CN114083130A - 一种柔性气体保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性气体保护装置，其中丁字导气管的一端和十字导气管的一端通过连接软管相连，丁字导气管的另一端与第一直角导气管通过连接软管相连，十字导气管的另一端和第二直角导气管通过连接软管相连；末单元、副单元、主单元和首单元依次连接，十字导气管设置于主单元顶部，丁字导气管设置于主单元及副单元顶部，第一直角导气管设置于首单元顶部，第二直角导气管设置于末单元顶部；内部导气管位于结构单元的内部，与各单元顶部的导气管相连；内部导气管内设置有N个排气孔，N为正整数，在每个排气孔处设置有双层紫铜网，且在内部导气管的向内开口一侧设置有双层紫铜网。本发明可以提高气体保护效果。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天制造技术领域，特别是一种柔性气体保护装置。
背景技术
钛合金凭借其高比强度、耐腐蚀以及良好的焊接性能，广泛应用于航空航天制造领域中。在钛合金的焊接过程中，往往会由于气体保护不到位而对焊接接头的性能造成严重影响。钛合金环形焊缝通常采用带有锁底的对接接头形式以保护背面焊缝，而正面焊缝的保护主要依赖于TIG焊枪、激光头配备的气体保护装置。这些焊接设备自身配置的气体保护装置通常只会对焊缝熔池及附近小范围内的区域产生保护作用，当焊接热源及气体保护装置继续向前移动后，凝固的焊缝仍保持较高温度，此时，焊缝附近的惰性保护气体被空气稀释，高温的钛合金会与空气发生氧化反应，随氧化程度的加剧，钛合金焊缝会出现黄色、蓝色、暗灰色的氧化色，其内部组织及力学性能也会受到严重影响。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种柔性气体保护装置。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种柔性气体保护装置，该装置包括：导气管路和结构单元，所述导气管路包括：十字导气管、丁字导气管、第一直角导气管、第二直角导气管、内部导气管和连接软管，所述结构单元包括：首单元、主单元、副单元和末单元，其中，
所述丁字导气管的一端和所述十字导气管的一端通过所述连接软管相连，所述丁字导气管的另一端与所述第一直角导气管通过所述连接软管相连，所述十字导气管的另一端和所述第二直角导气管通过所述连接软管相连；
所述末单元、所述副单元、所述主单元和所述首单元依次连接，所述十字导气管设置于所述主单元顶部，所述丁字导气管设置于所述主单元及所述副单元顶部，所述第一直角导气管设置于所述首单元顶部，所述第二直角导气管设置于所述末单元顶部；
所述内部导气管位于所述结构单元的内部，与各单元顶部的导气管相连；
所述内部导气管内设置有N个排气孔，N为正整数，在每个所述排气孔处设置有双层紫铜网，且在所述内部导气管的向内开口一侧设置有所述双层紫铜网。
优选地，所述末单元、所述副单元、所述主单元和所述首单元依次通过螺栓连接。
优选地，所述双层紫铜网通过位于各单元内侧壁板上设置的支架进行定位。
优选地，所述装置还包括：扇形挡板，所述扇形挡板设置于各单元的顶部连接处，每个连接处设置可独立旋转的扇形挡板，并采用嵌套式装配。
优选地，所述首单元设置于所述装置的前端，在所述首单元远离所述主单元的一端设置有弧形槽；
所述末单元设置于所述装置的末端，在所述末单元远离所述副单元的一端设置有竖直挡板。
优选地，所述结构单元是采用TU1紫铜制成的。
优选地，所述结构单元的厚度为1mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明实施例提供的柔性气体保护装置，采用多个结构单元相互连接的方式，可根据不同直径的环形焊缝自由调节弧度，并通过活动挡板保证气密性；通过配置双层紫铜网，使得保护装置内部形成均匀稳定的气流，提高气体保护效果。使用本装置对焊缝进行保护，可以获得无明显氧化色的高质量对接接头。本装置适用于钛合金及不锈钢等高温易氧化金属材料的氩弧焊、等离子焊及激光焊等多种焊接方法。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种柔性气体保护装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种显示结构单元的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种结构单元的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种末单元的结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种环/纵缝焊接柔性气体保护装置，对钛合金等高温易氧化的金属焊缝尤为适用，可用于纵向焊缝及直径尺寸50mm以上环缝焊接过程中的气体保护。钛合金在高温状态下极易吸收氢氧氮等气体元素，导致焊接接头的塑性及韧性下降，因此，在做好焊前清理的同时还要在焊接过程中使用惰性气体对焊缝进行保护。
接下来，结合说明书附图对本发明实施例提供的柔性气体保护装置进行如下详细描述。
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种柔性气体保护装置的结构示意图。
如图1～图4所示，该装置可以包括：导气管路和结构单元，导气管路可以包括十字导气管1、丁字导气管2、直角导气管3、内部导气管4及连接软管5，该结构单元可以包括：首单元6、主单元7、副单元8、末单元9，材质为TU1紫铜，厚度1mm。
十字导气管1安装在位于装置中间部位的主单元7顶部，丁字导气管2安装于其余主单元7及副单元8顶部，直角导气管3安装于位于首单元6及末单元9顶部。连接软管5用于连接相邻两个单元顶部的导气管，可实现柔性连接。
内部导气管4位于各单元内部，与各单元顶部的导气管相连。内部导气管4具有多个排气孔10。排气孔10的作用是增加保护气体在装置内部的扩散路径，有助于保护气体进一步均匀化。
双层紫铜网11位于内部导气管4排气孔10处，此处设置的双层紫铜网11可使保护气体于排气孔10处更为均匀地排出。所述双层紫铜网11同时设置于内部导气管4下方，共设置两层。双层紫铜网11通过位于各单元内侧壁板的支架12进行定位。两层双层紫铜网11的设置可在保护气体扩散过程中形成一定的阻挡，但此种阻挡并不影响扩散过程。通过双层紫铜网11的阻挡，气体分子在扩散过程中相互碰撞，增加了向各个方向扩散的几率，从而使得装置内部保护气体的分布更为均匀。
各结构单元之间通过螺栓相互连接，采用嵌套装配的方式，便于相对旋转，以调节装置整体的弧度。
首单元6位于装置前端，并设置了弧形槽14，以保证装置与焊枪的紧密贴合。
末单元9位于装置末端，末单元9尾部设置了竖直挡板15，以保证装置末端的气密性。
各结构单元与待焊工件的接触端设计为弧形，避免弧度调节后与工件发生干涉。
扇形挡板13位于各结构单元的顶部连接处，每个连接处设置可独立旋转的扇形挡板13，采用嵌套式装配。其扇形区域圆心为螺栓孔中心，以保证旋转时不发生相互干涉。两个扇形挡板13可在装置弯曲一定角度之后保证个结构单元顶部的气密性。
特别的，各个结构单元底部与待焊工件的接触面及各顶部连接处并非完全气密。保护气体通入本装置后主要经首单元6侧方排出，此开口距离焊接热源及焊缝熔池保护气体出口较近，而通入本装置中的保护气体流量相对较大，如果保护气体完全经由装置首端排出，则会对焊接过程产生不良影响。
本发明实施例提供的上述装置，通过互相连通的导气管路将保护气体导入装置内部，形成保护气体氛围，各导气管路间使用连接软管5连接；装置的各结构单元内部配置双层紫铜网11，利用纱网的阻挡效果，使得导入装置内部的保护气体均匀化，增强保护效果；保护装置各结构单元之间采用螺栓连接，使得保护装置整体弧度可调；首单元6与焊枪的接触位置设置弧形槽14，保证装置与焊枪紧密贴合，各单元之间采用嵌套式装配，避免弧度调节时相互干涉；各结构单元与待焊工件的接触端设计为弧形，避免弧度调节后与工件发生干涉；各单元间顶部连接处配置扇形挡板13，可保证弧度调节后单元顶部的气密性；通过各单元之间的柔性连接设计，本发明可用于不同直径尺寸钛合金环形对接焊缝的焊接气体保护。
对于上述装置的具体应用可以结合下述实施例进行详细描述。
实施例1
在本实施例中，待焊接的环焊缝直径为400mm，母材为TA15钛合金，厚度1.5mm，采用自动TIG的焊接方式，单面焊接双面成形，焊缝背部保护采用定制工装，焊缝正面保护使用本发明装置。针对本实施例中焊接热输入量适中的特点，共采用4个结构单元进行焊接保护，其中首单元6、主单元7、副单元8、末单元9各一个并依次连接，，末单元6及主单元7尺寸为30mm×25mm×25mm(长×宽×高)，副单元8及首单元9尺寸为30mm×23mm×25mm(长×宽×高)，各单元外壳厚度为1mm，采用M3螺栓连接，在每个单元的连接处安装2个扇形挡板13，通过旋转扇形挡板13保证装置顶部气密性，单元内部安装3×0.2mm(外径×壁厚)内部导气管4，材料为TU1紫铜，内部导气管4通过焊接方式与各单元顶部连接，并通过自身顶端螺纹与十字导气管1、丁字导气管2、直角导气管3相连。十字导气管1、丁字导气管2、直角导气管3之间通过连接软管5形成气体通路。保护气体为纯氩气，氩气通过各导气管进入结构单元内部。通过焊接将双层紫铜网11固定在内部导气管4的排气孔10处，使氩气均匀化扩散。在各单元内部通过支架12放置了双层紫铜网11，使氩气的分布一步均匀化，所述的双层紫铜网11为200目。在开始焊接后，将装置固定于TIG焊枪上，通过首单元6前端的弧形槽14与焊枪紧密装配，调节各结构单元的位置角度，使装置整体贴合于环焊缝，并调节扇形挡板13，保证装置顶部气密性。焊接前10-15秒开始通入氩气，氩气流量为15L/min，利用氩气在保护罩内形成惰性气体氛围，随后开始焊接过程，焊接结束10秒后抬起焊枪及本装置，通过本装置的保护作用可获得银白色的钛合金环形焊缝。
实施例2
在本实施例中，待焊接的环焊缝直径为600mm，母材为TA15钛合金，厚度3.0mm，采用自动TIG的焊接方式，单面焊接双面成形，焊缝背部保护采用定制工装，焊缝正面保护使用本发明装置。针对本实施例中环焊缝直径大、厚度大、热输入较高等特点，共采用6个结构单元进行焊接保护，其中首单元6、末单元9各一个，主单元7、副单元8各两个，连接次序为首单元6、主单元7、副单元8、主单元7、副单元8、末单元9。其余各组件尺寸及装配方式同实施例1。通过各结构单元间的螺栓调整装置弧度以保证与待焊环缝贴合，并调节扇形挡板13，保证装置顶部气密性。焊接前10-15秒开始通入氩气，氩气流量为20L/min。本实施例中，由于增加了结构单元数量，延长了装置整体长度，在焊接热输入较大时仍能保证对于焊缝的良好保护作用，可获得表面无氧化色的银白色钛合金焊缝。
实施例3
在本实施例中，待焊接的环焊缝直径为50mm，母材为TA15钛合金，厚度1.0mm，采用自动TIG的焊接方式，焊缝背部保护采用定制工装，焊缝正面保护使用本发明装置。本实施例中焊缝直径较小，因此装置中只包含首单元6、末单元9两个结构单元，在首单元6顶部使用十字导气管1与末单元9的直角导气管3相连，其余各组件尺寸及装配方式同实施例1。本实施例中通过减少结构单元数量以满足小尺寸环焊缝的焊接。
实施例4
在本实施例中，待焊接的焊缝为平板对接，母材为TC1钛合金，厚度3.0mm，采用激光焊的焊接方式，背部带有锁底，焊缝正面保护使用本发明装置。本实施例中焊缝平直，通过本装置的柔性设计，调节各单元间的相对角度，其余配置及单元数量同实施例1，可实现对钛合金平板对接激光焊的保护，可获得表面无氧化色的银白色钛合金焊缝。
本申请所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本申请进行修改或者等同替换；而一切不脱离本申请的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请专利的保护范围中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (7)
1.一种柔性气体保护装置，其特征在于，所述装置包括：导气管路和结构单元，所述导气管路包括：十字导气管、丁字导气管、第一直角导气管、第二直角导气管、内部导气管和连接软管，所述结构单元包括：首单元、主单元、副单元和末单元，其中，
所述丁字导气管的一端和所述十字导气管的一端通过所述连接软管相连，所述丁字导气管的另一端与所述第一直角导气管通过所述连接软管相连，所述十字导气管的另一端和所述第二直角导气管通过所述连接软管相连；
所述末单元、所述副单元、所述主单元和所述首单元依次连接，所述十字导气管设置于所述主单元顶部，所述丁字导气管设置于所述主单元及所述副单元顶部，所述第一直角导气管设置于所述首单元顶部，所述第二直角导气管设置于所述末单元顶部；
所述内部导气管位于所述结构单元的内部，与各单元顶部的导气管相连；
所述内部导气管内设置有N个排气孔，N为正整数，在每个所述排气孔处设置有双层紫铜网，且在所述内部导气管的向内开口一侧设置有所述双层紫铜网。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述末单元、所述副单元、所述主单元和所述首单元依次通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双层紫铜网通过位于各单元内侧壁板上设置的支架进行定位。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：扇形挡板，所述扇形挡板设置于各单元的顶部连接处，每个连接处设置可独立旋转的扇形挡板，并采用嵌套式装配。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述首单元设置于所述装置的前端，在所述首单元远离所述主单元的一端设置有弧形槽；
所述末单元设置于所述装置的末端，在所述末单元远离所述副单元的一端设置有竖直挡板。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结构单元采用TU1紫铜制成。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结构单元的厚度为1mm。
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