CN113732593B - 一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，包括用于套设在待焊接薄壁卷筒内、沿薄壁卷筒径向支撑薄壁卷筒内壁的装夹圆盘，装夹圆盘由通过斜面配合的第一盘体和第二盘体组成；还包括沿装夹圆盘轴向对第一盘体和第二盘体施压、以驱动第一盘体和第二盘体沿所述斜面移动、进而调节装夹圆盘的外径使薄壁卷筒内壁得到稳定支撑的调节装置。本发明能够通过斜面对接的装夹圆盘实现错位安装，在方便工装安装的同时能精准的控制装夹圆盘的尺寸，保证钛合金薄壁卷筒的薄板表面受力稳定均匀，有效防止钛合金薄壁卷筒的薄板在焊接过程中发生变形。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金焊接技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装。
背景技术
在航空结构材料中，钛合金以其优良的综合性能取得了迅猛的发展。钛合金薄板焊接时变形较大，有横向收缩、纵向收缩、弯曲变形等，变形具有一定的复杂性、多元性，焊接过程中接头区域剧烈地温度变化，导致钛合金薄壁结构在焊接过程中容易产生较大的焊接残余应力，容易引起焊缝处变形等问题，对于尺寸精度要求极其严格、又无法加工的航空、航天钛合金产品将产生重大问题,现有石墨型工装的工装存在以下问题：拆装难度极大，需用锤子进行敲击；不能重复使用，石墨型工装只能使用一次，拆除过程中必须破坏；尺寸精度无法保证，石墨型工装在安装过程中由于是紧配合尺寸会发生变化，很难实现对钛合金薄壁卷筒的变形进行高精度控制。
此外，现有钛合金产品常以退火状态作为最终使用状态，因此钛合金校变形通常在此阶段，现有常采用加工过的石墨型，将其敲击进变形部位，通过退火达到校变形的目的，然而钛合金由于弹性模量低，钛合金结构件初始应力复杂，如果采用石墨芯子加工焊接工装，石墨膨胀系数比较低，退让性差，退火校型过程中无法通过热胀冷缩精准的控制产品的尺寸，对于尺寸精度要求极高又无法再加工的薄壁卷筒件无法通过此方法达到合格尺寸。因此，如何改善焊接变形，提高构件的尺寸精度，一直是钛合金薄壁结构制造的热点问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，以解决钛合金薄壁卷筒在焊接时，现有工装难以对钛合金薄壁卷筒的变形进行高精度控制的问题。
本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，包括用于套设在待焊接薄壁卷筒内、沿薄壁卷筒径向支撑薄壁卷筒内壁的装夹圆盘，装夹圆盘由通过斜面配合的第一盘体和第二盘体组成；
还包括沿装夹圆盘轴向对第一盘体和第二盘体施压、以驱动第一盘体和第二盘体沿所述斜面移动、进而调节装夹圆盘的外径使薄壁卷筒内壁得到稳定支撑的调节装置。
进一步地，所述调节装置包括设置在装夹圆盘两端面上的上底座和下底座，贯穿上底座、装夹圆盘以及下底座设有用于调节上底座和下底座压紧力、以对第一盘体和第二盘体施加沿装夹圆盘轴向压力的螺栓组件。
进一步地，所述螺栓组件设有四个，且均布贯穿装夹圆盘。
进一步地，所述斜面与装夹圆盘的轴线呈40°-50°夹角。
进一步地，所述斜面与装夹圆盘的轴线呈45°夹角。
进一步地，所述装夹圆盘选用热膨胀系数比钛合金高的材质制作。
进一步地，所述装夹圆盘的材质为45#钢。
进一步地，所述调节装置的材质为45#钢。
本发明的有益效果：
1.本发明的工装将装夹圆盘设计成由两块圆盘通过斜面对接形成，实现错位安装，在方便安装的同时能精准的控制装夹圆盘的尺寸，能够保证钛合金薄壁卷筒的薄板表面受力稳定均匀，有效防止钛合金薄壁卷筒的薄板在焊接过程中发生变形。
2.本发明的工装采用热膨胀系数略大于钛合的材质制作，钛合金的热膨胀系数约为9×10-6/℃，通过采用热膨胀系数为1.2×10-5/℃的45#钢，在将退火过程中，可以很好地利用材料的热膨胀系数略大于钛合金，通过材料自身的收缩、膨胀来精确控制产品尺寸精度，实现退火中控制钛合金薄板卷筒焊接超高精度尺寸的控制。
附图说明：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中装夹圆盘的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明中上、下底座的结构示意图。
图中标记：1、上底座，2、螺栓组件，3、装夹圆盘，301、第一盘体，302、第二盘体，303、斜面，4、下底座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装的实施例1：
如图1至图4所示，本实施例的钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装包括装夹圆盘3，装夹圆盘3可根据不同尺寸的待焊接钛合金薄壁卷筒设置，现有的待焊接钛合金薄壁卷筒通常由钛合金薄板卷曲呈筒状，在卷曲后的交界面进行点焊得到，装夹圆盘3用于套设在待焊接薄壁卷筒内、沿薄壁卷筒的径向支撑薄壁卷筒内壁，为了对薄壁卷筒焊接时的尺寸进行高精度控制，装夹圆盘3包括第一盘体301和第二盘体302，第一盘体301和第二盘体302通过斜面303配合组装在一起形成装夹圆盘3，即第一盘体301和第二盘体302可以是两个半圆状的盘体，两个半圆状盘体用于对接形成圆形状装夹圆盘的对接处设置斜面状的对接端，使第一盘体301和第二盘体302的对界面呈斜面状，在第一盘体301和第二盘体302配合使用后，形成具有斜面303这种斜向交界面的装夹圆盘3,需要说明的是该斜面303是为了使第一盘体301和第二盘体302能够沿着斜面303发生相对移动，因此，无论第一盘体301和第二盘体302对接面所形成的斜面303整体是平面状还是曲面状，在此不做限定。
在设置了斜面303后，通过设置沿装夹圆盘3轴向对第一盘体301和第二盘体302施压的调节装置，使第一盘体301和第二盘体302沿斜面303移动，从而调节对薄壁卷筒内壁支撑力度，达到精确控制薄壁卷筒尺寸，调节装置在具体实施时，包括设置在装夹圆盘3两端面上的上底座1和下底座4，上底座1和下底座4在装夹圆盘3的轴向上贴合装夹圆盘的端面，将装夹圆盘3夹紧，其中装夹圆盘3上设有通孔，沿通孔贯穿装夹圆盘3、上底座1以及下底座4设有用于螺栓组件2，螺栓组件2用于调节上底座1和下底座4对装夹圆盘3的压紧力，通过扳手拧螺栓组件2中的螺母，对第一盘体301和第二盘体302施加沿装夹圆盘3轴向的压力，通过该压力可以使第一盘体301和第二盘体302沿着斜面303发生移动，使装夹圆盘3的外径沿径向发生变化，对薄壁卷筒内壁进行稳定支撑，直至待焊接钛合金薄壁卷筒的外径调整至符合焊接要求，达到控制精确控制钛合金薄壁卷筒尺寸的目的。
本实施例中螺栓组件2的数量可以根据实际情况设定，例如设置四个或六个，且均布贯穿装夹圆盘3，以使沿装夹圆盘3轴向对第一盘体301和第二盘体302所施加的压力更加均匀，有利于控制精度的提高，具体的螺栓组件2可以分别设置在第一盘体301和第二盘体302上，例如在第一盘体301和第二盘体302上分别设置两个或三个螺栓组件2。
本发明一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装的实施例2：
与实施例1不同的是，本实施例中斜面303与装夹圆盘3的轴线呈40°-50°夹角，该夹角优选45°，因该角度的斜面303使第一盘体301和第二盘体302在受到沿装夹圆盘3轴向压力时，可以更稳定地发生相对位移变化，有利于装夹圆盘3在径向上发生稳定的尺寸变化，且有效避免第一盘体301与第二盘体302发生错边现象。
本发明一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装的实施例3：
与上述实施例不同的是，本实施例的钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工所用材质为经过精心筛选的材质，装夹圆盘3选用热膨胀系数比钛合金高的材质制作,可选用热膨胀系数略高于钛合金的材质。
钛合金卷筒成品直径公差要求在0.5mm以内，为了准确控制尺寸精度，经过计算选择一个热膨胀系数比钛合金略高的材料来制作装夹圆盘3，钛合金的热膨胀系数约为9×10-6/℃，本发明选用45#钢来制作装夹圆盘3，45#钢的热膨胀系数约为1.2×10-5/℃，在将钛合金薄壁卷筒焊接完成后，可将工装与钛合金薄壁卷筒一同进行退火处理，因装夹圆盘3的热膨胀系数略大于钛合金，可以利用退火处理中热膨胀系数的不同进一步解决钛合金薄壁卷筒焊接超高精度尺寸控制问题。
本实施例中，为了更好地使钛合金薄壁卷筒与工装在一起退火中解决超高精度尺寸的控制问题，可以将整个调节装置的材质为都采用45#钢。
利用本实施例的精度控制工装对某公司定制直径为Фmm，厚度为1.8mm的TA15钛合金卷筒焊接，要求只能用氩弧焊焊接，该产品直径大、壁薄，尺寸精度要求极高，焊接热输入量大，极易造成产品大的变形，在进行焊接前，将装夹圆盘3的第一盘体301放在下底座4上方通过螺栓组件2串联起来，将其放到钛合金卷筒待焊接部位，再将第二盘体302放在下底座4上方通过螺栓串联起来，再将上底座1套入螺栓组件2中，用扳手拧紧螺栓组件2中的螺母带动上底座1向装夹圆盘3运动，使装夹圆盘3的外径不断变大，直至钛合金薄壁卷筒的外径变大至尺寸达到要求后停止，焊接完成后将工装与钛合金薄壁卷筒一起进行退火处理，之后用扳手拧掉螺栓组件2中的螺母，卸下工装得到钛合金卷筒产品，经检测，产品直径为Ф375.2mm，满足要求。
利用本实施例的精度控制工装对某公司定制直径为Фmm，厚度为2.2 mm的TC4钛合金卷筒焊接，采用单边成型一次激光焊接，该产品直径大、壁薄，尺寸精度要求极高，在焊接过程中容易形成焊缝处塌陷变形，无法保证尺寸精度。在进行焊接前，将装夹圆盘3的第一盘体301放在下底座4上方通过螺栓组件2串联起来，将其放到待焊接部位，再将圆盘3的第二盘体302放在下底座4上方通过螺栓组件2串联起来，根据钛合金薄壁圆筒零件的尺寸大小，将上底座1套入螺栓组件2中，用扳手拧紧螺栓组件2中的螺母带动上底座1向装夹圆盘3运动，使装夹圆盘3的外径不断变大，直至钛合金薄壁卷筒的外径变大至尺寸达到要求后停止，焊接完成后将工装与钛合金薄壁卷筒一起进行退火处理，之后用扳手拧掉螺栓组件2中的螺母，卸下工装得到钛合金卷筒产品，经检测，产品直径为Ф275.1mm，满足要求。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，其特征在于，包括用于套设在待焊接薄壁卷筒内、沿薄壁卷筒径向支撑薄壁卷筒内壁的装夹圆盘(3)，装夹圆盘(3)由通过斜面(303)配合的第一盘体(301)和第二盘体(302)组成；
还包括沿装夹圆盘(3)轴向对第一盘体(301)和第二盘体(302)施压、以驱动第一盘体(301)和第二盘体(302)沿所述斜面(303)移动、进而调节装夹圆盘(3)的外径使薄壁卷筒内壁得到稳定支撑的调节装置；
第一盘体(301)和第二盘体(302)是两个半圆状的盘体，两个半圆状盘体用于对接形成圆形状装夹圆盘(3)的对接处设置斜面状的对接端，使第一盘体(301)和第二盘体(302)的对接面呈斜面状；
所述装夹圆盘(3)选用热膨胀系数比钛合金高的材质制作；焊接完成后将工装与钛合金薄壁卷筒一起进行退火处理，之后卸下工装；
所述调节装置包括设置在装夹圆盘(3)两端面上的上底座(1)和下底座(4)，贯穿上底座(1)、装夹圆盘(3)以及下底座(4)设有用于调节上底座(1)和下底座(4)压紧力、以对第一盘体(301)和第二盘体(302)施加沿装夹圆盘(3)轴向压力的螺栓组件(2)。
2.如权利要求1所述的一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，其特征在于，所述螺栓组件(2)设有四个，且均布贯穿装夹圆盘(3)。
3.如权利要求1所述的一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，其特征在于，所述斜面(303)与装夹圆盘(3)的轴线呈40°-50°夹角。
4.如权利要求1所述的一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，其特征在于，所述斜面(303)与装夹圆盘(3)的轴线呈45°夹角。
5.如权利要求1所述的一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，其特征在于，所述装夹圆盘(3)的材质为45#钢。
6.如权利要求5所述的一种钛合金薄壁卷筒焊接用精度控制工装，其特征在于，所述调节装置的材质为45#钢。
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