CN113369765A - 用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具及装置，该夹具包括第一底板、第二底板以及设置在第一底板和第二底板之间的多个支撑件，并且第一底板、第二底板和多个支撑件合围形成容纳空间；每个支撑件的相对两端分别与第一底板和第二底板可拆卸连接，并且第一底板和第二底板的相对距离可调节，相邻两个支撑件的相对位置可调节；第一底板和第二底板上分别对应设置有多个定位部件，实现了在电子束焊接或激光增材制造时无需更换专用夹具，翻转成形面后再进行加工时也无需重设程序，并可随试样进行热处理，减少电子束焊接及后续增材制造前后频繁安装和拆卸夹具，极大提高复合连接过程中的工作效率。

Description

用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具及装置

技术领域

本发明涉及焊接加工技术领域，具体涉及一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具及装置。

背景技术

电子束焊接是指利用加速过的高能电子在真空环境中轰击两个焊接件的对接处，所产生的热能可以使焊件迅速熔化形成熔池，冷却后即可实现工件的对接。电子束焊接具有焊接热影响区窄、焊缝深宽比大、焊接速度快、焊缝质量高等特点，在航空航天、国防军工以及汽车船舶等行业有着广泛的应用。

激光增材制造采用“离散+堆积”的成型方法，是一种以激光为热源，以三维CAD模型为原型，以金属粉末为原料的净成形制造方法。激光增材制造具有加工周期短、设计自由度高、产品接近净成形且质量高等特点，近些年来在航空航天、国防军工以及医疗等行业中发挥着重要作用。

然而在两种成型方式单独工作或复合连接过程中，常常需要更换夹具或者反转夹具，反转后还需重新定位以及重设焊接路径，在此过程中需要抽真空、泄真空，有时候还需拆卸夹具，非常浪费时间和资源。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具及装置，该夹具可以在电子束焊接和激光增材制造复合连接过程中实现工件的固定、工件翻转后快速定位等多种功能，同时实现了在电子束焊接或激光增材制造时无需更换专用夹具，翻转成形面后再进行加工时也无需重设程序，并可随试样进行热处理，减少电子束焊接及后续增材制造前后频繁安装和拆卸夹具，极大提高复合连接过程中的工作效率。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具。

该夹具包括第一底板、第二底板以及设置在所述第一底板和所述第二底板之间的多个支撑件，并且所述第一底板、所述第二底板和所述多个支撑件合围形成容纳空间；

每个所述支撑件的相对两端分别与所述第一底板和所述第二底板可拆卸连接，并且所述第一底板和所述第二底板的相对距离可调节，相邻两个所述支撑件的相对位置可调节；所述第一底板和所述第二底板上分别对应设置有多个定位部件。

进一步的，所述第一底板上贯穿其厚度方向开设有多个第一连接孔，所述第二底板上贯穿其厚度方向开设有与所述多个第一连接孔一一对应的多个第二连接孔；每个所述支撑件的相对两端分别伸入相对应的所述第一连接孔和所述第二连接孔内且分别与所述第一连接孔和所述第二连接孔间隙配合。

进一步的，每个所述第一连接孔和每个所述第二连接孔均呈长条状，并且所述第一连接孔和所述第二连接孔分别沿所述第一底板和所述第二底板的长度方向延伸。

进一步的，每个所述支撑件相对两端的端部均设置有限位件，并且所述限位件分别与所述第一连接孔和所述第二连接孔卡接；

优选的，所述支撑件的两端分别设有螺纹结构，所述限位件为与所述螺纹结构配合的螺母。

进一步的，所述第一连接孔和所述第二连接孔均开设有四个，并且所述四个第一连接孔和所述四个第二连接孔分别分布在所述第一底板和所述第二底板的四个边角处。

进一步的，所述多个定位部件分别为贯穿所述第一底板和所述第二底板厚度方向设置的多个定位孔，并且所述多个定位孔均分布在所述第一底板和所述第二底板的边角处。

进一步的，所述定位孔的孔径为3～5mm。

进一步的，所述第一底板和所述第二底板相对的两侧面上分别设置有至少一个凹槽，并且所述凹槽位于所述第一底板和所述第二底板的边缘处。

进一步的，所述第一底板和所述第二底板的中部分别贯穿其厚度方向开设有相对应的操作口；

优选的，所述操作口设置为坡口。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的装置。

该装置包括压紧机构和上述的夹具；

并且，当所述第一底板和所述第二底板相对的两侧面上分别设置有至少一个凹槽，并且所述凹槽位于所述第一底板和所述第二底板的边缘处时，所述压紧机构与所述第一底板或所述第二底板上的所述凹槽压紧配合。

本发明中的夹具能够简化电子束焊接与激光增材制造复合连接过程中的繁琐程序，避免在复合连接过程中拆卸、更换，并且在双面焊接和增材过程中可以直接反转夹具，反转后无需重新定位，也无需重调程序和工作路径。

本发明中的夹具既可以单独用在电子束焊接或增材制造过程中的单面成型或双面成型，又可以适用于电子束焊接与增材制造复合连接过程中，而无需更换夹具。

本发明中的夹具装卸简单，功能实用，在双面焊接和电子束焊接与激光增材制造复合连接过程中可以得到有效利用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例中用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的仰视图；

图4为本发明实施例中用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具的结构爆炸图。

图中：

1、第一底板；2、第二底板；3、支撑件；4、定位部件；5、操作口；6、第一连接孔；7、第二连接孔；8、限位件；9、凹槽。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明公开了一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具。

如图1所示，第一底板1和第二底板2相对设置，多个支撑件3均连接在第一底板1和第二底板2之间，并且第一底板1、第二底板2和多个支撑件3合围形成容纳空间，容纳空间用于放置合金试样；每个支撑件3的相对两端分别与第一底板1和第二底板2可拆卸连接，并且第一底板1和第二底板2的相对距离可调节，相邻两个支撑件3的相对位置可调节，因而可以根据所要放置的合金试样尺寸进行调节第一底板1和第二底板2的间距，从而使得该夹具能够适用于任意尺寸的合金试样。

在本发明的实施例中，当第一底板1与第二底板2的间距确定后，也即当夹具的尺寸确定后，可以根据需要夹持短于或窄于该夹具尺寸40～140mm的合金试样。

如图1所示，第一底板1上设置有多个定位部件4，第二底板2上也设置有多个定位部件4，并且第一底板1上的多个定位部件4与第二底板2上的多个定位部件4一一对应，定位部件4主要用于工作中的标记定位，因而可以在双面焊接和增材过程中直接反转夹具，反转后无需重新定位，也无需重调程序和工作路径。

在本发明的实施例中，多个定位部件4分别为贯穿第一底板1和第二底板2厚度方向设置的多个定位孔，如图1所示，多个定位孔均分布在第一底板1和第二底板2的边角处。

在本发明的实施例中，定位孔的孔径可以设置在3～5mm范围内。

作为本发明的具体实施例，定位孔的孔径为3mm。

在本发明的实施例中，第一底板1的中部贯穿其厚度方向开设有操作口5，第二底板2的中部贯穿其厚度方向也开设有操作口5，操作口5形成焊接和增材制造的工作区；如图1所示，第一底板1上的操作口5与第二底板2上的操作口5相对应设置，因而可以在双面焊接和增材过程中直接反转夹具，反转后无需重新定位，也无需重调程序和工作路径。

作为本发明的一种实施方式，操作口5设计成坡口，具体可以呈四棱台状，并且第一底板1和第二底板2上四棱台状操作口5的上底面相对设置，也可以理解为第一底板1上的操作口5与第二底板2上的操作口5呈镜面对称。

如图1所示，第一底板1上贯穿其厚度方向开设有多个第一连接孔6，第二底板2上贯穿其厚度方向开设有与多个第一连接孔6一一对应的多个第二连接孔7；每个支撑件3的相对两端分别伸入相对应的第一连接孔6和第二连接孔7内且分别与第一连接孔6和第二连接孔7间隙配合。

在本发明的实施例中，每个第一连接孔6和每个第二连接孔7均呈长条状，如图1所示，第一连接孔6和第二连接孔7分别沿第一底板1和第二底板2的长度方向延伸，从而使得相邻两个支撑件3之间的相对距离可调节。

作为本发明的一种实施方式，第一连接孔6的尺寸大于第二连接孔7的尺寸。

如图1所示，每个支撑件3相对两端的端部均设置有限位件8，并且限位件8分别与第一连接孔6和第二连接孔7卡接。

在本发明的实施例中，第一底板1上的第一连接孔6的宽度比限位件8的宽度大约10mm，第一连接孔6的深度比限位件8高约10mm，便于拧紧且卡在第一连接孔6内。

第二底板2上的第二连接孔7的宽度比限位件8的宽度大1～2mm，第二连接孔7的深度与限位件8的高度一致，使限位件8正好卡在第二连接孔7内。

夹具在装配完成后，第一底板1和第二底板2的外表面均为平面，限位件8均嵌入第一连接孔6和第二连接孔7中。

在本发明的实施例中，支撑件3的两端分别设有螺纹结构，限位件8为与螺纹结构配合的螺母，结构简单，且成本低。

如图1所示，第一连接孔6和第二连接孔7均开设有四个，并且四个第一连接孔6和四个第二连接孔7分别分布在第一底板1和第二底板2的四个边角处，从而使得第一底板1、第二底板2以及支撑件3之间形成牢固连接。

作为本发明的一种具体实施方式，第一连接孔6和第二连接孔7均为键槽通孔。

如图1所示，第一底板1和第二底板2相对的两侧面上分别设置有至少一个凹槽9，并且凹槽9位于第一底板1和第二底板2的边缘处。

在本发明的实施例中，第一底板1以及第二底板2上的凹槽9主要用来放置压紧机构，从而使得夹具固定在工作台上，防止工作时夹具发生侧翻。

作为本发明的具体实施方式，第一底板1以及第二底板2相对两侧面的四条边上分别设有一个或多个凹槽9，使得夹具牢固固定在工作台上。

本发明还公开了一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的装置(未图示)，该装置包括压紧机构和上述的夹具，其中：压紧机构与第一底板1或第二底板2上的凹槽9压紧配合，从而将夹具固定在工作台上，防止工作时夹具发生侧翻。

本发明实施例中的夹具既可以单独用在电子束焊接或增材制造过程中的单面成型或双面成型，又可以适用于电子束焊接与增材制造复合连接过程中而无需更换夹具。

当进行电子束焊接或增材制造时，可在工作室以外对试样进行压紧。以第二底板2为下底板，第一底板1为上底板，将螺栓穿过第二底板2的连接孔，将试样放置在第二底板2上，用第一底板1压紧，将螺栓紧贴试样并拧紧螺母，在上下固定试样的同时，夹具还能左右固定试样，防止两块试样在成型过程中发生热膨胀或翘曲等，影响成型质量。待夹具固定好试样后，利用压紧装置将夹具固定在工作台上，防止工作过程中发生抖动或者侧翻。这种设计可以极大减少夹具用料，并且简化夹具挟持试样的复杂安装过程。

单面成型时，直接将夹具与试样置入工作台上，进行电子束焊接或增材制造。

双面成型时，可以利用定位孔的标记将夹具定位，待完成一侧的焊接或沉积后将其反转，按照之前的定位放置，即可进行第二次焊接或沉积，无需重设程序与路径。第一底板1以及第二底板2上的操作口5能同时满足电子束焊接或增材制造的工作环境，并且可以防止试样与夹具焊接到一起。

电子束焊接和激光增材制造复合连接时，试样在完成电子束焊接后，可以不拆卸、不更换夹具，直接将夹具置入增材制造工作室中进行沉积，若电子束焊接完成后需进行热处理，也可将夹具一并进行热处理。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列部件不必限于清楚地列出的那些部件，而是可包括没有清楚地列出的或对于部件固有的其它部件。

在本发明中，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或者组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或者位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或者连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明中涉及的“第一”、“第二”等的描述，该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的夹具，其特征在于，包括第一底板、第二底板以及设置在所述第一底板和所述第二底板之间的多个支撑件，并且所述第一底板、所述第二底板和所述多个支撑件合围形成容纳空间；

每个所述支撑件的相对两端分别与所述第一底板和所述第二底板可拆卸连接，并且所述第一底板和所述第二底板的相对距离可调节，相邻两个所述支撑件的相对位置可调节；所述第一底板和所述第二底板上分别对应设置有多个定位部件。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述第一底板上贯穿其厚度方向开设有多个第一连接孔，所述第二底板上贯穿其厚度方向开设有与所述多个第一连接孔一一对应的多个第二连接孔；每个所述支撑件的相对两端分别伸入相对应的所述第一连接孔和所述第二连接孔内且分别与所述第一连接孔和所述第二连接孔间隙配合。

3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，每个所述第一连接孔和每个所述第二连接孔均呈长条状，并且所述第一连接孔和所述第二连接孔分别沿所述第一底板和所述第二底板的长度方向延伸。

4.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，每个所述支撑件相对两端的端部均设置有限位件，并且所述限位件分别与所述第一连接孔和所述第二连接孔卡接；

优选的，所述支撑件的两端分别设有螺纹结构，所述限位件为与所述螺纹结构配合的螺母。

5.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述第一连接孔和所述第二连接孔均开设有四个，并且所述四个第一连接孔和所述四个第二连接孔分别分布在所述第一底板和所述第二底板的四个边角处。

6.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述多个定位部件分别为贯穿所述第一底板和所述第二底板厚度方向设置的多个定位孔，并且所述多个定位孔均分布在所述第一底板和所述第二底板的边角处。

7.根据权利要求6所述的夹具，其特征在于，所述定位孔的孔径为3～5mm。

8.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述第一底板和所述第二底板相对的两侧面上分别设置有至少一个凹槽，并且所述凹槽位于所述第一底板和所述第二底板的边缘处。

9.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述第一底板和所述第二底板的中部分别贯穿其厚度方向开设有相对应的操作口；

优选的，所述操作口设置为坡口。

10.一种用于电子束焊接与激光增材制造复合连接的装置，其特征在于，包括压紧机构和权利要求1-9任一项所述的夹具；

并且，当所述第一底板和所述第二底板相对的两侧面上分别设置有至少一个凹槽，并且所述凹槽位于所述第一底板和所述第二底板的边缘处时，所述压紧机构与所述第一底板或所述第二底板上的所述凹槽压紧配合。

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