CN113369659A - 一种电子束焊接工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子束焊接工装，属于电子束焊接技术领域。包括底板、本体支撑和防护环；底板中心设有定位轴，底板上表面分布有呈圆周形交替排布的若干支座和若干定位，底板下表面分布有若干垫块；本体支撑通过支柱设于定位环形成的圆周内的底板上，本体支中心开设有定位孔，本体支撑上设有定位圆台，定位圆台与定位孔之间的本体支撑表面区上设有向心设置的若干浮动支承，浮动支承呈圆周排布；防护环通过连接板设于定位圆台外部的本体支撑上表面。本发明能够减少带焊接零件的热量损失降低零件接头冷却速度，能够高效的用于锥面圆周焊缝的焊接。

Description

一种电子束焊接工装

技术领域

本发明属于电子束焊接技术领域，涉及一种电子束焊接工装。

背景技术

发动机最重要的性能指标是其热效率和推重比，提高这两个性能最简单有效的方法是选用轻质耐高温的新型材料来代替镍基耐热合金。Ti₂AlNb材料作为金属间化合物具有比强度高、比刚度大、高温力学性能和抗氧化性能好等优点而受到关注，但连接技术是其能否得到应用的关键技术之一。电子束焊接作为一种特种焊接方法，其具备焊接可达性好，熔深大且氛围好，接头强度高，焊接变形小，焊接厚度大，可焊材料范围广等优点，被越来越多的用于精密零部件的制造工艺中去。研究发现进行Ti₂AlNb材料电子束焊接时因冷却速度较大时焊缝产生较大的热致应力，导致焊接裂纹的产生。零件在真空室内焊接，冷却的热量主要通过焊接工装热传导散热，但是现有常用的焊接工装不足以实现零件的有效夹持并进行必要的热处理，因此亟需研制一种能够减少焊接工装热量损失进而降低零件接头冷却速度。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电子束焊接工装，能够减少带焊接零件的热量损失降低零件接头冷却速度，能够高效的用于锥面圆周焊缝的焊接。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种电子束焊接工装，包括底板、本体支撑和防护环；底板中心设有定位轴，底板上表面分布有若干支座和若干定位环，支座和定位环以一定间隙并呈圆周形交替排布于底板上；底板下表面分布有若干垫块；本体支撑通过支柱设于定位环形成的圆周内的底板上，本体支撑中心开设有定位孔，本体支撑上设有定位圆台，定位圆台与定位孔之间的本体支撑表面区上设有向心设置的若干浮动支承，浮动支承呈圆周排布；防护环通过连接板设于定位圆台外部的本体支撑上表面。

优选地，定位环包括由下到上依次连接的底部连接面、侧壁和顶端面，侧壁为圆弧状侧面，底部连接面上通过螺钉与底板固定；定位环的底部连接面上装配有定位块，定位块和定位环通过定位块插销固定装配。

优选地，支座的本体呈倒T型结构，支座顶端设有压板；压板通过第二内六角螺钉与支座固定连接；支座朝向底面的中心方向上装配有调节支承，调节支承顶端设有光面压块；调节支承底端通过六角薄螺母固定在底板上。

优选地，浮动支承包括型移动压板组件插销，A型移动压板组件插销对应装配A型移动压板组件。

优选地，防护环的厚度为3～8mm。

优选地，所述电子束焊接工装由1Cr11Ni2WMoV制得。

优选地，防护环与定位轴同轴装配。

进一步优选地，防护环与定位轴的同轴度之差≤0.05mm。

优选地，定位环形成的圆周与定位轴同轴装配。

进一步优选地，定位环形成的圆周与定位轴的同轴度之差≤0.05mm。

优选地，定位圆台与垫块平行装配。

进一步优选地，定位圆台与垫块的平行度之差≤0.03mm。

优选地，底板上设有散热孔；本体支撑通过四个支柱与底板连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种电子束焊接工装，在底板上设置本体支撑并在本体支撑上面设置防护环，能够有效避免焊接时击伤零件；通过在底板上设计垫块，并通过在底板上设置定位轴，利用定位轴与电子束焊机的工作台上的孔进行孔轴配合进行定心后，利用螺钉与螺母的常规固定方式，将底板与工作台进行连接，将待焊接的工装连接到工作台上。通过垫块和定位轴的设计，能够有效减少加热时热量的传递，将面对面的连接方式变成点对点的连接方式，减少了热量的传递保护了电子束焊机的工作台。通过定位圆台与浮动支承的配合设计，能够有效避免外部保温装置对带焊接零件定位压紧的影响。其中，通过采用浮动支承的方式对零件进行固定和定位，因零件外部需要添加保温材料等装置，浮动支承的设计有利于因零件因装配质量不好导致的定位不好等问题，可以随时进行调节，保证零件的定位和压紧，通过合理设计在不干涉零件装配的前提下添加防护环装置，避免了零件被击伤。因此，本发明所述电子束焊接工装结构设计合理，能够减少带焊接零件的热量损失降低零件接头冷却速度，能够高效的用于锥面圆周焊缝的焊接。

进一步地，通过合理设计在不干涉零件装配的前提下添加厚度合理的防护环装置，避免了零件被击伤。

进一步地，通过将装置本体及定位面的材料为1Cr11Ni2WMoV，1Cr11Ni2WMoV与Ti₂AlNb材料膨胀系数最接近，有效的避免零件在加热的过程中因膨胀系数差异较大导致的零件变形，并且1Cr11Ni2WMoV能够耐800℃以上的高温，能够满足工装的高温使用条件，使用方便，维护简单，制造成本低。

进一步地，因零件需进行焊前焊缝局部预热，预热温度高达(800～900)℃且需要对零件进行保温，热量很容易传递到花盘，损坏花盘电机，而本发明通过在工装底部采用4个支柱的形式与花盘进行连接，工装从之前面与面与花盘相连接变成了点与点与花盘相连接，降低了向底盘传递的热量，不仅能够做到最对零件局部加热保温，而且起到保护底盘电机的作用。

附图说明

图1为本发明所述电子束焊接工装的主视图；

图2为本发明所述电子束焊接工装的俯视图。

其中：1-本体支撑；2-定位轴；3-防护环；4-底板；5-调节支承；6-定位环；7-定位圆台；8-支柱；9-垫块；10-定位块；11-A型移动压板组件插销；12-定位块插销；13-第一内六角螺钉；14-支座；15-压板；16-A型移动压板组件；17-光面压块；18-圆柱销；19-第二内六角螺钉；20-六角薄螺母；21-第三内六角螺钉。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，可知本发明所述电子束焊接工装中，具体包括如下部件：本体支撑1，定位轴2，防护板3，底板4，调节支承5，定位环6，定位支柱7，外支柱8，垫块9，定位块10，A型移动压板组件插销11，定位块插销12，第一内六角螺钉13，支座14，压板15，A型移动压板16，光面压块17，圆柱销18，第二内六角螺钉19，六角薄螺母20，第三内六角螺钉21。

底板位于所述电子束焊接工装的最底部，底板4中心设置有定位轴2，底板4上表面对称分布有若干支座14和若干定位环6，支座14和定位环6以一定间隙并呈圆周形交替排布。其中，定位环6包括底部连接面、侧壁和顶端面，侧壁为圆弧状侧面，侧壁的内侧底端与底部连接面一体化设计成型，侧壁的内侧顶端与顶端面一体化设计成型，定位环6通过底部连接面上旋入第一内六角螺钉13和圆柱销18与底板4固定；定位环6的底部连接面上装配有定位块10，定位块10和定位环6通过定位块插销12固定装配。其中，若干定位环6的圆弧状侧面的若干圆弧段处于同一圆周上。支座14的本体呈倒T型结构，支座14中部的直杆结构顶端上设置有压板15，压板15通过第二内六角螺钉19与支座14固定连接，支座14朝向底面的中心方向上装配有调节支承5，调节支承5底端通过六角薄螺母20固定在底板4上，调节支承5顶端设有光面压块17。底板4下表面分布有若干垫块9；通过在底板4的下表面处添加垫块9，能够避免热量传递至电子束焊接工作台，进而避免损伤电子束焊接工作台。

位于定位环6所形成的圆周内部的底板4上，固定安装有若干支柱8，支柱8的底端与底板4固定连接，底板4的顶端与本体支撑1连接。本体支撑1中心开设有定位孔，本体支撑1的表面上设有定位圆台7，定位圆台7与定位孔之间的本体支撑1表面区域上装配有若干A型移动压板组件插销11，A型移动压板组件插销11上一一对应安装A型移动压板组件16，每个A型移动压板组件插销11和每个A型移动压板组件16对应构成浮动支承，浮动支承呈向心、圆周分布。

位于定位圆台7外部的本体支撑1上表面，安装有防护机构，防护机构包括防护环3和若干连接板，防护板的结构为圆环结构，防护环3通过连接板安装在本体支撑1上表面，具体为：连接板的底端通过第三内六角螺钉21固定在本体支撑1上表面，连接板的顶端与防护环3焊接。

其中，防护环3与定位轴2同轴装配。防护环3与定位轴2的同轴度之差≤0.05mm。

其中，定位圆台7与垫块9平行装配。定位圆台7与垫块9的平行度之差≤0.03mm。

其中，定位环6形成的圆周与定位轴2同轴装配。定位环6形成的圆周与定位轴2的同轴度之差≤0.05mm。

其中，所述电子束焊接工装中的各个部件，均由1Cr11Ni2WMoV制得。

其中，定位轴2与底板4一体化加工成型。底板4上开设有若干散热通孔。

当将本发明所述电子束焊接工装应用于Ti₂AlNb材料零件电子束焊接工艺中时，由于1Cr11Ni2WMoV与Ti₂AlNb材料膨胀系数最接近，能够有效的避免零件在加热的过程中因膨胀系数差异较大导致的零件变形，并且1Cr11Ni2WMoV能够耐800℃以上的高温，能够满足工装的高温使用条件，使用方便，维护简单，制造成本低。避免现有的不锈钢工装使用中的缺陷。

具体地，底板4上固定安装有四个支柱8。这是因为Ti₂AlNb材料零件需进行焊前焊缝局部预热，预热温度高达(800～900)℃且需要对零件进行保温，热量很容易传递到花盘，损坏花盘电机，工装底部采用4个支柱的形式与花盘进行连接，工装从之前面与面与花盘相连接变成了点与点与花盘相连接，降低了向底盘传递的热量，不仅能够做到最对零件局部加热保温，而且起到保护底盘电机的作用。

具体地，本发明所述电子束焊接工装采用浮动支承的方式对零件进行固定和定位，因零件外部需要添加保温材料等装置，浮动支承的设计有利于因零件因装配质量不好导致的定位不好等问题，可以随时进行调节，保证零件的定位和压紧。

本发明所述电子束焊接工装在焊接的过程中会击伤零件，通过合理设计在不干涉零件装配的前提下添加3～8mm壁厚的防护环3，避免了零件被击伤。

本发明所述电子束焊接工装的具体工作原理如下：

1)将本发明所述电子束焊接工装擦拭干净，准备完毕，利用吊车将所述电子束焊接工装吊至电子束焊接工作台，利用工装定位轴与工作台定位孔进行孔轴配合，并使用螺钉与螺母将工装与工作台固定连接好，将所述电子束焊接工装在电子束焊接工作台上固定完毕；

2)将待焊接的两个Ti₂AlNb材料零件单件依次装入焊接夹具上，形成电子束焊缝，确保每个零件依次放入零件定位完好且装配间隙满足要求，依次将螺母套入螺杆并将装置压紧；然后利用浮动支撑及螺母螺钉将带焊接零件的安装边进行压紧固定，固定后检查零件对接间隙是否存在问题。

3)将待焊接的Ti₂AlNb材料零件装夹完毕后，将工作台送进电子束焊机真空室，关闭真空室门准备后续焊接。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子束焊接工装，其特征在于，包括底板4、本体支撑1和防护环3；

底板4中心设有定位轴2，底板4上表面分布有若干支座14和若干定位环6，支座14和定位环6以一定间隙并呈圆周形交替排布于底板4上；底板4下表面分布有若干垫块9；

本体支撑1通过支柱8设于定位环6形成的圆周内的底板4上，本体支撑1中心开设有定位孔，本体支撑1上设有定位圆台7，定位圆台7与定位孔之间的本体支撑1表面区上设有向心设置的若干浮动支承，浮动支承呈圆周排布；

防护环3通过连接板设于定位圆台7外部的本体支撑1上表面。

2.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，定位环6包括由下到上依次连接的底部连接面、侧壁和顶端面，侧壁为圆弧状侧面，底部连接面上通过螺钉与底板4固定；

定位环6的底部连接面上装配有定位块10，定位块10和定位环6通过定位块插销12固定装配。

3.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，支座14的本体呈倒T型结构，支座14顶端设有压板15；

压板15通过第二内六角螺钉19与支座14固定连接；

支座14朝向底面的中心方向上装配有调节支承5，调节支承5顶端设有光面压块17；

调节支承5底端通过六角薄螺母20固定在底板4上。

4.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，浮动支承包括A型移动压板组件插销11，A型移动压板组件插销11对应装配A型移动压板组件16。

5.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，防护环3的厚度为3～8mm。

6.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，所述电子束焊接工装由1Cr11Ni2WMoV制得。

7.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，防护环3与定位轴2同轴装配。

8.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，定位环6形成的圆周与定位轴2同轴装配。

9.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，定位圆台7与垫块9平行装配。

10.根据权利要求1所述的一种电子束焊接工装，其特征在于，底板4上设有散热孔；

本体支撑1通过四个支柱8与底板4连接。

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