CN115383266A - 一种在平板工件上进行螺柱焊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，包括以下步骤：预设待安装螺柱在平板工件上的固定位置；根据预设的固定位置，在平板工件上加工出安装螺柱的若干圆窝；所述圆窝为圆柱结构，所述圆窝的直径大于待安装螺柱引弧凸起的直径；所述圆窝与预设的固定位置同轴；使待安装螺柱与所述圆窝同轴设置，并将待安装螺柱焊接在所述圆窝处。该方法通过数控方式在螺柱的预设位置加工出圆柱结构的圆窝，同时，圆窝与预设的螺柱在平板工件上的固定位置同轴，待安装螺柱与圆窝同轴设置，有效实现了螺柱的精准定位，另外，圆窝的直径大于待安装螺柱引弧凸起的直径，有效使得螺柱深入圆窝，并对其进行焊接。

Description

一种在平板工件上进行螺柱焊的方法

技术领域

本发明属于螺柱焊技术领域，涉及一种在平板工件上进行螺柱焊的方法。

背景技术

螺柱类紧固件的连接方法主要有机械连接和焊接方法。机械连接主要是指铆接、钻孔和攻螺纹连接方法。焊接方法主要有电弧法螺柱焊、电阻焊(凸焊)、钎焊、爆炸螺柱焊、摩擦螺柱焊。后四种焊接方法由于其对螺柱本身、设备、环境的特殊要求，不适合在通常条件下进行普通螺柱的焊接。电弧法螺柱焊因能够把螺柱通过电弧瞬间牢固地焊接到工件上，它广泛应用于军民用制造行业。某新型发动机组合喷管隔热部件大量采用接触式电容放电螺柱焊将螺钉焊接到板料上。在平板上进行螺柱焊，采用焊接夹具，可保证螺柱的位置度，但这种方法适宜于批量大，或长期加工的零件，对于小批生产，尤其一次性试制的零件，则因夹具设计制造周期长，成本高等缺点，一般不用夹具。对于螺柱装配要求低，位置度要求不严的零件，可通过在平板上划线，确定出螺柱待焊接的位置，螺柱焊时目视螺柱与划线位置对正即可。对于位置度要求较高(一般位置度要求φ0.5左右)的螺柱，有时采用划线后冲点，螺柱焊时冲点可对螺柱尖端起到定位作用。

但是，划线与冲点均为人工手动操作，而且，冲点为变径锥状，螺柱引弧凸起为等径圆柱，螺柱与冲点后锥形孔理论最佳状态为线接触，实际操作过程中可能为点接触，此时冲点的中心轴心与螺柱的中心轴线偏移量大，使得螺柱的位置度不能保证高精度要求，螺柱的定位效果差。另外，在实际操作中，为了保证螺柱的定位效果，冲点要有一定的深度，且深度一般不小于0.2mm，但由于焊接的熔池深度不大于0.2mm，焊接熔池不能完全将冲点后的锥形孔填充完全，板材主体内形成了空隙，该空隙导致螺柱焊接的部位存在应力集中点，从而形成裂纹源，扩散后从焊缝部位产生宏观裂纹，影响焊接质量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，从而解决了螺柱焊过程中螺柱的定位问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，包括以下步骤：

S1：预设待安装螺柱在平板工件上的固定位置；

S2：根据预设的固定位置，在平板工件上加工出安装螺柱的若干圆窝；所述圆窝为圆柱结构，所述圆窝的直径大于待安装螺柱引弧凸起的直径；所述圆窝与预设的固定位置同轴；

S3：使待安装螺柱与所述圆窝同轴设置，并将待安装螺柱焊接在所述圆窝处。

优选的，步骤S2中采用铣床在平板工件上加工出安装螺柱的圆窝。

优选的，所述圆窝的直径比待安装螺柱引弧凸起的直径大0.02mm。

优选的，若干所述圆窝的深度一致。

优选的，所述圆窝的深度不大于0.2mm。

优选的，在加工安装螺柱的圆窝时，当所述平板工件与放置平板工件的平台之间存在间隙时，所述间隙处设置有垫实体，待所述垫实体固化后，再加工安装螺柱的圆窝。

优选的，所述垫实体为样膏。

优选的，所述垫实体的使用过程为根据平板工件的平面度预估所述垫实体的厚度，在机床平台上铺展与所述预估厚度一致的垫实体，将平板工件放置在垫实体上，并压紧在机床平台上，待垫实体固化后加工圆窝。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，在螺柱的预设位置加工出圆柱结构的圆窝，同时，圆窝与预设的螺柱在平板工件上的固定位置同轴，待安装螺柱与圆窝同轴设置，有效实现了螺柱的精准定位，另外，圆窝的直径大于待安装螺柱引弧凸起的直径，有效使得螺柱深入圆窝，使得焊接后，板材主体内不存在空隙，有效保证了焊接的质量。该方法操作便捷，定位精准度高，焊接质量良好。

进一步的，采用铣床在平板工件上加工出安装螺柱的圆窝，使得圆窝的加工更加方便快捷。

进一步的，圆窝的直径比待安装螺柱引弧凸起的直径大0.02mm，在使得待安装螺柱方便插入圆窝中的同时，有效降低的焊接的误差。

进一步的，加工的所有圆窝的深度一致，可保证后期焊接的质量。

进一步的，圆窝的深度不大于0.2mm，可有效保证焊接后熔池及板材的完整性，焊接后熔化金属将圆窝完全填充。

进一步的，在平板工件上加工安装螺柱的圆窝时，平板工件与放置平板工件的平台之间设置有垫实体，避免了在加工圆窝时，平板工件的振颤对加工设备以及加工质量的影响。

进一步的，垫实体为样膏，可随型填充空隙，填充空隙后可在较短时间内固化，且固化后具有一定强度、刚度的物质，有利于防止或减少加工圆窝时平板工件振颤，提高圆窝加工尺寸精度，避免振颤而导致刀具断裂等故障。

进一步的，焊接完成后，还包括对螺柱焊进行质量检查，有效确保了焊接的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明中一种在平板工件上进行螺柱焊方法的流程示意图；

图2为接触式尖端放电螺柱焊中典型螺钉的结构示意图；

图3为在平板表面加工的圆窝位置示意图；

图4为图3中A-A面的剖视图；

图5为平板工件与机床平台之间的间隙设置垫实体的结构示意图；

图6为螺柱焊前定位示意图。

其中：1、待安装螺柱，2、平板工件，3、垫实体，4、机床平台，21、圆窝。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

如图1所示，一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，包括以下步骤：

S1：预设待安装螺柱1在平板工件2上的固定位置；具体为根据实际加工需求，在平板工件2上预设螺柱的固定位置。

一般的，如图2所示，待安装螺柱1的引弧凸起为圆柱形，该圆柱形引弧凸起的直径为d，引弧凸起的设计长度为L，引弧凸起的实际长度为L₁，H为螺钉定位圆窝深度，螺钉引弧凸起的实际长度由螺钉引弧凸起的设计长度及螺钉定位圆窝深度决定，L₁＝L+H。一般带引弧凸起的螺柱直径在3～6mm，M3～M6范围内，d为φ0.65～φ0.82mm，公差为±0.08mm，L为0.55～0.9mm，公差为±0.05mm。

S2：如图3所示，根据预设的螺柱在平板工件2上的固定位置，在平板工件2上加工出安装螺柱的若干圆窝21；圆窝21为圆柱结构，圆窝21的直径大于待安装螺柱的直径；圆窝21与预设的螺柱在平板工件上的固定位置同轴；在该过程中，优选的通过数控铣加工的方式在平板工件2上加工出安装螺柱的若干圆窝21。在该步骤中，圆窝21的直径大于待安装螺柱的直径是便于螺柱的伸入与安装，但不能大太多，大太多对中不方便，影响焊接后质量。

如图4所示，在加工若干圆窝之前，要根据待安装的螺柱对圆窝的尺寸进行设计，具体的，根据螺钉引弧凸起直径d确定圆窝直径D，为了定位精确，圆窝直径D直径名义值为d^+0.02；由于焊接熔池一般不大于0.2mm，为了保证焊接后熔池及板材的完整性，焊接后熔化金属将圆窝完全填充，圆窝的深度应不超过0.2mm。另外，圆窝的深度应不超过0.2mm还由于焊接时电弧瞬间产生的爆炸效应对这个区域板材表面的金属吹除深度也就约0.2mm，因此圆窝的深度应不超过0.2mm确保了焊接质量。

由于实际的平板工件不是完全平整或者绝对平整的，板材放置在机床工作台上之后，局部与机床平台4之间会存在间隙，若板材为5mm以上的厚板料，则由于板材自身的刚性较好，加工时不振颤，或振颤对加工无影响；当板材为5mm以下的薄板料，则因板材自身的刚性差，抗变形能力弱，加工时振颤严重，对加工影响较大。另外，圆柱形等径圆窝的加工可采用数控铣床，由于圆窝直径小，相应地，加工所用铣加工刀具直径小，刚性差，加工时，如果板件振颤时，则容易崩刃断刀，且加工的圆窝尺寸难以保证。因此，如图5所示，在加工圆窝之前，需要在平板工件2与机床平台4接触不实的间隙处设置垫实体3，待垫实体3固化后再加工。该垫实体3为软态物质，优选的可以是样膏，可随型填充空隙，填充空隙后可在较短时间内固化，且固化后具有一定强度、刚度的物质。

另外，板料表面平面度较差时，如果刀具的高低位置一致，势必会导致某些圆窝的深入达不到要求，或者某些圆窝的加工使得工件穿透，因此难以保证圆窝的深度一致以及加工的质量。因此，在铣加工过程中，数控铣床的控制系统可实时采集平板工件的表面状态，通过自动调节刀具的高低，采用自适应加工方法，即根据表面的实际状态，机床自动调整加工深度，以保证不论表面平整度如何，均能加工出一致的圆窝深度，以避免上述的现象。

S3：如图6所示，使待安装螺柱1与圆窝21同轴设置，并将待安装螺柱1焊接圆窝21处。

具体焊接过程为连接调试好焊机，清理好待安装螺柱1及平板工件2的板面，将待安装螺柱1装于焊枪，根据焊机及焊枪操作说明书进行螺柱焊焊接。焊接时，待安装螺柱1尖端与平板工件2板面接触良好，下压焊枪，三支脚端头与平板工件2接触，利用三点决定一个平面，保证待安装螺柱1与平板工件2垂直，按动开关并完成焊接。

最后，对焊接的质量进行检查。具体为：检查螺柱位置，螺柱位置由圆窝保证；螺柱与板面应目视垂直，无倾斜、歪扭等情况；不允许存在击穿平板工件的现象；允许存在与母材粘连牢固的焊接飞溅，不允许存在用锉刀等工具可轻松去除的飞溅物。

现有技术为在板面上冲点，冲点形状为倒锥形，冲点相对圆窝深度深才能起到定位作用，且底部为尖点，冲点焊后存在底部尖点应力集中的缺陷，而圆窝在焊后，圆窝与螺柱连接紧密，避免了尖点应力集中现象；本发明中在板面上加工的小深度平底圆窝在焊接时被液态金属填充或圆窝边缘等深度处金属在电弧爆炸效应作用下排出接头之外，圆窝仅起到螺钉的定位作用，对焊缝接头无影响；平底圆窝利用螺柱引弧凸起部分的圆柱面进行定位，相较倒锥形冲点的线性定位可靠，螺钉位置尺寸精度高；采用数控自适应铣加工圆窝，尺寸精度更高，对于平面度差的板面，圆窝的大小及深度一致性好；板面背面样膏垫实固化后加工圆窝可减小因工件刚性差引起的振刀，防止刀具断裂崩刃；采用圆窝定位手工螺柱焊，可用普通的焊机实现较高精度的螺柱位置，相较自动螺柱焊成本低，适应性强，对预研及试制阶段的工件生产较为适宜。

实施例2

以某新型发动机组合喷管隔热屏组件为例，有单层平板结构及双层平板结构，在平板上要进行螺柱焊，螺柱直径为MJ5×0.8-4h6h，与前端法兰相连的部位直径为φ4。该部件属于试制阶段，考虑到夹具设计制造周期长，成本高等问题，未用焊接夹具。螺柱位置度要求φ0.1，精度较高，仅通过在板面上划线及划线后冲点无法保证位置度精度要求。现用一种在平板工件上加工直径稍大于螺钉引弧凸起直径，深度不超过螺柱焊熔池深度的平底圆窝，并根据圆窝深度调整螺钉引弧凸起长度，从而保证接触式尖端放电螺柱焊螺钉的位置精度及螺柱焊焊接质量的方法。

其步骤包括：

1、设计螺钉引弧凸起尺寸：螺钉引弧凸起为圆柱形，圆柱直径d＝0.73_-0.08mm，L₁＝0.8±0.05mm。

2、设计螺钉定位圆窝尺寸：根据螺钉引弧凸起直径d确定圆窝直径D＝0.73+0.02＝0.75mm；由于焊接熔池一般不大于0.2mm，为了保证焊接后熔池及板材的完整性，焊接后熔化金属将圆窝完全填充，圆窝的深度设计为0.15mm。

3、装夹定位：板材为5mm以下的薄板料，放置在机床工作台上局部与平台存在间隙，其自身刚性差，抗变形能力弱，加工时振颤严重，振颤容易崩刃断刀，且加工的圆窝尺寸难以保证，即对加工工件以及加工质量影响较大，因此需要在板材与平台接触不实的间隙处用样膏类物体垫实，待固化后再加工。

4、铣加工圆窝：板料表面平面度差时，加工难以保证圆窝深度尺寸，因此，采用自适应加工可消除该现象，即根据表面的实际状态，机床自动调整加工深度，以保证不论表面平面度多大，均能加工出一致的圆窝深度。

5、螺柱焊焊接：连接调试好焊机，清理好待焊螺柱及工件板面，将螺钉装于焊枪，根据焊机及焊枪操作说明书进行螺柱焊焊接。焊接时，螺钉尖端与工件板面接触良好，下压焊枪，三支脚端头与板面接触，利用三点决定一个平面，保证待焊接的螺柱与板面垂直，按动开关并完成焊接。

6、检查螺柱焊质量：检查螺柱位置，螺柱位置由圆窝保证；螺柱与板面应目视垂直，无倾斜、歪扭等情况；不允许存在击穿焊板现象；允许存在与母材粘连牢固的焊接飞溅，不允许存在用锉刀等工具可轻松去除的飞溅物。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：预设待安装螺柱(1)在平板工件(2)上的固定位置；

S2：根据预设的固定位置，在平板工件(2)上加工出安装螺柱的若干圆窝(21)；所述圆窝(21)为圆柱结构，所述圆窝(21)的直径大于待安装螺柱(1)引弧凸起的直径；所述圆窝(21)与预设的固定位置同轴；

S3：使待安装螺柱(1)与所述圆窝(21)同轴设置，并将待安装螺柱(1)焊接在所述圆窝(21)处。

2.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，步骤S2中采用铣床在平板工件(2)上加工出安装螺柱的圆窝(21)。

3.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，所述圆窝(21)的直径比待安装螺柱(1)引弧凸起的直径大0.02mm。

4.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，若干所述圆窝(21)的深度一致。

5.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，所述圆窝(21)的深度不大于0.2mm。

6.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，在加工安装螺柱的圆窝(21)时，当所述平板工件(2)与放置平板工件的平台之间存在间隙时，所述间隙处设置有垫实体(3)，待所述垫实体(3)固化后，再加工安装螺柱的圆窝(21)。

7.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，所述垫实体(3)为样膏。

8.根据权利要求7所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，所述垫实体(3)的使用过程为根据平板工件(2)的平面度预估所述垫实体(3)的厚度，在机床平台(4)上铺展与所述预估厚度一致的垫实体(3)，将平板工件(2)放置在垫实体(3)上，并压紧在机床平台(4)上，待垫实体(3)固化后加工圆窝(21)。

9.根据权利要求1所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，焊接完成后，还包括对螺柱焊进行质量检查。

10.根据权利要求9所述的一种在平板工件上进行螺柱焊的方法，其特征在于，所述质量检查的合格条件包括螺柱(1)与平板工件(2)垂直以及平板工件(2)未被击穿。

Images