CN114535759A - 一种用于t型结构穿透焊的工装夹具及装夹方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于T型结构穿透焊的工装夹具及装夹方法，夹具包括底座、多组压紧机构、顶紧机构和气管，底座顶部开设有条形凹槽，多组压紧机构设置于底座顶部的四周，压紧机构用于压紧T型板中的平板，顶紧机构设置于条形凹槽内，顶紧机构上开设有安装槽，顶紧机构用于将T型板中的竖板固定于条形凹槽内，以使竖板抵紧于平板底面，气管设置于安装槽内，气管上沿气管长度方向开设有多个出气孔，出气孔均靠近平板与竖板的接触位置，气管用于输送保护气体，本申请具有既能保证气体保护作用、又有利于变形控制、焊接质量高、满足T型结构穿透焊焊接要求的优点。

Description

一种用于T型结构穿透焊的工装夹具及装夹方法

技术领域

本申请涉及焊接工装技术领域，尤其涉及一种用于T型结构穿透焊的工装夹具及装夹方法。

背景技术

钛合金由于具有许多优越性能，如比重轻、比强度高以及高温性能和耐腐蚀性能良好等特点，成为航空航天领域的重要结构材料。传统的平板T型结构焊接方法通常是在其根部的两侧或一侧进行焊接（见图4），焊缝根部要受到两次焊接热作用，导致焊接变形较大。为了解决上述问题，穿透焊技术（见图5）应运而生。穿透焊技术是从平板T型结构的背面施加焊接热源从而使被焊材料熔化，达到单面焊三面成型的效果。相对于T型结构传统的两侧焊接，穿透焊技术只对焊件施加一次焊接热源，在确保正面一次性焊透的同时T型件根部两侧形成两道焊缝，减少了接头因多次受热导致晶粒粗大和变形过大的不利影响。

焊接过程中通常需要工装夹具的配合以减少和控制因焊接受热不均匀而产生的焊接变形。但穿透焊技术与传统的T型结构两侧焊不同，是将T型板倒置180°，T型板包括平板和竖板，在平板上方实施焊接，利用氩弧焊实现单面焊三面成型的效果，因此氩弧穿透焊的工装夹具也与传统的T型结构两侧焊有所差异。并且钛合金在焊接过程中对环境氛围的敏感度较高，尤其是O、H等元素，若控制不好就会出现氧化等影响焊接质量的现象，因此钛合金的焊接通常是在惰性气体氛围中进行，而现有焊接用工装夹具针对T型结构穿透焊不能同时保证气体保护和变形控制，适用性较差，导致焊件质量低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于T型结构穿透焊的工装夹具及装夹方法，旨在解决现有焊接用工装夹具针对T型结构穿透焊不能同时保证气体保护和变形控制，导致焊接质量低的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种用于T型结构穿透焊的工装夹具，包括底座、多组压紧机构、顶紧机构和气管，底座顶部开设有条形凹槽，多组压紧机构设置于底座顶部的四周，压紧机构用于压紧T型板中的平板，顶紧机构设置于条形凹槽内，顶紧机构上开设有安装槽，顶紧机构用于将T型板中的竖板固定于条形凹槽内，以使竖板抵紧于平板底面，气管设置于安装槽内，气管上沿气管长度方向开设有多个出气孔，出气孔均靠近平板与竖板的接触位置，气管用于输送保护气体。

可选地，顶紧机构包括顶紧块和楔块，顶紧块用于抵紧竖板，安装槽开设于顶紧块的顶部，楔块设置于条形凹槽内远离竖板的一侧，楔块抵紧于顶紧块侧壁与条形凹槽内侧壁之间。

可选地，顶紧机构设有两组，且两组顶紧机构对称布置于条形凹槽内，竖板位于两顶紧块之间。

可选地，顶紧块顶部设置有铜条，铜条位于安装槽内，铜条抵紧于楔块与气管之间。

可选地，楔块靠近平板边缘或者位于平板底面。

可选地，气管设有两根，两根气管分别位于竖板两侧。

可选地，压紧机构包括支座、传动组件、压紧块和操作手柄，支座设置于底座上，传动组件铰接于支座上，压紧块连接于传动组件的一端，压紧块用于压紧平板，操作手柄连接于传动组件的另一端，操作手柄通过传动组件以带动压紧块上下摆动。

可选地，传动组件包括第一传动杆、第二传动杆和连杆，第一传动杆一端铰接于支座顶部，第一传动杆另一端连接操作手柄，第二传动杆一端铰接于支座顶部并与第一传动杆铰接，第二传动杆另一端连接压紧块，连杆一端铰接于第一传动杆中部，连杆另一端铰接于支座上。

可选地，压紧块顶部连接有螺栓，压紧块通过螺栓连接于第二传动杆底部。

一种基于上述的用于T型结构穿透焊的工装夹具的装夹方法，包括以下步骤：

选用对应尺寸规格的竖板，将竖板放置于底座的条形凹槽内；

将顶紧块抵紧竖板；

根据顶紧块侧壁与条形凹槽内侧壁之间的空余间隙的宽度，选用对应宽度尺寸的楔块，将选用的楔块卡紧于空余间隙内，以使顶紧块将竖板固定住；

在底座上放置平板，使平板贴合在竖板顶部；

通过多组压紧机构压紧平板顶部边缘以固定住平板，完成平板与竖板形成的T型板的装夹定位。

本申请所能实现的有益效果如下：

本申请可通过顶紧机构将T型板中的竖板固定住，将T型板中的平板放置在竖板顶部后，然后通过压紧机构将平板固定住，实现对T型板的预组装和固定，可适用于T型板的穿透焊，固定结构牢靠稳定，从而防止在焊接过程中焊件变形较大，同时利用从气管的出气孔出来的保护气体对平板和竖板的焊接位置的惰性气体保护作用，减小焊后变形，本申请结构紧凑，满足T型结构焊件穿透焊的特殊焊接要求，因此本申请可同时满足气体保护和变形控制的要求，从而通过气体保护和变形控制的双重作用，以提高穿透焊的焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请的实施例中一种用于T型结构穿透焊的工装夹具的结构示意图；

图2为本申请的实施例中压紧机构的结构示意图；

图3为本申请的实施例中气管的结构示意图；

图4为传统T型结构焊对应的T型板的结构示意图；

图5为穿透焊对应的T型板的结构示意图。

附图标记：

100-底座，200-压紧机构，210-支座，220-传动组件，221-第一传动杆，222-第二传动杆，223-连杆，230-压紧块，240-操作手柄，250-螺栓，300-顶紧机构，310-顶紧块，320-楔块，400-气管，410-出气孔，500-铜条，600-平板，700-竖板。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。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，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1-图3，本实施例提供一种用于T型结构穿透焊的工装夹具，包括底座100、多组压紧机构200、顶紧机构300和气管400，底座100顶部开设有条形凹槽，多组压紧机构200设置于底座100顶部的四周，压紧机构200用于压紧T型板中的平板600，顶紧机构300设置于条形凹槽内，顶紧机构300上开设有安装槽，顶紧机构300用于将T型板中的竖板700固定于条形凹槽内，以使竖板700抵紧于平板600底面，气管400设置于安装槽内，气管400上沿气管400长度方向开设有多个出气孔410，出气孔410均靠近平板600与竖板700的接触位置，气管400用于输送保护气体。

在本实施例中，操作时，先通过顶紧机构300将T型板中的竖板700固定于底座100的条形凹槽内，然后将T型板中的平板600放置在竖板700顶部后，再通过压紧机构200将平板600固定住，使得竖板700和平板600形成T型板结构，实现对T型板的预组装和固定，此时固定后的T型板中的平板600朝上，即可从T型结构背面（即平板600顶面）焊接施工，从而可适用于T型板的穿透焊，固定结构牢靠稳定，从而防止在焊接过程中焊件变形较大，同时利用从气管400的出气孔410出来的保护气体对平板600和竖板700的焊接位置的惰性气体保护作用，减小焊后变形，本申请结构紧凑，满足T型结构焊件穿透焊的特殊焊接要求，因此本申请可同时满足气体保护和变形控制的要求，从而通过气体保护和变形控制的双重作用，以提高穿透焊的焊接质量。

需要说明的是，所述底座100的条形凹槽开设深度可根据竖板700高度设置，因此可预制出多个不同深度条形凹槽的底座100，同理，通过开设条形凹槽不同宽度可适应竖板700不同厚度的安装，以适用于不同规格T型板的焊接施工。

另外，气管400中的保护气体采用氩气等惰性气体，出气孔410直径为3mm，相邻出气孔410间距为10mm，即可满足良好的气体保护作用。

若通过预制出多个不同深度条形凹槽的底座100来适应竖板700不同高度和厚度的安装固定，又增加了设备成本，通用性不高，因此，作为一种可选的实施方式，顶紧机构300包括顶紧块310和楔块320，顶紧块310用于抵紧竖板700，安装槽开设于顶紧块310的顶部，楔块320设置于条形凹槽内远离竖板700的一侧，楔块320抵紧于顶紧块310侧壁与条形凹槽内侧壁之间，楔块320对顶紧块310起固定支撑作用。

在本实施例中，通过顶紧机构300固定竖板700时，先通过顶紧块310抵紧在竖板700侧壁，以使竖板700另一侧壁抵紧在条形凹槽内侧壁，这里根据竖板700高度，可选用与竖板700高度相同高度的顶紧块310，使平板600底面可放置于顶紧块310顶面，起到支撑作用（因此平板600可能与底座100顶面未接触而处于悬空状态），然后根据顶紧块310与条形凹槽另一内侧壁的空余间隙，选用对应宽度的楔块320卡紧于空余间隙内，从而将竖板700牢牢卡住，从而可通过采用对应宽度的楔块320来适应不同厚度竖板700的安装固定，因此这里仅需预制出各种尺寸规格的顶紧块310和楔块320，不仅可以对竖板700起到固定作用，还可适应于不同高度和厚度的竖板700的安装固定，无需预制多个不同条形凹槽规格的底座100，降低了设备成本，也提高了通用性。

需要说明的是，这里也可仅设置顶紧块310，无需楔块320，通过预制出不同尺寸规格的顶紧块310，也可同时适应竖板700不同高度和厚度的固定需求，且顶紧机构300仅设置一组也可满足装夹需求。

作为一种可选的实施方式，顶紧机构300设有两组，且两组顶紧机构300对称布置于条形凹槽内，竖板700位于两顶紧块310之间。

在本实施例中，将顶紧机构300设置成两组，将竖板700夹紧于两顶紧块310之间，受力均匀，夹持更加稳定。

作为一种可选的实施方式，顶紧块310顶部设置有铜条500，铜条500位于安装槽内，铜条500抵紧于楔块320与气管400之间。

在本实施例中，铜条500起到固定气管400的作用，同时铜条由T1材料制成，可有效传递走大量热量，减少焊接变形，因此这里铜条500同时起到的固定气管400和散热的双重作用，气管400也采用铜质，进一步提高散热作用。

需要说明的是，铜条500安装到安装槽内后，铜条500顶面和顶紧块310顶面齐平（即安装槽深度与铜条500高度相等），使得铜条500顶面和顶紧块310顶面可同时与平板600接触，不仅起到散热作用，还增大了与平板600的接触面积，从而提高了装夹稳定性。

作为一种可选的实施方式，楔块320靠近平板600边缘或者位于平板600底面。

在本实施例中，若将楔块320设置于靠近平板600边缘的位置时，则需要在平板600两侧均需要设置楔块320，不仅起到对顶紧块310的固定支撑作用，还起到对平板600的进一步夹紧和摆正定位的作用；若将楔块320设置于平板600底面，则楔块320还起到对平板600的支撑作用，此时楔块320高度和顶紧块310高度相同，且楔块320可设置多个，增大了与平板600的接触面积，进一步提高装夹稳定性，使用灵活。

作为一种可选的实施方式，气管400设有两根，两根气管400分别位于竖板700两侧。

在本实施例中，气管400内的氩气可通过φ3mm的小孔流入到T型结构竖板700的两侧焊缝，同时对两侧的焊缝进行保护，同时通过流动的气体带走焊接时产生的热量，降低T型结构穿透焊试板的表面温度，减少焊接变形。

作为一种可选的实施方式，压紧机构200包括支座210、传动组件220、压紧块230和操作手柄240，支座210设置于底座100上，传动组件220铰接于支座210上，压紧块230连接于传动组件220的一端，压紧块230用于压紧平板600，操作手柄240连接于传动组件220的另一端，操作手柄240通过传动组件220以带动压紧块230上下摆动。

在本实施例中，需要压紧固定平板600时，人工上下拉动操作手柄240即可使传动组件220带动压紧块230上下摆动，将平板600摆放好后，通过操作手柄240使压紧块230下移将平板600压紧住即可，操作方便快捷。

需要说明的是，压紧块230可采用弹性材质，例如橡胶，可降低压紧块230压紧时对平板600的磨损，提高焊件质量。支座210通过螺钉可拆卸连接于底座100上，底座100上也对应开设有多个螺纹孔，从而可将支座210安装于底座100不同位置，以适用于不同长度和宽度规格平板600的夹紧，提高通用性。

作为一种可选的实施方式，压紧机构200设置有八组，且底座100每条边均对应设置两组压紧机构200，且位于底座100同一条边的两组压紧机构200互相远离，因此，在底座100的直角边处分别有两组压紧机构200互相靠近，从而便于对平板600的四个直角分别压紧，同时便于露出更加操作空间以方便后续焊接施工操作。

作为一种可选的实施方式，传动组件220包括第一传动杆221、第二传动杆222和连杆223，第一传动杆221一端铰接于支座210顶部，第一传动杆221另一端连接操作手柄240，第二传动杆222一端铰接于支座210顶部并与第一传动杆221铰接，第二传动杆222另一端连接压紧块230，连杆223一端铰接于第一传动杆221中部，连杆223另一端铰接于支座210上。

在本实施方式中，进行压紧操作时，往下按压操作手柄240带动第一传动杆221往下摆动，从而带动第二传动杆222也随之往下摆动，使得压紧块230往下将平板600压紧即可，连杆223随之摆动起到配合第一传动杆221运动的作用，同时还起到支撑作用。

需要说明的是，这里支座210包括安装板，安装板上开设有多个螺孔，安装板顶部连接有铰链座，铰链座顶部通过铰链轴同时铰接第一传动杆221和第二传动杆222。

作为一种可选的实施方式，压紧块230顶部连接有螺栓250，压紧块230通过螺栓250连接于第二传动杆222底部。

在本实施方式中，压紧块230通过螺栓250连接于第二传动杆222底部，便于组装和拆卸，同时可根据平板600厚度，调节压紧块230与第二传动杆222底部的间距，以调整压紧块230压紧时的高度，使得压紧块230底面可与平板600完全接触，具有调节功能，可适应不同规格平板600的固定，提高了通用性。

实施例2

参照图1-图3，本实施例提供一种基于实施例1中所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具的装夹方法，包括以下步骤：

步骤S1：选用对应尺寸规格的竖板700，将竖板700放置于底座100的条形凹槽内；

步骤S2：将顶紧块310抵紧竖板700；

步骤S3：根据顶紧块310侧壁与条形凹槽内侧壁之间的空余间隙的宽度，选用对应宽度尺寸的楔块320，将选用的楔块320卡紧于空余间隙内，以使顶紧块310将竖板700固定住；

步骤S4：在底座100上放置平板600，使平板600贴合在竖板700顶部；

步骤S5：通过多组压紧机构200压紧平板600顶部边缘以固定住平板600，完成平板600与竖板700形成的T型板的装夹定位。

在本实施例中，先通过顶紧块310抵紧在竖板700侧壁，以使竖板700另一侧壁抵紧在条形凹槽内侧壁，这里根据竖板700高度，可选用与竖板700高度相同高度的顶紧块310，使平板600底面可放置于顶紧块310顶面，起到支撑作用，然后根据顶紧块310与条形凹槽另一内侧壁的空余间隙，选用对应宽度的楔块320卡紧于空余间隙内，从而将竖板700牢牢卡住，从而可通过采用对应宽度的楔块320来适应不同厚度竖板700的安装固定，因此这里仅需预制出各种尺寸规格的顶紧块310和楔块320，不仅可以对竖板700起到固定作用，还可适应于不同高度和厚度的竖板700的安装固定，成本低，操作方便快捷。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，包括：

底座，所述底座顶部开设有条形凹槽；

多组压紧机构，多组所述压紧机构设置于所述底座顶部的四周，所述压紧机构用于压紧T型板中的平板；

顶紧机构，所述顶紧机构设置于所述条形凹槽内，所述顶紧机构上开设有安装槽，所述顶紧机构用于将T型板中的竖板固定于所述条形凹槽内，以使所述竖板抵紧于所述平板底面；

气管，所述气管设置于所述安装槽内，所述气管上沿所述气管长度方向开设有多个出气孔，所述出气孔均靠近所述平板与所述竖板的接触位置，所述气管用于输送保护气体。

2.如权利要求1所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述顶紧机构包括：

顶紧块，所述顶紧块用于抵紧所述竖板，所述安装槽开设于所述顶紧块的顶部；

楔块，所述楔块设置于所述条形凹槽内远离所述竖板的一侧，所述楔块抵紧于所述顶紧块侧壁与所述条形凹槽内侧壁之间。

3.如权利要求2所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述顶紧机构设有两组，且两组所述顶紧机构对称布置于所述条形凹槽内，所述竖板位于两所述顶紧块之间。

4.如权利要求2所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述顶紧块顶部设置有铜条，所述铜条位于安装槽内，所述铜条抵紧于所述楔块与所述气管之间。

5.如权利要求4所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述楔块靠近所述平板边缘或者位于所述平板底面。

6.如权利要求1所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述气管设有两根，两根所述气管分别位于所述竖板两侧。

7.如权利要求1所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述压紧机构包括：

支座，所述支座设置于所述底座上；

传动组件，所述传动组件铰接于所述支座上；

压紧块，所述压紧块连接于所述传动组件的一端，所述压紧块用于压紧所述平板；

操作手柄，所述操作手柄连接于所述传动组件的另一端，所述操作手柄通过所述传动组件以带动所述压紧块上下摆动。

8.如权利要求7所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述传动组件包括：

第一传动杆，所述第一传动杆一端铰接于所述支座顶部，所述第一传动杆另一端连接所述操作手柄；

第二传动杆，所述第二传动杆一端铰接于所述支座顶部并与所述第一传动杆铰接，所述第二传动杆另一端连接所述压紧块；

连杆，所述连杆一端铰接于所述第一传动杆中部，所述连杆另一端铰接于所述支座上。

9.如权利要求8所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具，其特征在于，所述压紧块顶部连接有螺栓，所述压紧块通过所述螺栓连接于所述第二传动杆底部。

10.一种基于如权利要求2-9中任一项所述的用于T型结构穿透焊的工装夹具的装夹方法，其特征在于，包括以下步骤：

选用对应尺寸规格的竖板，将所述竖板放置于所述底座的条形凹槽内；

将所述顶紧块抵紧所述竖板；

根据所述顶紧块侧壁与所述条形凹槽内侧壁之间的空余间隙的宽度，选用对应宽度尺寸的楔块，将选用的所述楔块卡紧于所述空余间隙内，以使所述顶紧块将所述竖板固定住；

在所述底座上放置平板，使所述平板贴合在所述竖板顶部；

通过多组压紧机构压紧所述平板顶部边缘以固定住所述平板，完成所述平板与所述竖板形成的T型板的装夹定位。

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