CN114682877B - 一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构及其焊接方法，属于薄壁焊接技术领域，挡板结构用于与焊枪配合，在焊枪施焊时对焊枪进行限位；该挡板结构包括：陶瓷挡板、紧固装置、楔形块，其中陶瓷挡板的材质为合成堇青石，紧固装置配合在陶瓷挡板的一侧，用于吸附在薄壁构件上对陶瓷挡板进行定位，防止在焊接过程中发生偏移，楔形块用于串联一个以上的陶瓷挡板，串联的陶瓷挡板组合位于同一直线上且可进行组合长度的灵活调整进而可适用于不同尺寸大小的薄壁构件。本发明通过陶瓷挡板并列对焊枪进行限位，有效地屏蔽了焊枪端部电弧辐射散热，利用陶瓷挡板控制焊接过程中的热输入，减少构件焊后变形。
Description
技术领域
本发明属于薄壁焊接技术领域，尤其涉及一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构及其焊接方法。
背景技术
薄壁构件在冶金、化工、航天、航空、食品等领域应用广泛，厚度基本在2-4 mm左右。挖掘机的机棚、工具箱、油箱、配重等覆盖件均选用薄壁构件。采用传统熔化极混合气体保护焊（Metal Active Gas Arc Welding，以下简称MAG）焊接方法可获得高质量焊缝，熔滴过渡的稳定性较高。但是，焊接作业时焊接电弧产生热量在构件表面传递与释放，热量传导过程中会引起薄壁焊接变形，进而影响到构件的平面度；
目前，在焊接挖掘机配件如机棚、工具箱、油箱、配重等覆盖件时，采用MAG焊接方法，由于焊接电弧的热效应区域较大，对薄壁构件平面平整度有直接的恶化影响。对于要求平面度较高的构件，需要焊前点焊临时拉筋、机械压紧等措施，焊后火焰矫形与机械矫形联合处理；
临时拉筋与机械压紧为临时措施，焊后去除后，变形会有回弹，由于薄壁构件板厚较小，回弹量比较大；薄壁构件的火焰矫形容易产生二次变形，即波浪变形；机械矫形仅对平板构件有效，存在折弯圆弧过渡的构件，难以找到匹配的圆弧基面，适用性很窄。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构及其焊接方法，通过本发明的挡板结构利用陶瓷对热量传输不敏感的特性，屏蔽电弧对构件的直接热量传输，仅通过熔融的焊丝将焊缝两侧母材熔合，并填平焊缝间隙。
技术方案：第一方面，本发明提供一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，包括：
陶瓷挡板，配合在陶瓷挡板一侧的紧固装置，以及用于串联一个以上陶瓷挡板的楔形块；
所述陶瓷挡板的一侧面设有阶梯面，另一侧面从中心位置向上为第一竖直面，从中心位置向下延伸有逐渐向外扩张的斜面，并在所述斜面的下方设有第二竖直面；
所述阶梯面上开设有与紧固装置适配的盲孔。
在进一步的实施例中，所述挡板结构还与焊枪的端部配合，所述陶瓷挡板第一竖直面至第二竖直面的距离大于焊枪端部的半径，用于容置焊枪端部。
在进一步实施例中，所述紧固装置包括：固定安装在盲孔中的紧固立柱，套装在紧固立柱上的螺纹套筒，固定安装螺纹套筒一侧面上的横梁，贯穿过横梁的连接柱，固定安装在连接柱底部的磁性底座。
在进一步实施例中，所述紧固立柱靠近螺纹套筒的端部插接有旋进杆。
在进一步的实施例中，所述陶瓷挡板中开设有三角形孔，所述三角形孔位于陶瓷挡板的两个端部且与外界连通，所述三角形孔用于收容楔形块且与楔形块适配，三角形孔为具有一定深度的盲孔。
在进一步的实施例中，所述陶瓷挡板串联的组合长度与所装配的楔形块的数量对应。
在进一步的实施例中，所述陶瓷挡板材质为合成堇青石。
第二方面，本发明提供一种焊接方法，基于上述的挡板结构，挡板结构用于与焊枪配合，在焊枪施焊时对焊枪进行限位；具体步骤如下：
若干陶瓷挡板通过多个楔形块串联，使若干陶瓷挡板同一直线排布；
两组串联的陶瓷挡板组合并列设置在薄壁构件表面且两组陶瓷挡板的斜面相对，从而构成用于容置焊枪的间隙限位槽；
在两个陶瓷挡板组合的一侧装配多个紧固装置，使紧固装置磁性吸附在薄壁构件表面，每个陶瓷挡板的盲孔均与紧固装置固定连接，从而通过紧固装置实现在薄壁构件表面的限位；
将焊枪插在陶瓷挡板组合的间隙限位槽中且焊枪与薄壁构件表面垂直设置，并在施焊过程中焊枪沿着间隙限位槽行走焊接；
施焊完成后，等待薄壁构件表面冷却后拆除紧固装置和陶瓷挡板，利用角磨机修磨焊缝表面。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1) 陶瓷挡板之间采用楔形块进行串联，陶瓷挡板串联组合的长度具有多种，适用于不同尺寸的构件，并在焊前通过紧固装置固定在构件表面，防止焊接时陶瓷挡板的移动；
(2)采用台阶型陶瓷挡板并列构成与焊枪端部贴合的间隙限位槽，通过间隙限位槽对焊枪进行限位，也同时有效地屏蔽了焊枪端部电弧辐射散热，利用陶瓷挡板控制焊接过程中的热输入，也不影响金属焊丝在熔化后滴至对接缝处，实现构件有效地连接；
(3) 采用了材质为合成堇青石挡板，较高的隔热性能有效的屏蔽电弧热传导，减少对薄壁构件的热量输入；
(4)使用了陶瓷挡板进行焊接作业，针对焊接参数，需要采用小的电流电压，也可以减少对构件的热输入。
附图说明
图1是本发明陶瓷挡板薄板焊接截面示意图；
图2是本发明陶瓷挡板正视图；
图3是本发明陶瓷挡板斜视图；
图4是本发明焊枪截面图；
图5是本发明紧固装置示意图；
图6是本发明楔形块外观示意图。
附图标记：1-陶瓷挡板、2-焊枪、3-紧固装置、4-楔形块、5-薄壁构件、1-1-第一竖直面、1-3-第二竖直面、1-2-斜面、1-4-阶梯面、1-5-三角形孔、1-6-盲孔、2-1-焊枪外壁、2-2-保护气、2-3-焊丝、2-4-电弧、2-5-焊丝熔滴、2-6-电极夹、3-1-横梁、3-2-连接柱、3-3-磁性底座、3-4-紧固立柱、3-5-螺纹套筒、3-6-旋进杆。
实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
相关术语解释：
熔化极混合气体保护焊：混合气体体积为84%Ar+16%CO2，电弧2-4稳定、飞溅小、易获得轴向喷射过渡的优点，焊缝熔深效果较好。
电弧2-4热量：在焊接时通过电弧2-4将电能转化为热能，这种热能加热和熔化焊丝2-3与工件。
本发明针对薄壁构件5焊接技术领域常见的构件焊后变形的情况，在焊枪焊接时利用陶瓷挡板1控制焊接过程中的热输入，更具体地是采用合成堇青石材质的陶瓷材料屏蔽电弧2-4进而达到减少构件在焊接后变形；
如图1至图5所示进一步说明本实施例提供的适用于薄壁构件5焊接的挡板结构，包括：陶瓷挡板1、紧固装置3、楔形块4、第一竖直面1-1、第二竖直面1-3、斜面1-2、阶梯面1-4、三角形孔1-5、盲孔1-6。
其中，陶瓷挡板1的材质为合成堇青石，堇青石陶瓷：化学成分为2MgO2•2Al2O3•5SiO2，热膨胀系数为2.9×〖10〗^(-6) ℃^(-1)，熔点为1460℃，具有热稳定性能好，结构疏松的特点，紧固装置3配合在陶瓷挡板1的一侧，用于吸附在薄壁构件5上对陶瓷挡板1进行定位，防止在焊接过程中发生偏移，楔形块4用于串联一个以上的陶瓷挡板1，串联的陶瓷挡板1组合位于同一直线上且可进行组合长度的灵活调整进而可适用于不同尺寸大小的薄壁构件5。
如图2和图3所示陶瓷挡板1的一侧面设有阶梯面1-4，另一侧面从中心位置向上为第一竖直面1-1，从中心位置向下延伸有逐渐向外扩张的斜面1-2，并在所述斜面1-2的下方设有第二竖直面1-3；阶梯面1-4上开设有与紧固装置3适配的盲孔1-6，本实施例中采用圆形盲孔1-6内部设有螺纹；
陶瓷挡板1中开设有三角形孔1-5，所述三角形孔1-5位于陶瓷挡板1的两个端部且与外界连通，所述三角形孔1-5用于收容楔形块4且与楔形块4适配，三角形孔1-5为具有一定深度的盲孔；
若干个陶瓷挡板1通过楔形块4串联起来组成具有一定长度的陶瓷挡板1组合，陶瓷挡板1组合位于同一直线上，陶瓷挡板1串联的组合长度与所装配的楔形块4的数量对应；
如图6所示本实施例中三角形孔1-5和楔形块4的截面为等腰三角形，具有稳定的连接性能。
挡板结构还与焊枪的端部配合，所述陶瓷挡板1第一竖直面1-1至第二竖直面1-3的距离大于焊枪端部的半径，用于容置焊枪端部。
如图4所示焊枪端部在通电施焊的实施例，焊枪端部包括：焊枪外壁2-1、保护气2-2、焊丝2-3、电弧2-4、焊丝熔滴2-5、电极夹2-6；
焊枪外壁2-1为中空结构，焊枪外壁2-1的形状为一端为柱形结构，另一端为设有开口；开口的内部安装电极夹2-6，电极夹2-6中穿插有焊丝2-3，电极夹2-6通电后在焊丝2-3伸出的端部产生电弧2-4，使焊丝2-3端部产生焊丝熔滴2-5填充焊缝；开口处还有保护气2-2输送结构连通，在施焊时能够从开口中喷出保护气2-2，稳定焊接电弧2-4，提高焊接质量；在与并列的陶瓷挡板1配合过程中，两个陶瓷挡板1的第一竖直面1-1拼接成容置焊枪柱状端的空隙，便于焊枪插合，两个陶瓷挡板1的斜面1-2构成锥形空隙，起到对焊枪枪口的限位作用，焊枪开口与薄壁构件5表面距离，由焊丝2-3伸出尺寸与产生电弧2-4的尺寸共同决定，以保证施焊时电弧2-4稳定燃烧；
同时陶瓷挡板1侧壁还起到约束保护气2-2流向的作用，斜面1-2的下方设有第二竖直面1-3，从而使通过开口输送的保护气2-2体经过斜面1-2最终到达第二竖直面1-3，从而将保护气2-2的从斜向校正为竖向，避免电弧2-4被吹偏影响焊接精度，在本实施例中选择相对较小气体流量，为15-20 L/min；焊接电流相对较小，设置为240-260 A；行走速度与送丝速度及焊道填充效率相匹配，使得焊枪能够获得稳定、均一的焊接效率。
如图5所示紧固装置3包括：横梁3-1、连接柱3-2、磁性底座3-3、紧固立柱3-4、螺纹套筒3-5、旋进杆3-6；
紧固立柱3-4固定安装在盲孔1-6中，螺纹套筒3-5套装在紧固立柱3-4上，横梁3-1固定安装螺纹套筒3-5的一侧面上，连接柱3-2贯穿过横梁3-1且与横梁3-1固定连接，磁性底座3-3固定安装在连接柱3-2的底部，通过磁性底座3-3与薄壁构件5的表面吸附，从而固定在薄壁构件5的表面；
紧固立柱3-4靠近螺纹套筒3-5的端部插接有旋进杆3-6，通过旋转旋进杆3-6可带动紧固立柱3-4在螺纹套筒3-5旋转升或降，从而控制与圆形盲孔1-6的拆或装。
本实施例的工作原理如下：
若干陶瓷挡板1通过多个楔形块4串联，使若干陶瓷挡板1同一直线排布；两组串联的陶瓷挡板1组合并列设置在薄壁构件5表面且两组陶瓷挡板1的斜面1-2相对，从而构成用于容置焊枪的间隙限位槽；在两个陶瓷挡板1组合的一侧装配多个紧固装置3，使紧固装置3磁性吸附在薄壁构件5表面，每个陶瓷挡板1的盲孔1-6均与紧固装置3固定连接，从而通过紧固装置3实现在薄壁构件5表面的限位；将焊枪插在陶瓷挡板1组合的间隙限位槽中且焊枪与薄壁构件5表面垂直设置，并在施焊过程中焊枪沿着间隙限位槽行走焊接；施焊完成后，等待薄壁构件5表面冷却后拆除紧固装置3和陶瓷挡板1，利用角磨机修磨焊缝表面。
本发明在陶瓷挡板1之间采用楔形块4进行串联，陶瓷挡板1串联组合的长度具有多种，适用于不同尺寸的构件，并在焊前通过紧固装置3固定在构件表面，防止焊接时陶瓷挡板1的移动；其次采用台阶型陶瓷挡板1并列构成与焊枪端部贴合的间隙限位槽，通过间隙限位槽对焊枪进行限位，也同时有效地屏蔽了焊枪端部电弧2-4辐射散热，也不影响金属焊丝2-3在熔化后滴至对接缝处，实现构件有效地连接；采用了材质为合成堇青石挡板，较高的隔热性能有效的屏蔽电弧2-4热传导，减少对薄壁构件5的热量输入；使用了陶瓷挡板1进行焊接作业，针对焊接参数，需要采用小的电流电压，也可以减少对构件的热输入。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，其特征在于，包括：
陶瓷挡板，配合在陶瓷挡板一侧的紧固装置，以及用于串联一个以上陶瓷挡板的楔形块；
所述陶瓷挡板的一侧面设有阶梯面，另一侧面从中心位置向上为第一竖直面，从中心位置向下延伸有逐渐向外扩张的斜面，并在所述斜面的下方设有第二竖直面；
所述阶梯面上开设有与紧固装置适配的盲孔；
所述挡板结构还与焊枪的端部配合，所述陶瓷挡板第一竖直面至第二竖直面的距离大于焊枪端部的半径；
采用台阶型陶瓷挡板并列构成与焊枪端部贴合的间隙限位槽，屏蔽焊枪端部电弧辐射散热，同时陶瓷挡板侧壁约束保护气流向，使通过开口输送的保护气体经过斜面最终到达第二竖直面，将保护气校正为竖向，避免电弧被吹偏。
2.根据权利要求1所述的一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，其特征在于，所述紧固装置包括：固定安装在盲孔中的紧固立柱，套装在紧固立柱上的螺纹套筒，固定安装螺纹套筒一侧面上的横梁，贯穿过横梁的连接柱，固定安装在连接柱底部的磁性底座。
3.根据权利要求2所述的一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，其特征在于，所述紧固立柱靠近螺纹套筒的端部插接有旋进杆。
4.根据权利要求1所述的一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，其特征在于，所述陶瓷挡板中开设有三角形孔，所述三角形孔位于陶瓷挡板的两个端部且与外界连通，所述三角形孔用于收容楔形块且与楔形块适配。
5.根据权利要求1所述的一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，其特征在于，所述陶瓷挡板串联的组合长度与所装配的楔形块的数量对应。
6.根据权利要求1所述的一种适用于薄壁构件焊接的挡板结构，其特征在于，所述陶瓷挡板材质为合成堇青石。
7.一种焊接方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的挡板结构，挡板结构用于与焊枪配合，在焊枪施焊时对焊枪进行限位；具体步骤如下：
若干陶瓷挡板通过多个楔形块串联，使若干陶瓷挡板同一直线排布；
两组串联的陶瓷挡板组合并列设置在薄壁构件表面且两组陶瓷挡板的斜面相对，从而构成用于容置焊枪的间隙限位槽；
在两个陶瓷挡板组合的一侧装配多个紧固装置，使紧固装置磁性吸附在薄壁构件表面，每个陶瓷挡板的盲孔均与紧固装置固定连接，从而通过紧固装置实现在薄壁构件表面的限位；
将焊枪插在陶瓷挡板组合的间隙限位槽中且焊枪与薄壁构件表面垂直设置，并在施焊过程中焊枪沿着间隙限位槽行走焊接；
施焊完成后，等待薄壁构件表面冷却后拆除紧固装置和陶瓷挡板，利用角磨机修磨焊缝表面。
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