CN115722840A - 一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备及制备方法。该设备包括：内胎、环圈、定位装置、定位挡板、第一冷却水进口、第二冷却水进口、第一冷却水出口、第二冷却水出口、基板、背衬凹槽、通气孔、压块、底板和夹持孔位，内胎固定于基板上，在与工件焊缝位置贴合处设有背衬凹槽；背衬凹槽通气孔通过内胎的底端外接保护气体；内胎通过两个冷却水进口导入冷却水，从两个冷却水出口导出；定位装置的一侧固定于基板上，另一侧与定位挡板相连，在装配时，将定位挡板放置于内胎的凹槽内；环圈位于内胎的底部，环圈和内胎之间留有缝隙，以定位待焊工件；在设备的下方设置有夹持孔位，以便与变位机连接。本发明可以提高焊接过程的自动化覆盖率，有效控制焊接变形，提升生产效率。

Description

一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备及制备方法

技术领域

本发明涉及设备制造技术领域，特别是一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备及制备方法。

背景技术

薄板焊接变形控制是制造业中普遍存在的工艺难题，焊接过程采用高度集中的瞬间局部热源加热工件，加热和冷却过程极不均匀，因而形成了复杂的应力应变场。

现有技术方案一般从以下方面入手对薄板变形进行控制：

1、设计方面，合理设计件结构尽量把焊缝设计在平面度要求不高和可以控制的地方；对不易装夹而易变形部位设计加强筋抵抗变形。

2、工艺方面，尽量使用电阻点焊或钎焊代替缝焊；采用MIG焊或手工焊代替TIG焊；用一定的焊接规范，根据实际模拟焊接所得的变形量在角度和尺寸上给与补偿；采用刚性固定防止焊接变形；加装冷却系统，减少热量集中；焊接后，采用木榔头或橡皮榔头或铜棒在工件上进行整形矫正，使其达到理想的表面。

然而，在实际生产过程中，焊接变形问题相当的复杂，同时，生产单位对生产效率及表面质量有着较高的要求，单一的控制变形手段通常无法满足生产需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备及制备方法。

本发明的技术解决方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备，所述设备包括：内胎、环圈、定位装置、定位挡板、第一冷却水进口、第二冷却水进口、第一冷却水出口、第二冷却水出口、基板、背衬凹槽、通气孔、压块、底板和夹持孔位，其中，

所述内胎固定于所述基板上，与待焊工件的内表面形状一致，在与工件焊缝位置贴合处背面设有所述背衬凹槽；所述背衬凹槽设有所述通气孔，所述通气孔通过所述内胎的底端外接保护气体；

所述内胎的左右两侧为中空结构，可通过所述第一冷却水进口及所述第二冷却水进口导入冷却水，并从所述第一冷却水出口及所述第二冷却水出口导出；

所述定位装置的一侧固定于所述基板上，另一侧与所述定位挡板相连，在装配时，将所述定位挡板放置于所述内胎的凹槽内；

所述环圈位于所述内胎的底部，所述环圈和所述内胎之间留有缝隙，以定位所述待焊工件；

在所述设备的下方设置有所述夹持孔位，以与变位机连接。

可选地，所述设备还包括：4个连杆，所述第二顶杆通过4个所述连杆与所述环圈相连。

可选地，所述设备还包括：第一压紧装置和第二压紧装置，所述第一压紧装置和所述第二压紧装置固定于所述基板上，位于所述内胎的两侧。

可选地，所述设备还包括：第一压块和第二压块，所述第一压块与所述第一压紧装置对应，所述第二压块与所述第二压紧装置对应，所述第一压块和所述第二压块的外形与所述待焊工件和所述内胎一致，以分别压紧所述第一压紧装置和所述第二压紧装置，以夹紧所述待焊工件。

可选地，所述设备还包括：第一气缸控制器和第二气缸控制器，所述第一气缸控制器和所述第二气缸控制器设置于所述基板上；所述第一压紧装置和所述第二压紧装置分别由所述第一气缸控制器和所述第二气缸控制器控制其顶紧及收缩动作。

可选地，所述设备还包括：第一顶缸和第二顶缸，所述第二顶缸固定于所述底板上，并与所述环圈相连，所述第二顶缸由所述第一顶缸控制其顶出及收缩动作。

第二方面，本发明实施例提供了一种薄壁蒙皮工件的制备方法，应用于上述任一项所述的设备，所述方法包括：

将待焊工件的一侧贴紧于内胎的外表面，下方插入环圈与所述内胎间的缝隙；

旋转定位装置以使定位挡板嵌入所述内胎的凹槽中，再将工件贴紧于所述定位挡板；

旋动第一气缸控制器，以使第一压紧装置压紧所述待焊工件；

旋转所述定位装置，装配所述待焊工件的另一侧，将所述待焊工件贴紧所述内胎的同时，与已装配部分的工件部分对齐；

旋动第二气缸控制器，以使第二压紧装置压紧所述待焊工件；

通过第一冷却水进口和第二冷却水进口导入冷却水，并从第一冷却水出口和第二冷却水出口导出，以使所述内胎持较低温度，控制焊接变形；

在焊接完成后，旋动顶缸，将所述环圈和变形工件一并顶起，以取出所述变形工件。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明实施例提供的控制设备具有随形内胎及压紧装置，可实现工件在焊接过程中变形控制，同时，随形内胎具备水冷功能，可进一步减少应力集中及焊接变形；工艺装备具有定位装置，可实现工件的精确装配；工艺装备具有背部气体保护功能，可在焊接过程中对活泼金属进行保护，防止氧化；工艺装备具备快捷装卸功能，可有效提高工作效率；本工艺装备拥有刚性固定及水冷装置，可有效控制焊接变形，减少焊后校形，对钛合金、铝合金、不锈钢、碳钢及高温合金等薄壁焊接结构尤为适用。使用本工艺装备，可有效实现对薄壁金属焊接件的变形控制及焊缝的防氧化保护。本工艺装备结构高效简洁，工件装配精度较高，可与焊接设备适配，有效提高焊接过程的自动化覆盖率，有效控制焊接变形，提升整体生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种冷却水进出口的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种定位装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种薄壁蒙皮工件的制备方法的步骤流程图。

具体实施方式

钛合金、铝合金等具有高比强度、良好耐腐蚀及焊接性的轻量化金属，其薄壁焊接结构件在制造业中应用广泛。焊接过程中的一个显著特点是采用了高度集中的瞬间局部热输入，其加热和冷却过程极不均匀而且远离平衡状态，其中包含着复杂的冶金物理化学反应和热处理过程，因而形成复杂的瞬态温度场合应力应变场。由于外形结构尺寸是高精度装配的基础，在焊接过程中，对于薄壁结构，随着焊缝的约束和载荷的增加，焊缝变形相对减小，因此，应当使用合适的装置固定工件。

基于此，本发明实施例拥有刚性固定及水冷装置，可有效控制焊接变形，减少焊后校形，对钛合金、铝合金、不锈钢、碳钢及高温合金等薄壁焊接结构尤为适用。

接下来结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进行如下详细描述。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备的结构示意图，如图1所示，该薄壁蒙皮焊接变形控制设备可以包括：内胎1、环圈2、定位装置3、定位挡板4、第一气缸控制器5、第一压紧装置6、第二气缸控制器7、第二压紧装置8、第一冷却水进口9、第二冷却水进口10、第一冷却水出口11、第二冷却水出口12、顶缸13、基板14、背衬凹槽15、通气孔16、压块17、底板18、连杆19、顶缸20和夹持孔位21，其中，

内胎1可以固定于基板14上，与待焊工件内表面形状一致，在与工件焊缝位置贴合处背面设有背衬凹槽15。

背衬凹槽15上设有通气孔16，通气孔16可以通过内胎1的底端外接保护气体，可在焊接钛合金、钢等易氧化金属时进行背部保护。

如图2所示，内胎1的左右两侧为中空结构，可通过第一冷却水进口9和第二冷却水进口10导入冷却水，并从第一冷却水出口11和第二冷却水出口12导出，实现水冷效果。

如图3所示，定位装置3的一侧可以固定于基板14上，另一侧与定位挡板4相连，可实现对称平面内的180°旋转，在进行装配时，可以将定位挡板4放置于内胎1的凹槽中，可实现工件焊缝的精确装配。

第一压紧装置6和第二压紧装置8可以固定于基板14上，该第一压紧装置6和第二压紧装饰8可以位于内胎1的两侧，第一压紧装置6和第二压紧装置8分别配有一个压块17(即第一压块和第二压块)，压块17的外形与工件及内胎1一致，在压紧后可与内胎1配合而夹紧工件，实现工件的定位及装配，第一压紧装置6和第二压紧装置8分别由第一气缸控制器5和第二气缸控制器7控制其顶紧及收缩动作。

环圈2可以为台阶形的环圈，位于内胎1的底部，环圈2和内胎1之间由于台阶的存在而留有缝隙，利用此缝隙可实现待焊工件的定位。

第二顶缸20可以固定于底板18上，通过4个连杆19与环圈2相连，第二顶缸20由第一顶缸13控制其顶出及收缩动作，可在焊后将工件顶出，便于拆卸。

工艺装备下方具有夹持孔位21，可实现与变位机的固定与连接。

使用该工艺装备时，将待焊工件的一侧贴紧于内胎1外表面，下方插入环圈2与内胎1间的缝隙，同时，旋转定位装置3使得定位挡板4嵌入内胎1的凹槽中，再将工件贴紧于定位挡板4，随后，第一旋动气缸控制器5，使得第一压紧装置6压紧工件，此时，完成了工件一侧的装配。随后，旋转定位装置3，装配工件另一侧，将工件贴紧内胎1的同时，与已装配部分的工件对齐，旋动第二气缸控制器7，使得第二压紧装置8压紧工件，至此，完成工件的装配。装配完成后，通过第一冷却水进口9及第二冷却水进口10导入冷却水，并从第一冷却水出口11及第二冷却水出口12导出，通过冷却水的作用，使得内胎1保持较低温度，控制焊接变形。焊接完成后，旋动第一顶缸13，将环圈2及工件一并顶起，便于工件取出。本发明可有效控制薄壁蒙皮结构的焊接变形。

实施例二

参照图4，示出了本发明实施例提供的一种薄壁蒙皮工件的制备方法的步骤流程图，应用于上述实施例一中的薄壁蒙皮焊接变形控制设备，如图4所示，该薄壁蒙皮工件的制备方法可以包括以下步骤：

步骤401：将待焊工件的一侧贴紧于内胎的外表面，下方插入环圈与所述内胎间的缝隙。

在本实施例中，在使用实施例一中的薄壁蒙皮焊接变形控制设备时，可以将待焊工件的一侧贴紧于内胎的外表面，下方插入环圈与内胎间的缝隙。

步骤402：旋转定位装置以使定位挡板嵌入所述内胎的凹槽中，再将工件贴紧于所述定位挡板。

然后，可以旋转定位装置以使定位挡板嵌入内胎的凹槽中，再将工件贴紧于定位挡板。

步骤403：旋动第一气缸控制器，以使第一压紧装置压紧所述待焊工件。

之后，可以旋动第一气缸控制器，以使第一压紧装置压紧待焊工件，此时完成了工件一侧的装配。

步骤404：旋转所述定位装置，装配所述待焊工件的另一侧，将所述待焊工件贴紧所述内胎的同时，与已装配部分的工件部分对齐。

在完成了工件一侧的装配之后，可以旋转定位装置，装配待焊工件的另一侧，将待焊工件贴紧内胎的同时，与已装配部分的工件部分对齐。

步骤405：旋动第二气缸控制器，以使第二压紧装置压紧所述待焊工件。

然后，可以旋动第二气缸控制器，以使第二压紧装置压紧待焊工件，至此，完成工件的装配。

步骤406：通过第一冷却水进口和第二冷却水进口导入冷却水，并从第一冷却水出口和第二冷却水出口导出，以使所述内胎持较低温度，控制焊接变形。

在完成工件的装配之后，通过第一冷却水进口和第二冷却水进口导入冷却水，并从第一冷却水出口和第二冷却水出口导出，以使内胎持较低温度，控制焊接变形。

步骤407：在焊接完成后，旋动顶缸，将环圈和变形工件一并顶起，以取出所述变形工件。

在焊接完成后，可以旋动顶缸，将所述环圈和变形工件一并顶起，以取出变形工件。

接下来，结合图1和如下三个示例对本发明实施例提供的方案进行详细描述。

示例一：

在本实施例中，待焊工件为斜锥部段(长度200mm)+圆柱部段(长度90mm)外形的热压成形铝合金蒙皮，材料牌号为5A06，厚度0.8mm。工艺装备采用的内胎1为随形内胎，冷却水流量为0.5-1L/min，装配间隙为0-0.5mm。首先，将待焊工件的一侧贴紧于内胎1外表面，下方插入环圈2与内胎1间的缝隙，旋转定位装置3使得定位挡板4嵌入内胎1的凹槽中，再将工件贴紧于定位挡板4，旋动第一气缸控制器5，使得第一压紧装置6压紧工件，随后，将工件另一侧贴紧内胎1与已装配部分的工件对齐，旋动第二气缸控制器7，使得第二压紧装置8压紧工件。完成装配后，通过第一冷却水进口9及第二冷却水进口10导入冷却水，并从第一冷却水出口11及第二冷却水出口12导出。接通冷却水后，实施焊接，焊接完成后，关闭冷却水，旋动顶缸13，将环圈2及工件一并顶起，至此，完成全部工序。

示例二：

在本实施例中，待焊工件为圆锥外形的钛合金热压成形蒙皮，锥角为30°，轴线长度为300mm，材料牌号为TC1，厚度1mm。工艺装备采用的内胎1为随形内胎，冷却水流量为0.8-1.5L/min，装配间隙为0-0.3mm。待焊工件的装配方式同实施例1，由于钛合金高温易氧化，焊接时由背衬凹槽15的通气孔16接入保护气体，对焊缝背部进行保护，气体流量为5-10L/min。焊接完成后，保护气体持续送气10s以上，关闭冷却水，旋动顶缸13，将环圈2及工件一并顶起，至此，完成全部工序。

示例三：

在本实施例中，待焊工件为圆锥外形的不锈钢热压成形蒙皮，锥角为35°，轴线长度为500mm，材料牌号为1Cr18Ni9Ti，厚度1.5mm。工艺装备采用的内胎1为随形内胎，冷却水流量为1.5-2.5L/min，装配间隙为0-0.5mm。由于待焊工件长度增加，调整第一压紧装置6及第二压紧装置8的固定支架使两个压紧装置的压紧位置位于工件中部，可实现对工件的良好装夹。待焊工件的装配方式同实施例1，气体保护方式同实施例2，气体流量为2-6L/min。焊接完成后，保护气体持续送气5s以上，关闭冷却水，旋动顶缸13，将环圈2及工件一并顶起，至此，完成全部工序。

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)

1.一种薄壁蒙皮焊接变形控制设备，其特征在于，所述设备包括：内胎、环圈、定位装置、定位挡板、第一冷却水进口、第二冷却水进口、第一冷却水出口、第二冷却水出口、基板、背衬凹槽、通气孔、压块、底板和夹持孔位，其中，

所述内胎固定于所述基板上，与待焊工件的内表面形状一致，在与工件焊缝位置贴合处背面设有所述背衬凹槽；所述背衬凹槽设有所述通气孔，所述通气孔通过所述内胎的底端外接保护气体；

所述内胎的左右两侧为中空结构，可通过所述第一冷却水进口及所述第二冷却水进口导入冷却水，并从所述第一冷却水出口及所述第二冷却水出口导出；

所述定位装置的一侧固定于所述基板上，另一侧与所述定位挡板相连，在装配时，将所述定位挡板放置于所述内胎的凹槽内；

所述环圈位于所述内胎的底部，所述环圈和所述内胎之间留有缝隙，以定位所述待焊工件；

在所述设备的下方设置有所述夹持孔位，以与变位机连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：4个连杆，所述第二顶杆通过4个所述连杆与所述环圈相连。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一压紧装置和第二压紧装置，所述第一压紧装置和所述第二压紧装置固定于所述基板上，位于所述内胎的两侧。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一压块和第二压块，所述第一压块与所述第一压紧装置对应，所述第二压块与所述第二压紧装置对应，所述第一压块和所述第二压块的外形与所述待焊工件和所述内胎一致，以分别压紧所述第一压紧装置和所述第二压紧装置，以夹紧所述待焊工件。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一气缸控制器和第二气缸控制器，所述第一气缸控制器和所述第二气缸控制器设置于所述基板上；所述第一压紧装置和所述第二压紧装置分别由所述第一气缸控制器和所述第二气缸控制器控制其顶紧及收缩动作。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第一顶缸和第二顶缸，所述第二顶缸固定于所述底板上，并与所述环圈相连，所述第二顶缸由所述第一顶缸控制其顶出及收缩动作。

7.一种薄壁蒙皮工件的制备方法，应用于权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述方法包括：

将待焊工件的一侧贴紧于内胎的外表面，下方插入环圈与所述内胎间的缝隙；

旋转定位装置以使定位挡板嵌入所述内胎的凹槽中，再将工件贴紧于所述定位挡板；

旋动第一气缸控制器，以使第一压紧装置压紧所述待焊工件；

旋转所述定位装置，装配所述待焊工件的另一侧，将所述待焊工件贴紧所述内胎的同时，与已装配部分的工件部分对齐；

旋动第二气缸控制器，以使第二压紧装置压紧所述待焊工件；

通过第一冷却水进口和第二冷却水进口导入冷却水，并从第一冷却水出口和第二冷却水出口导出，以使所述内胎持较低温度，控制焊接变形；

在焊接完成后，旋动顶缸，将所述环圈和变形工件一并顶起，以取出所述变形工件。

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