CN115889960A - 一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及其使用方法，涉及电子束焊接技术领域，解决了传统焊接方法在面对变高度、变厚度工件焊接时，焊缝质量不一致的问题。包括工装本体、若干压条和若干抱箍，工件放置于工装本体上，抱箍套于工件表面将工件固定于工装本体上，压条将工件压紧于工装本体上。本发明可整体结构简单，通过对设备参数的调整使变高度或变厚度工件可以在一次操作内完成焊接，有效提高焊接效率。

Description

一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及使用方法

技术领域

本发明主要涉及电子束焊接技术领域，具体为一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及使用方法。

背景技术

电子束焊接具有加热功率密度大、焊缝深宽比大、焊后变形小的特点。焊接时处于真空氛围，特别适用于活性强、纯度高和极易被大气污染的金属的焊接。其参数可调节范围广，适应性强，各种参数能各自单独进行调节，调节范围很宽。电子束流可从几毫安到几百毫安；加速电压可从及时千伏到几百千伏。焊接件厚度可从0.1mm一直到100mm。焊接接头焊后可靠性高，被广泛应用于航空、航天等高精尖领域。

电子束焊接主要参数包括加速电压、电子束流、焊接速度、聚焦电流及工作距离等。提高加速电压可增加焊缝熔深，这是由于提高加速电压不仅使电子束功率增加，而且改善了电子束流的聚焦性。电子束流增加，电子束功率增加，热输出增加，焊缝熔深增加。焊接速度增加，热输出降低，熔深变浅。聚焦电流改变可以改变磁透镜的焦距，进而改变焦点位置，从而实现上聚焦、下聚焦或表面聚焦。工作距离指磁透镜中心到焊件的距离。工作距离发生变化，电子束在工件表面上的能量密度发生改变。为保证焊缝质量一致性需满足电子束在工件上能量密度均匀一致。

目前国内的真空电子束焊机绝大部分为固定枪结构，通过平台或转盘移动实现工件焊接，这种方式焊接高度和厚度没有变化的工件是满足焊缝质量要求的。然而面对变高度和变厚度得复杂结构的工件则不能满足对焊缝质量的要求，则需要设计一种针对复杂结构工件的焊接工装、装置及方法来保证焊缝质量一致。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提到的技术问题，提出了一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及使用方法，适用于固定枪的电子束焊接设备，可以连续的对焊缝接头位置高度或焊接接头截面厚度发生变化的工件进行焊接操作。利用此方法可以实现对变高度、变厚度工件焊缝的一次性连续焊接，简化焊接过程，解决以往面对变高度、变厚度工件需通过多次多段焊接、必须调节焊缝处于同一水平面的问题，既能保证焊缝质量均匀一致同时也提高了焊接效率。

本发明提出了一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其主要包括工装本体、若干压条和若干抱箍，工件放置于工装本体上，抱箍套于工件表面将工件固定于工装本体上；压条将工件压紧于工装本体上，保证焊接过程工件稳定性并防止焊后变形。

更进一步地，所述工装本体包括芯轴、若干散热条和若干支撑结构，所述芯轴上安装有若干支撑，支撑结构上安装有散热条，散热条对焊接产生的热量进行传导。

更进一步地，所述支撑结构包括第一支撑、第二支撑和第三支撑，所述第一支撑、第二支撑和第三支撑均与散热条连接，第一支撑位于工装本体下部，第二支撑位于工装本体中部，第三支撑位于工装本体上部。

更进一步地，所述压条下端与第一卡阶连接固定，压条上端与第二卡阶连接固定。

更进一步地，所述第一支撑和第三支撑上设置有卡阶结构对压条位置进行固定。

更进一步地，所述压条与散热条配合，将工件压紧于散热条上。

更进一步地，所述抱箍分为左右两部分，两部分配合对工件进行固定。

更进一步地，所述抱箍包括第一抱箍和第二抱箍，第一抱箍固定工件下端，第二抱箍固定工件上端。

一种采用上述一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的焊接装置，包括变高度、变厚度工件电子束焊接工装和电子束焊机，所述芯轴装夹到电子束焊机转盘上。

一种采用上述一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的使用方法，它具体包括以下步骤：

a.将芯轴装夹到电子束焊机转盘上；

b.通过抱箍将工件安装到工装上；

c.对工件进行点焊，完成初步固定；

d.拆下抱箍；

e.安装压条将工件压紧；

f.调整设备参数，完成焊接。

本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及其使用方法的有益效果为：

(1)本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及其使用方法，工装整体结构简单，适用于变高度、变厚度工件的焊接操作，通过对设备参数的调整使变高度或变厚度工件可以在一次操作内完成焊接，有效提高焊接效率；

(2)本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及其使用方法，通过设置的散热条不仅可以对工件起到支撑作用，还可以对焊接时产生的热量进行传导，保证焊接过程工件的稳定性并有效控制了工件焊后变形的情况发生。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的工件剖视结构示意图；

图2是本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的装配体剖视结构示意图；

图3是本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的去掉压条的装配体剖视结构示意图；

图4是本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的焊接时焊缝距电子束焊枪距离关系图；

图5是本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的焊接时聚焦电流与工件位置关系图；

图6是本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的焊接时电子束流与工件接头厚度关系图；

图中：1-芯轴，2-散热条，3-支撑结构，31-第一支撑，32-第二支撑，33-第三支撑，4-压条，5-抱箍，6-工件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图1-图6说明本实施方式。本实施方式所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，包括工装本体、若干压条4和若干抱箍5，工件6放置于工装本体上，抱箍5套于工件6表面将工件6固定于工装本体上，压条4将工件6压紧于工装本体上，保证焊接过程中工件6的稳定性，使工件6在焊接时不会发生位置偏移或者变形，从而影响焊接质量。

所述工装本体包括芯轴1、若干散热条2和若干支撑结构3，所述芯轴1上安装有若干支撑结构3，支撑结构3上安装有散热条2，散热条2用于焊接时对工件6焊缝进行散热保证焊缝质量。

所述支撑结构3包括第一支撑31、第二支撑32和第三支撑33，所述第一支撑31、第二支撑32和第三支撑33均与散热条2连接，第一支撑31位于工装本体下部，第二支撑32位于工装本体中部，第三支撑33位于工装本体上部，通过第一支撑31、第二支撑32和第三支撑33对散热条2进行支撑，保证工装整体结构的稳定性。

所述第一支撑31和第三支撑33上均设置有螺栓孔，压条4下端与第一支撑31通过螺栓进行连接固定，压条4上端与第三支撑33通过螺栓进行连接固定。

所述第一支撑31和第三支撑33上设置有卡阶结构，通过设置的卡阶结构对压条4的位置进行固定。

所述压条4与散热条2配合，将工件6压紧于散热条2上，通过散热条2将工件6焊接时的产生的热量传导走。

所述抱箍5分为左右两部分，两部分配合对工件6进行固定，左右两部分之间通过螺栓连接。

所述抱箍5包括第一抱箍51和第二抱箍52，第一抱箍51固定工件6下端，第二抱箍52固定工件6上端，利用第一抱箍51和第二抱箍52将工件6固定于工装上，在对工件6完成点焊后将第一抱箍51和第二抱箍52拆除。

一种采用上述变高度、变厚度工件电子束焊接工装的焊接装置，包括变高度、变厚度工件电子束焊接工装和电子束焊机，所述芯轴1装夹到电子束焊机转盘上使工装可以跟随转盘转动。

一种采用上述变高度、变厚度工件电子束焊接工装的使用方法，它具体包括以下步骤：

a.将芯轴1装夹到电子束焊机转盘上；

b.通过抱箍5将工件6安装到工装上；

c.对工件6进行点焊，完成初步固定；

d.拆下抱箍5；

e.安装压条4将工件6压紧；

f.调整设备参数，完成焊接。

上述一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的具体使用方法及焊接过程：

如图1所示为本发明针对的一种变高度、变厚度工件，工件6一端为直筒结构，厚度为2mm且上下均匀一致。工件6另一端为锥筒结构，厚度由2mm线性均匀过渡到1.5mm。工件上有两条焊缝，焊接接头为对接形式。利用本发明所述的工装对工件6进行固定，调节焊接参数对此种接头形式的焊缝进行一次性连续焊接。用设备自带转盘对工件6进行180°旋转，实现一次抽真空完成两条竖向焊缝的焊接。

在焊接前，先酸洗、打磨工件6焊接位置内外两侧，去除灰尘、油污、残渣等。将待焊接工件6在工装上组装，先将芯轴1装夹到设备转盘上用于工件6旋转，使两条竖向焊缝在一次抽真空下完成焊接。第一支撑31、第二支撑32和第三支撑33用于对散热条2和工件6的支撑。散热条用于焊接时对工件6焊缝进行散热保证焊缝质量。将工件6贴合放置于散热条2上后，通过抱箍5对工件进行初步固定，使工件6不会从工装上滑落，在工件6焊缝位置进行点焊做初步固定；点焊完成后将抱箍5拆下，然后利用压条4将工件6压紧于散热条2上，对焊接时产生的热量进行传导，保证焊接过程工件6的稳定性以及有效控制焊后变形，如图2和图3所示。

将工件6和工装在设备上固定完成后，用水平仪对工件6直通段进行校平。测量焊接接头表面到电子束枪距离。实测距离为电子束枪距锥口端最高点距离255.3mm，直段距电子束枪距离200mm，如图4所示。对真空室和电子束枪抽真空，真空室要求真空度小于8×10^{- 4}mbar,电子束枪真空度小于10^-6mbar。

确定聚焦电流，焊接时表面聚焦，在锥口端最高点聚焦电流为2000mA，直筒段聚焦电流为1930mA，如图5所示。

确定电子束流，电子束流决定焊缝的熔深，选择的电子束流如图6所示，图中方块标记线条表示焊接接头厚度变化，圆点标记线条表示电子束流变化。

对焊接参数进行PLC编程，按焊接位置输入聚焦电流、电子束流参数。加速电压选择120KV，焊接速率选择1m/min。完成该焊缝焊接后转盘旋转180°，按相同参数进行焊接。

完成焊接后，对焊缝进行检验，目视检测焊缝内侧，不同高度、不同厚度下的焊缝均以焊后在背部形成熔池。对焊缝进行X射线检测，焊缝内部质量满足GJB 1718A-2005中的I级要求。

总结上述实施例，本申请所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及其使用方法，工装整体结构简单，适用于变高度、变厚度工件的焊接操作，通过对设备参数的调整使变高度、变厚度工件可以在一次操作内完成焊接，有效提高焊接效率；本发明所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装、装置及其使用方法，通过设置的散热条2不仅可以对工件6起到支撑作用，还可以对焊接时产生的热量进行传导，保证焊接过程工件的稳定性并有效控制了工件焊后变形的情况发生。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：包括工装本体、若干压条(4)和若干抱箍(5)，工件(6)放置于工装本体上，抱箍(5)套于工件(6)表面将工件(6)固定于工装本体上；压条(4)将工件(6)压紧于工装本体上，保证焊接过程工件(6)稳定性并防止焊后变形。

2.根据权利要求1所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述工装本体包括芯轴(1)、若干散热条(2)和若干支撑结构(3)，所述芯轴(1)上安装有若干支撑结构(3)，支撑结构(3)上安装有散热条(2)，散热条(2)对焊接产生的热量进行传导。

3.根据权利要求2所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述支撑结构(3)包括第一支撑(31)、第二支撑(32)和第三支撑(33)，所述第一支撑(31)、第二支撑(32)和第三支撑(33)均与散热条(2)连接，第一支撑(31)位于工装本体下部，第二支撑(32)位于工装本体中部，第三支撑(33)位于工装本体上部。

4.根据权利要求3所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述压条(4)下端与第一支撑(31)连接固定，压条(4)上端与第三支撑(33)连接固定。

5.根据权利要求4所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述第一支撑(31)和第三支撑(33)上设置有卡阶结构对压条(4)位置进行固定。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述压条(4)与散热条(2)配合，将工件(6)压紧于散热条(2)上。

7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述抱箍(5)分为左右两部分，两部分配合对工件(6)进行固定。

8.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装，其特征在于：所述抱箍(5)包括第一抱箍(51)和第二抱箍(52)，第一抱箍(51)固定工件(6)下端，第二抱箍(52)固定工件(6)上端。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的焊接装置，其特征在于：包括变高度、变厚度工件电子束焊接工装和电子束焊机，所述芯轴(1)装夹到电子束焊机转盘上使工装可以跟随转盘转动。

10.一种如权利要求1-8任一项所述的一种变高度、变厚度工件电子束焊接工装的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

a.将芯轴(1)装夹到电子束焊机转盘上；

b.通过抱箍(5)将工件(6)安装到工装上；

c.对工件(6)进行点焊，完成初步固定；

d.拆下抱箍(5)；

e.安装压条(4)将工件(6)压紧；

f.调整设备参数，完成焊接。

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