CN116079270A - 一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，包括梁材本体，所述梁材本体的侧面固定连接有焊接飞边，相连的梁材本体连接为框架，且框架上的一端设置有端部接头，所述框架的内壁连接有待定型镁合金焊接件，所述待定型镁合金焊接件的内部螺纹连接有压杆螺栓，所述待定型镁合金焊接件的表面固定连接有压紧条，且压紧条套接在压杆螺栓的外部，所述压杆螺栓的一端连接有止推螺母。本发明通过上述等结构的配合，实现了焊接工艺中镁合金高性能、轻量化的复杂焊接结构连接方式及其制造方法，具有焊接飞缘的分支亚结构，焊接方法和工装，以及焊接后处理技术，给使用者的工作带来了便利。

Description

一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统

技术领域

本发明涉及镁合金焊接技术领域，具体为一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统。

背景技术

镁合金是运输装备轻量化的、电子信息和电磁装备结构高功能化等领域新崛起的先进金属材料，虽然铸造镁合金结构已经在航空航天器材、汽车摩托车结构、电子信息终端产品等方面获得了广泛应用，然而具有更高性能的变形镁合金产品，由于现在镁合金的化学、物理和力学性能与常见金属材料存在较大差异，业界至今并未充分认识到镁合金结构实现高性能的焊接设计的重要性，致使错误的认为镁合金不能焊接，或焊接性能很差，导致镁合金的高价值工程应用难以推广，严重制约了镁合金在工程结构中的轻量化、功能化、高效率化应用，给实际使用带来了一定的不利影响，因此需要进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，焊接工艺中镁合金高性能、轻量化的复杂焊接结构连接方式及其制造方法，具有焊接飞缘的分支亚结构，焊接方法和工装，以及焊接后处理技术的优点，给实际使用带来了一定的有利影响，解决了以上背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，包括梁材本体，所述梁材本体的侧面固定连接有焊接飞边，相连的梁材本体连接为框架，且框架上的一端设置有端部接头，所述框架的内壁连接有待定型镁合金焊接件，所述待定型镁合金焊接件的内部螺纹连接有压杆螺栓，所述待定型镁合金焊接件的表面固定连接有压紧条，且压紧条套接在压杆螺栓的外部，所述压杆螺栓的一端连接有止推螺母。

优选的，所述梁材本体组成框架中的复杂焊接结构，指具有较大尺寸的三位立体结构，同时具有空心/空腔、薄壁、多方向受力或其他场负荷、多个分支亚结构，不能采用一次或有限次的锻造制成的结构；所述空心/空腔，指的是该复杂焊接结构内部包含一个或多个能够容纳小于或略小于在复杂焊接结构尺寸的空间，用于安置内部装置或仪器仪表，尺寸空间范围可以在5.0～30000mm范围；所述薄壁，指的是焊接部件的厚度尺寸在0.25～15mm，；所述场载荷主要是指电磁场如电场、磁场、光场、热场、超声场等，以及力场如引力场、惯性力场等产生的负载；所述分支亚结构是指构成该复杂焊接结构的杆、板、空心或实心型材等通过塑性变形制成的一次工程结构。

优选的，所述梁材本体组成框架中的焊接结构，是指在整个结构中，存在不同尺寸、不同方向、不同位置甚至不同规格的，二个或2个以上的焊接接头。此处所谓的焊接接头指的是，包括但不限于熔化焊、压力焊或者钎焊；此处所谓的熔化焊，主要以TIG、MIG焊接方法为主的高效焊接方式。

优选的，所述焊接件结构设计、焊接材料和焊接工艺参数与焊后处理的焊接全流程技术；所述焊接结构设计，是指在确保该复杂焊接结构基本功能的前提下，有利于焊接实施、焊接接头性能优化、焊接工艺优化的精细设计方案，不同于常规结构的简单板、棒、型材设计。

优选的，所述焊接结构设计，分支亚结构，如杆、棒、板、型材的施焊部位，预先留出焊接接头所需要的飞缘，此飞缘的宽度、厚度与焊接材料、焊接工艺相匹配，以确保焊接质量和焊后缺陷的精准控制。

优选的，所述焊接结构设计，包括但不限于：结构内部拐角/弯角采取过渡圆弧设计，圆弧半径不小于该分支亚结构主体厚度的1/2；结构外部除非与其他结构连接必要，设置圆角，圆角的半径不小于该分支亚结构的厚度或等效厚度。

优选的，所述焊接材料，分为熔化焊材和钎焊焊料。所述熔化焊材为丝状，即焊丝，卷式供应或短杆式供应，直径为0.1～10.0mm，卷式焊丝的长度不短于80m，短杆式长度在25～1000mm之间；焊丝系由热挤压制成，焊丝表面为挤压状态，未接触任何非热挤压器件，无污染，具镁合金本体的良好导电性和摩擦特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统在用时，焊接工艺局部冷却/保温功能，由随动式压缩空气喷嘴/150～300℃热空气喷嘴，朝向需要冷却/保温的部位喷吹，其喷吹的位置、时间和喷嘴到焊接部件表面距离由控制系统随动调节；整体的镁合金焊接流程为分支亚结构中的焊件进行焊前清理，按照焊接飞缘表面的污染情况采用机械清理，如气动/手动的毛刷、尼龙刷、铜丝刷、刚丝刷、砂轮等打磨、抛光实现，或者采用或叠加使用化学清理，如稀磷酸、稀盐酸、稀硫酸、烧碱溶液等清洗，并吹干或烘干；整体的镁合金焊接焊后处理：包括但不限于整体结构退火、矫形、打磨、防护式钝化处理等方法，所述整体结构退火是指，将该焊接完成的构件固定在刚性较大的金属或陶瓷构架中，置入120～300℃的，具有保护气氛腔或真空腔的电炉或燃气炉中，保温5～120分钟，随炉冷却至200℃以下，再出炉缓慢冷却至室温，所述矫形是指，如果该复杂焊接结构发生局部畸形，则将其固定于刚性框架之内，利用螺栓或液压柱，顶住畸形部位的拱起部位，施加顶紧力，按照设计尺寸和实际畸形拱起的量的一定比例(如1：1.05～1：1.25)，固定顶紧力0.1～120mm，如果属复杂畸形，则需要在顶至所需位置后，对焊接接头和周边10～100mm范围进行加热，使接头温度达到100～300℃，并保持0.1～5.0分钟，如果一次矫正未能达成预定要求，则可进行第二次，或第三次矫形操作，最后所有矫形完成后，对该复杂焊接结构进行上述退火处理。

附图说明

图1为本发明梁材本体示意图；

图2为本发明梁材本体中边壁的示意图；

图3为本发明第一实例框架；

图4为本发明第二实例框架；

图5为本发明第三实例框架；

图6为本发明端部接头处示意图；

图7为本发明的A处放大图。

图中：1、梁材本体；2、焊接飞边；3、框架；4、端部接头；5、待定型镁合金焊接件；6、压杆螺栓；7、压紧条；8、止推螺母。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，包括梁材本体1，其特征在于：所述梁材本体1的侧面固定连接有焊接飞边2，相连的梁材本体1连接为框架3，且框架3上的一端设置有端部接头4，所述框架3的内壁连接有待定型镁合金焊接件5，所述待定型镁合金焊接件5的内部螺纹连接有压杆螺栓6，所述待定型镁合金焊接件5的表面固定连接有压紧条7，且压紧条7套接在压杆螺栓6的外部，所述压杆螺栓6的一端连接有止推螺母8，可通过梁材本体1进行组成多种不同形状结构的框架3。

实施例2：请参阅图1-7，本实施例与实施例1的区别在于：梁材本体1组成框架3中的复杂焊接结构，为较大尺寸的三位立体结构，且复杂焊接结构整体形状为空心和空腔、薄壁、多方向受力或其他场负荷、多个分支亚结构。支亚结构中如杆、棒、板、型材的施焊部位，预先留出焊接接头所需要的飞缘，所述飞缘的宽度、厚度与焊接材料、焊接工艺相匹配。框架3上结构内部拐角采取过渡圆弧设计，圆弧半径不小于该分支亚结构主体厚度的一半，圆角的半径不小于该分支亚结构的厚度或等效厚度。

实施例3：请参阅图1-7，本实施例与实施例1的区别在于：框架3上单个梁材本体1的端部接头4数量至少为两个，且焊接接头的焊接方法为熔化焊。焊接件结构设计、焊接材料和焊接工艺参数与焊后处理的焊接全流程技术，所述焊接结构设计为复杂焊接结构。

实施例4：请参阅图1-7，本实施例与实施例1的区别在于：熔化焊材为丝状，卷式供应或短杆式供应，直径为0.1～10.0mm，卷式焊丝的长度不短于80m，短杆式长度在25～1000mm之间；焊丝系由热挤压制成，焊丝表面为挤压状态。

工作原理：该一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统在用时，焊接工艺局部冷却/保温功能，由随动式压缩空气喷嘴/150～300℃热空气喷嘴，朝向需要冷却/保温的部位喷吹，其喷吹的位置、时间和喷嘴到焊接部件表面距离由控制系统随动调节；整体的镁合金焊接流程为分支亚结构中的焊件进行焊前清理，按照焊接飞缘表面的污染情况采用机械清理，如气动/手动的毛刷、尼龙刷、铜丝刷、刚丝刷、砂轮等打磨、抛光实现，或者采用或叠加使用化学清理，如稀磷酸、稀盐酸、稀硫酸、烧碱溶液等清洗，并吹干或烘干；整体的镁合金焊接焊后处理：包括但不限于整体结构退火、矫形、打磨、防护式钝化处理等方法，所述整体结构退火是指，将该焊接完成的构件固定在刚性较大的金属或陶瓷构架中，置入120～300℃的，具有保护气氛腔或真空腔的电炉或燃气炉中，保温5～120分钟，随炉冷却至200℃以下，再出炉缓慢冷却至室温，所述矫形是指，如果该复杂焊接结构发生局部畸形，则将其固定于刚性框架之内，利用螺栓或液压柱，顶住畸形部位的拱起部位，施加顶紧力，按照设计尺寸和实际畸形拱起的量的一定比例(如1：1.05～1：1.25)，固定顶紧力0.1～120mm，如果属复杂畸形，则需要在顶至所需位置后，对焊接接头和周边10～100mm范围进行加热，使接头温度达到100～300℃，并保持0.1～5.0分钟，如果一次矫正未能达成预定要求，则可进行第二次，或第三次矫形操作，最后所有矫形完成后，对该复杂焊接结构进行上述退火处理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，包括梁材本体(1)，其特征在于：所述梁材本体(1)的侧面固定连接有焊接飞边(2)，相连的梁材本体(1)连接为框架(3)，且框架(3)上的一端设置有端部接头(4)，所述框架(3)的内壁连接有待定型镁合金焊接件(5)，所述待定型镁合金焊接件(5)的内部螺纹连接有压杆螺栓(6)，所述待定型镁合金焊接件(5)的表面固定连接有压紧条(7)，且压紧条(7)套接在压杆螺栓(6)的外部，所述压杆螺栓(6)的一端连接有止推螺母(8)。

2.根据权利要求1所述的一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，其特征在于：所述梁材本体(1)组成框架(3)中的复杂焊接结构，为较大尺寸的三位立体结构，且复杂焊接结构整体形状为空心和空腔、薄壁、多方向受力或其他场负荷、多个分支亚结构。

3.根据权利要求1所述的一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，其特征在于：所述框架(3)上单个梁材本体(1)的端部接头(4)数量至少为两个，且焊接接头的焊接方法为熔化焊。

4.根据权利要求3所述的一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，其特征在于：所述焊接件结构设计、焊接材料和焊接工艺参数与焊后处理的焊接全流程技术，所述焊接结构设计为复杂焊接结构。

5.根据权利要求2所述的一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，其特征在于：所述支亚结构中如杆、棒、板、型材的施焊部位，预先留出焊接接头所需要的飞缘，所述飞缘的宽度、厚度与焊接材料、焊接工艺相匹配。

6.根据权利要求5所述的一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，其特征在于：所述框架(3)上结构内部拐角采取过渡圆弧设计，圆弧半径不小于该分支亚结构主体厚度的一半，圆角的半径不小于该分支亚结构的厚度或等效厚度。

7.根据权利要求3所述的一种面向高可靠性工程复杂结构的镁合金焊接结构及技术系统，其特征在于：所述熔化焊材为丝状，卷式供应或短杆式供应，直径为0.1～10.0mm，卷式焊丝的长度不短于80m，短杆式长度在25～1000mm之间；焊丝系由热挤压制成，焊丝表面为挤压状态。

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