，这种焊接方法必须包含加热过程,焊接中需要保护措施以使熔化的钎料不跟空气接触。固态焊接是利用摩擦、扩散和加压等物理作用克服两个连接表面的不平度,除去氧化膜及其他污染物,使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离,从而在固态条件下实现连接的方法固态焊接的种类繁多, 熔化焊接较难实现。同时,这类金属及其合金普遍都有氧化膜的存在,这也加大了焊接的难度。

为了解决这类问题,将待焊工件中的一种或两种瞬间提升到较高速度并使其发生高速碰撞,工件之间可以形成良好的焊接接头,这种焊接方式为高速碰撞焊。现有高速碰撞焊主要包括爆炸焊、电磁脉冲焊和激光冲击焊等。其中电磁脉冲焊是目前使用较广的一种，相比于熔化焊，不需要加热，焊接速度快，电容器组充电只需十几秒，生产效率高，而且焊接接头牢固，稳定且可靠。

但是现有的电磁脉冲焊多是用于加工薄板或是管件，由于可以实现对一种材料板材的焊接，因此在航空航天领域得到了广泛的使用，但是现有技术的电磁脉冲焊不能够对厚板进行加工，这是因为壁厚过大所需要的能量就更大，现有技术往往达不到这样的要求，因此，对于厚板的加工还是采用的传统的熔化焊。

发明内容

本发明的目的是提出一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺及设备，能够对航空用厚板进行电磁脉冲焊接，通过工艺的调整，利用现有的电磁脉冲焊接设备就能够对厚板进行加工，提高了厚板焊接接头的性能，也拓宽了电磁脉冲焊的使用范围。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺，包括：工件准备-工装准备-电磁脉冲焊接-焊后处理，其特征在于：还包括：在工装准备后、电磁脉冲焊接前还需要进行预处理，所述预处理包括：磨削加工-二次磨削-成型加工，所述磨削加工是在待焊接的边上加工出多条平行的凹槽；

所述二次磨削是相同的磨削操作，对已开出的凹槽进行拓宽，使凹槽达到预定的宽度；

所述成型加工是通过有一定弧度的成型轮对已开出的凹槽进行挤压，使工件凹边最外侧的一条凸条向外弯曲，从而形成接触角

经过预处理后，两工件相互连接的边上加工带有凹槽的平面相互拼接，再通过电磁脉冲焊接进行焊接。

2、一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，包括：轨道、框梁，所述轨道与工件边缘平行，所述框梁的顶面垂直设置有连接杆，连接杆的底部固定在框梁上，顶部固定在拱架上，所述拱架是半椭圆形的拱形梁，拱架的脚部与轨道连接，拱架中部的下侧与连接杆的顶部连接；

所述框梁中还设置有：磨削轮组、成型轮、驱动电机，所述磨削轮组包括轴杆以及磨轮，所述磨轮为多个，以相同的间隔固定在轴杆上，轴杆垂直于框梁顶面设置，通过驱动电机驱动其转动，所述成型轮也是与受驱动电机驱动而运动的轴杆连接并随之转动，对已开出的凹槽进行成型。

进一步地，所述轨道由上轨道组和下轨道组组成，两组轨道的位置相互对称，每组轨道有两条轨。

进一步地，所述轨中设置有轨内板、活动轮，所述轨内板位于轨道内且与水平面平行，轨道的顶面设置有与轨道延伸方向相同的开槽，拱架的脚部穿过开槽与轨内板的顶面连接，并能够在开槽内运动，所述轨内板的顶面以及底面上均设置有活动轮，活动轮与轨道的内壁接触。

进一步地，所述磨削轮组不止一组，包括：椭磨轮、方磨轮，所述椭磨轮位于更靠近运动方向的一侧，其截面形状是一个椭圆形，所述方磨轮是截面为矩形的磨轮。

进一步地，所述成型轮沿水平面可分为上下两个部分，下部分的高度小于上部分的高度。

进一步地，所述成型轮下方还设置有从动轮，所述从动轮的截面形状与方磨轮的截面形状相同。

本发明至少具有以下有益效果：

（1）现有技术对板材进行电磁脉冲焊，是直接将两个板材的边缘进行搭接，在进行焊接，但是厚板直接搭接再焊接的话会导致焊接接头部分不能完全融合，本技术通过对连接边磨削成多个凸条，然后再进行拼接，焊接只对最上面的凸条作用，而已经拼接的部分在焊接冲击力的作用下，会更紧密的结合，从而实现厚板的连接。

（2）接触角是通过磨削轮组以及成型轮的压力而向外弯曲形成的，因此改变成型轮的形状，就可以调整接触角的大小，从而根据不同工况调整，实现很好的连接效果。

（3）加工设备具有更高的集成度，可以同时实现磨削以及成型，大大提高生产效率，利用磨削产生的热量，更容易进行成型，有效利用加工产生的热量，更加节能。

附图说明

构成本申请一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图中：

图1示意性示出了采用本发明工艺加工后的工件的结构示意图；

图2示意性示出了本发明进行磨削加工时的结构示意图；

图3示意性示出了本发明进行成型加工的结构示意图；

图4示意性示出了焊接前两工件1拼接后的结构示意图；

图5示意性示出了本发明中焊接设备的结构示意图；

图6示意性示出了图2中A部分的结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-工件，11-凸边，12-凹边；

2-轨道，21-拱架，22-轨内板，23-活动轮，24-连接杆；

3-框梁，31-驱动电机，32-磨削轮组，321-椭磨轮，322-方磨轮，33-成型轮，4-从动轮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明；除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系；应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

实施例

一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺包括：工件准备-工装准备-磨削加工-二次磨削-成型加工-电磁脉冲焊接-焊后处理；

所述工件是航空领域常用的厚板，其厚度至少为1cm，在使用前放置在加工台上，将待焊接的部分相互靠拢；

工装准备是将电磁脉冲焊等设备检查调试后，安装在加工台附近，该步骤是本领域技术人员通常采用的，不做详细说明；

磨削加工是通过磨削加工在待焊接的边上加工出多条平行的凹槽，在两块工件相互连接的边上形成凸边和凹边，如图1所示，工件的一组相对的侧边上通过磨削加工而形成一条凸边和一条凹边，在焊接时，工件的凸边与另一工件的凹边配合结合实现连接；

二次磨削是相同的磨削操作，对已开出的凹槽进行拓宽，使凹槽达到预定的宽度；

成型加工是通过有一定弧度的成型轮对已开出的凹槽进行挤压，如图3所示，使工件1凹边最外侧的一条凸条向外弯曲，从而形成接触角；

电磁脉冲焊接：将集磁器安装在凸条位置，开始焊接，当然，在焊接之前还需要将两块工件拼接起来，如图4所示，工件的凹边与另一工件的凸边拼接起来；随后进行焊后处理，焊后处理是成熟的现有技术，因此不做详细说明。

焊后处理是成熟的现有技术，就是通过加热保温等方式，对焊接接头部分进行保温，消除加工产生的残余应力。

需要说明的是：所述工件安装的过程中，两块工件应当错高放置，如图2所示，两个工件放置平面的高度是不同的，高度差为一个凸边的厚度。

一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，包括：轨道2、框梁3，工件11放置在加工台上，两个工件11待加工的边缘相互靠近，二者之间的间隙供框梁3移动，框梁3运动的同时对这两个边缘进行加工，所述轨道2与工件11边缘平行，框梁3安装在轨道2上，框梁3上还设置有磨削轮组32、成型轮33，磨削轮组32对工件11边缘加工出凹槽，而成型轮33组对工件11边缘形成的凸条适当弯曲，便于装配后形成接触角，磨削与成型同时进行，成型时能够充分利用磨削产生的热量，更加节能，而且不需要二次加工，框梁3一次运动结束后，稍事调整工件11位置就可以进行电磁脉冲焊接，提高了生产效率。

如图1所示，工件11相互连接的一组侧边都需要通过磨削进行处理，工件11磨削后的两条边分别为凸边11、凹边12，磨削后凸边11上形成多条间隔相同的凸条，凹边12上设置有与凸边11上凸条位置相同的凹槽，装配时，凸边11能够与凹边12配合。

所述轨道2是安装在加工台上，加工台是现有技术，就是一个便于加工的水平平台，待焊接的两个工件11放置在加工台上，不过两个工件11错高放置，也就是说两个工件11的底面不是位于同一个平面，如图2所示，所述加工成凸边11的工件11低于加工凹边12的工件11，二者之差为凹槽的高度，这样就可以通过运动一次框梁3，同时对两个相邻工件11的侧面进行加工，效率更高，所述轨道2安装在加工台上，轨道2与工件11凸边11以及凹边12平行，轨道2由上轨道2组和下轨道2组组成，两组轨道2的位置相互对称，每组轨道2有两条轨，相比于单轨系统，本实施例的这种双轨系统有更高的稳定性，而且重量被两条轨道2分散，单一轨道2受到的重力相对较小。

如图2所示，所述框梁3的顶面设置有与水平面垂直的连接杆24，连接杆24的底部固定在框梁3上，顶部固定在拱架21上，所述拱架21是半椭圆形的拱形梁，拱架21的脚部与轨道2连接，拱架21中部的下侧与连接杆24的顶部连接，从而对框梁3进行支撑，所述框梁3的底部连接在另一个拱架21中部的上侧，该拱架21的脚部同样是连接在下轨道2组中的；拱架21与轨道2的连接方式如图6所示，轨道2中设置有轨内板22、活动轮23，所述轨内板22位于轨道2内且与水平面平行，轨道2的顶面设置有与轨道2延伸方向相同的开槽，拱架21的脚部穿过开槽与轨内板22的顶面连接，并能够在开槽内运动，所述轨内板22的顶面以及底面上均设置有活动轮23，活动轮23与轨道2的内壁接触，拱架21的重力通过活动轮23作用在轨道2上，活动轮23便于轨内板22在轨道2中运动。

需要说明的是：由于框梁3是框型结构，所以连接杆24以及对应的拱架21也不止一个，均匀分布在框梁3的顶部，并通过对应连接的拱架21进行支撑，从而将重力分散，而且更加稳定。

所述框梁3包括：磨削轮组32、成型轮33、驱动电机31，如图5所示，所述驱动电机31安装在框梁3的顶面，其输出端与磨削轮组32以及成型轮33连接，并驱动其转动，由于驱动电机31、磨削轮组32与成型轮33之间的连接机构均是成熟的现有技术，因此不做详细说明，图5中以左侧为框梁3的运动方向，所述磨削轮组32、成型轮33从左到右依次设置在框梁3中，在驱动电机31的作用下，磨削轮组32开始转动，所述磨削轮组32包括轴杆以及磨轮，所述磨轮为多个，以相同的间隔固定在轴杆上，轴杆垂直于框梁3顶面设置，驱动电机31与轴杆连接，驱动轴杆以其轴线为转动轴发生转动，轴杆的转动带动磨轮随之转动，从而进行磨削，同理，所述成型轮33也是与受驱动电机31驱动而运动的轴杆连接并转动，对已开出的凹槽进行成型，便与装配，同时将嘴上凹边12最上方的凸条向上弯曲形成，在装配后形成接触角，由于磨削与成型部分集成在框梁3中，因此磨削产生的热量得到充分利用，高温使得工件11的硬度下降，成型轮33更容易进行成型，当然，为了保证磨削轮组32的正常运转，磨削过程中还可以外接冷却水的装置，该部分是成熟的现有技术，使用者根据具体情况灵活选择并安装，本申请中不做详细说明。

进一步地，所述磨削轮组32不值一组，包括：椭磨轮321、方磨轮322，所述椭磨轮321更靠近运动方向的一侧，其截面形状是一个椭圆形，所述方磨轮322是截面为矩形的磨轮，所述椭磨轮321、方磨轮322上磨轮在轴杆上的位置是相同的，椭圆形磨轮开槽受到的阻力更小，随着框梁3的运动，方磨轮322再将已经开出的槽扩大，便于进行装配，这种先开槽再扩槽的方法相比于直接开出矩形槽的方法，对磨轮的损耗更小，当然，根据工件11材料的不同也可以增加或是减少磨削轮组32的数量，对于硬度更高的材料，可以设置多组且截面形状逐渐增加的磨轮组来进行开槽。

进一步地，所述成型轮33下方还设置有从动轮4，成型轮33位于从动轮4房上方，其表面为弧形，所述成型轮33沿水平面可分为上下两个部分，下部分的高度小于上部分的高度，也就是说上部分的弧度更大，能够将凹边12最上侧的凸条向上弯曲，所述从动轮4的截面形状与方磨轮322的截面形状相同，成型轮33以及从动轮4的表面均为光滑表面，将磨削后的凹槽重新磨平，便于装配。

更进一步的，所述成型轮33同样不止一组，远离框梁3运动方向一侧的成型轮33的上部分的高度更大，相当于通过多则成型轮33逐渐增加凹边12顶部凸条的弯曲程度，达到预定的弯曲角度，从而实现对接触角的调整，更好的配合后续的电磁脉冲焊接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种航空用厚板的电磁脉冲焊接工艺，包括：工件准备-工装准备-电磁脉冲焊接-焊后处理，其特征在于：还包括：在工装准备后、电磁脉冲焊接前还需要进行预处理，所述预处理包括：磨削加工-二次磨削-成型加工，所述磨削加工是在待焊接的边上加工出多条平行的凹槽；

所述二次磨削是相同的磨削操作，对已开出的凹槽进行拓宽，使凹槽达到预定的宽度；

所述成型加工是通过有一定弧度的成型轮对已开出的凹槽进行挤压，使工件凹边最外侧的一条凸条向外弯曲，从而形成接触角；

经过预处理后，两工件相互连接的边上加工带有凹槽的平面相互拼接，再通过电磁脉冲焊接进行焊接。

2.一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，其特征在于：包括：轨道、框梁，所述轨道与工件边缘平行，所述框梁的顶面垂直设置有连接杆，连接杆的底部固定在框梁上，顶部固定在拱架上，所述拱架是半椭圆形的拱形梁，拱架的脚部与轨道连接，拱架中部的下侧与连接杆的顶部连接；

所述框梁中还设置有：磨削轮组、成型轮、驱动电机，所述磨削轮组包括轴杆以及磨轮，所述磨轮为多个，以相同的间隔固定在轴杆上，轴杆垂直于框梁顶面设置，通过驱动电机驱动其转动，所述成型轮也是与受驱动电机驱动而运动的轴杆连接并随之转动，所述成型轮沿水平面可分为上下两个部分，下部分的高度小于上部分的高度，对已开出的凹槽进行成型加工，所述成型加工是通过有一定弧度的成型轮对已开出的凹槽进行挤压，使工件凹边最外侧的一条凸条向外弯曲，从而形成接触角。

3.根据权利要求2所述的一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，其特征在于：所述轨道由上轨道组和下轨道组组成，两组轨道的位置相互对称，每组轨道有两条轨。

4.根据权利要求3所述的一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，其特征在于：所述轨中设置有轨内板、活动轮，所述轨内板位于轨道内且与水平面平行，轨道的顶面设置有与轨道延伸方向相同的开槽，拱架的脚部穿过开槽与轨内板的顶面连接，并能够在开槽内运动，所述轨内板的顶面以及底面上均设置有活动轮，活动轮与轨道的内壁接触。

5.根据权利要求2所述的一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，其特征在于：所述磨削轮组不止一组，包括：椭磨轮、方磨轮，所述椭磨轮位于更靠近运动方向的一侧，其截面形状是一个椭圆形，所述方磨轮是截面为矩形的磨轮。

6.根据权利要求2所述的一种航空用厚板的电磁脉冲焊接设备，其特征在于：所述成型轮下方还设置有从动轮，所述从动轮的截面形状与方磨轮的截面形状相同。

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