CN116652353A - 双侧盖板空腔结构的焊接组件及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双侧盖板空腔结构的焊接组件及焊接方法，其中，焊接组件包括空腔结构、主体框架、盖板、空腔结构压板、盖板压板以及旋转轴；空腔结构的正反面分别设置有多个开口，沿开口的周向设置有环状企口；主体框架设有容纳腔，空腔结构收容于容纳腔内；盖板装配于环状企口，以封闭开口；空腔结构压板分别连接于主体框架的相对两侧，且抵接于空腔结构，以将空腔结构固定于主体框架上；盖板压板分别连接于主体框架的相对两侧，且抵接于对应的盖板，以将盖板固定于空腔结构上；两个旋转轴分别设于主体框架的两端，用于与驱动装置连接以驱使主体框架旋转。本发明可以提高空腔结构和盖板装配、焊接的效率，提升其焊接质量。

Description

双侧盖板空腔结构的焊接组件及焊接方法

技术领域

本发明涉及电子束焊接技术领域，更具体地说，涉及一种双侧盖板空腔结构的焊接组件及焊接方法。

背景技术

为了满足飞机结构的减重、增效的需求，具有内部空腔特征的零件被大量的、广泛的设计应用。这类大型空腔的零件，通常由主体空腔结构和盖板组成，采用焊接冶金连接方法实现整体化制造。空腔零件的焊接制造，不仅提高结构强度和刚性，而且可实现结构的减重、轻量化，提升飞行器的结构使用性能，促进航空制造技术发展。

在众多的焊接连接技术中，电子束焊接变形小，焊缝性能优良，在真空环境焊接，焊缝质量高，焊接过程由PLC控制，焊接精度高等优点，非常适合飞机结构和材料的焊接，如飞机滑轨、发动机进气机匣等。

由于材料含碳量高、强度高及淬硬倾向大等因素影响，超高强度钢空腔零件的焊接难度大，主要涉及剩磁导致束流偏移、焊接裂纹控制以及焊接变形控制等难题，双侧盖板电子束焊接也面临着同样的问题。

对于空腔结构，采用电子束焊接方法连接双侧盖板，一般是先将两侧盖板装配到空腔结构，之后将空腔结构安装到真空电子束焊机的真空室内，通过焊机的运动系统带动空腔结构进行其中一面盖板的焊接，完成后再进行另一面的焊接。但这个过程中存在几个问题和难点：

1、为了保证装配质量，通常采用夹具固定的方式对待焊工件进行约束，而对于双侧盖板的空腔结构，由于夹具会遮挡电子束焊接路径，导致焊缝无法完整焊接，因此无法通过夹具对盖板和空腔结构本体进行装夹。

2、在焊接工艺方面，常规等厚度穿透焊接时，穿透的束流易造成另一侧焊接位置的污染和烧伤；为了降低焊接变形，需要对构件进行多次翻面，翻面就需要多次开关真空室，不仅导致装配和焊接效率大大降低，而且多次开关真空室使得构件在焊接过程中暴露在非真空环境中，焊接位置的表面接触氧气容易氧化，不利于焊接位置的表面保护。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有的双侧盖板的空腔结构的焊接过程中，存在夹具会遮挡电子束焊接路径、束流易造成另一侧焊接位置的污染和烧伤、以及装配和焊接效率低的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种双侧盖板空腔结构的焊接组件，包括空腔结构、主体框架、盖板、空腔结构压板、盖板压板以及旋转轴；所述空腔结构的正反面分别设置有多个开口，沿所述开口的周向设置有环状企口；所述主体框架设有容纳腔，所述空腔结构收容于所述容纳腔内；所述盖板装配于所述环状企口，以封闭所述开口；所述空腔结构压板分别连接于所述主体框架的相对两侧，且抵接于所述空腔结构，以将所述空腔结构固定于所述主体框架上；所述盖板压板分别连接于所述主体框架的相对两侧，且抵接于对应的所述盖板，以将所述盖板固定于所述空腔结构上；两个所述旋转轴分别设于所述主体框架的两端，用于与驱动装置连接以驱使所述主体框架旋转。

优选地，所述盖板与所述环状企口的装配间隙为0.02～0.05mm。

优选地，所述双侧盖板空腔结构的焊接组件还包括紧固件，所述紧固件紧固连接所述空腔结构压板与所述主体框架，和/或所述紧固件紧固连接所述盖板压板与所述主体框架。

优选地，所述空腔结构压板与所述盖板错位设置。

优选地，所述空腔结构内设有空腔，所述开口与所述空腔相连通，且空腔结构的正反面上的开口相对设置。

优选地，所述空腔结构压板具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均连接于所述主体框架，所述空腔结构压板的中部抵接于所述空腔结构。

第二方面，本发明提供一种双侧盖板空腔结构的焊接方法，使用上述技术方案中任一项所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件进行焊接，所述焊接方法包括以下步骤：

步骤一、将各部件装配形成所述双侧盖板空腔结构的焊接组件；

步骤二、将所述双侧盖板空腔结构的焊接组件放置于真空室内，且将所述旋转轴与驱动装置连接，所述驱动装置能够驱动所述主体框架翻转；

步骤三、关闭真空室抽真空，采用电子束焊接将所述盖板点焊定位于所述空腔结构上；

步骤四、破真空，从所述主体框架上拆除所述盖板压板；

步骤五、关闭真空室抽真空，采用电子束焊接沿所述开口的周向将所述盖板焊接固定于所述空腔结构上，采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板的焊接。

优选地，所述空腔结构具有相对设置的正面侧和反面侧，所述正面侧间隔设置有第一开口和第二开口，所述反面侧间隔设置有第三开口和第四开口，所述第一开口与所述第三开口相对设置，所述第二开口与所述第四开口相对设置。

优选地，所述步骤三中采用电子束焊接将所述盖板点焊定位于所述空腔结构上包括：依次点焊所述第一开口上的盖板、所述第二开口上的盖板、所述第三开口上的盖板以及所述第四开口上的盖板。

优选地，所述步骤五中所述采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板的焊接包括：依次焊接所述第一开口的周向焊缝、所述第四开口的周向焊缝、所述第二开口的周向焊缝和所述第三开口的周向焊缝。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案至少具有如下优点：

1、在空腔结构的开口的周向设置环状企口，既可用于定位装配、支撑盖板结构，又可阻隔电子束束流对另一侧盖板焊接位置的影响，避免焊接飞溅污染和束流烧伤。

2、本发明提供的双侧盖板空腔结构的焊接组件，通过将空腔结构压板分别连接于主体框架的相对两侧，且抵接于空腔结构，实现其对空腔结构的刚性夹持，而且空腔结构压板并不会遮挡盖板，因此空腔结构压板不会对电子束焊接路径产生干涉；通过盖板压板分别连接于主体框架的相对两侧，且抵接于盖板，实现其对盖板的刚性夹持，盖板压板首先只部分遮挡盖板的焊接位置，此时可以实现将盖板点焊固定于空腔结构上，然后拆除盖板压板，将盖板完全焊接固定于空腔结构上，进而实现空腔结构和盖板的快速装配定位；同时，还设置有旋转轴，两个旋转轴分别设于主体框架的两端，用于与驱动装置连接以驱使主体框架旋转，可实现空腔结构和盖板的翻面焊接，不用打开真空室人工进行翻转，提高了装配和焊接效率、保护了焊接位置。

3、采用电子束定位焊消除了氩弧焊点焊氧化、钨夹杂的风险，焊点强度高有利于避免焊接热变形导致焊接间隙变化，降低了后续产生焊漏、焊塌缺陷的几率。采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板的焊接，可降低盖板焊接时的相互热积累影响，降低焊接的应力变形，有助于提高焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是现有技术中空腔结构与盖板的装配结构示意图。

图2是图1中A-A处的剖视图。

图3是本发明实施例提供的空腔结构与盖板的装配结构示意图。

图4是图3中B-B处的剖视图。

图5是本发明实施例提供的双侧盖板空腔结构的焊接组件的主视图。

图6是本发明实施例提供的双侧盖板空腔结构的焊接组件的后视图。

图7是本发明实施例提供的双侧盖板空腔结构的焊接组件的侧视图。

图中各附图标记为：

100、双侧盖板空腔结构的焊接组件；

1、空腔结构；2、主体框架；3、盖板；4、空腔结构压板；5、盖板压板；6、旋转轴；7、紧固件；

11、开口；12、空腔；13、正面侧；14、反面侧；21、容纳腔；41、第一端；42、第二端；111、环状企口；131、第一开口；132、第二开口；141、第三开口；142、第四开口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明，而不是指示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”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：

如图1和图2所示，这是目前现有技术中的空腔结构1与盖板3的装配结构示意图，一般是按图1和图2所示的装配方式将盖板3装配于空腔结构1上，该种装配方式存在以下问题：

在电子束焊接过程中，由于电子束的能量比较大，在焊接空腔结构1与盖板3之间的间隙时，电子束的能量容易穿透间隙造成另一侧构件或焊接位置的污染和烧伤。

如图3、图4、图5、图6以及图7所示，本发明实施例提供一种双侧盖板空腔结构的焊接组件100，包括空腔结构1、主体框架2、盖板3、空腔结构压板4、盖板压板5以及旋转轴6；空腔结构1的正反面分别设置有多个开口11，沿开口11的周向设置有环状企口111；主体框架2设有容纳腔21，空腔结构1收容于容纳腔21内；盖板3装配于环状企口111，以封闭开口11；空腔结构压板4分别连接于主体框架2的相对两侧，且抵接于空腔结构1，以将空腔结构1固定于主体框架2上；盖板压板5分别连接于主体框架2的相对两侧，且抵接于对应的盖板3，以将盖板3固定于空腔结构1上；两个旋转轴6分别设于主体框架2的两端，用于与驱动装置连接以驱使主体框架2。

具体地，上述驱动装置包括设备的转台，该转台上设置有可以驱使其转动的旋转电机，旋转电机旋转可以带动主体框架2进行翻转；上述驱动装置还包括设备的尾顶，尾顶用于夹紧主体框架2，避免其在旋转过程中发生摆动。由于开口11的周向设置有环状企口111，盖板3装配于环状企口111处，环状企口111不仅可以在将盖板3装配到空腔结构1上时起到支撑盖板3的作用，而且还可以阻隔电子束束流对另一侧盖板3的焊接位置或空腔结构1的影响，避免电子束束流烧伤和金属飞溅蒸气的污染。空腔结构压板4可以将空腔结构1压紧装配至主体框架2上，盖板压板5可以将盖板3定位压紧装配至空腔结构1上，进而实现空腔结构1、主体框架2和盖板3之间的固定，实现盖板3与空腔结构1焊接位置的定位。更具体地，作为本申请的一个优选实施例，容纳腔21的宽度可以设计为与空腔结构1的宽度相等，其既可以实现将空腔结构1快速装配于主体框架2上，同时主体框架2的内壁面又可以起到支撑空腔结构1的作用。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，盖板3与环状企口111的装配间隙为0.02～0.05mm。盖板3和空腔结构1装配时，两者间隙过大（大于0.1mm），易导致焊接质量差、焊缝塌陷、焊接一侧盖板3时另一侧盖板3易受重力滑落等问题；两者间隙过小（小于0.02mm），易导致装配困难；盖板3边缘一旦低于空腔结构1的外表面，便无法将其取出。因此应当选择上述范围内的装配间隙。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，双侧盖板空腔结构的焊接组件100还包括紧固件7，紧固件7紧固连接空腔结构压板4与主体框架2；通过紧固件7紧固连接空腔结构压板4与主体框架2，使得空腔结构压板4与主体框架2可拆卸连接，进而方便将空腔结构压板4安装在主体框架2上，或者将空腔结构压板4从主体框架2上拆卸下来。在另一个实施例中，紧固件7紧固连接盖板压板5与主体框架2。通过紧固件7紧固连接盖板压板5与主体框架2，使得盖板压板5与主体框架2可拆卸连接，进而方便将盖板压板5安装在主体框架2上，或者将盖板压板5从主体框架2上拆卸下来。具体地，紧固件7包括但不限于螺丝、螺栓等。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，空腔结构压板4与盖板3错位设置。使得空腔结构压板4的安装位置与盖板3的安装位置错开，在焊接过程中，空腔结构压板4不会遮盖盖板3上的焊接位置，进而避免空腔结构压板4对盖板3的焊接过程产生干涉。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，空腔结构1内设有空腔12，开口11与空腔12相连通，且空腔结构1的正反面上的开口11相对设置。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，空腔结构压板4具有第一端41和第二端42，第一端41和第二端42均连接于主体框架2，空腔结构压板4的中部抵接于空腔结构1。第一端41和第二端42均连接于主体框架2，以将空腔结构压板4固定连接在主体框架2上，同时空腔结构压板4的中部抵接于空腔结构1，使得空腔结构压板4可以对空腔结构1的移动产生限位，进而实现相对设置的两块空腔结构压板4夹持住空腔结构1。该种夹持方式既能实现对空腔结构1的刚性夹持，防止其在焊接过程中发生移动，实现焊接位置的定位，同时空腔结构压板4与盖板3错位设置，又不会干涉盖板3上的焊接位置。

第二方面，本发明提供一种双侧盖板空腔结构的焊接方法，使用上述实施例中任一种双侧盖板空腔结构的焊接组件100进行焊接，该焊接方法包括以下步骤：

步骤一、将各部件装配形成双侧盖板空腔结构的焊接组件100；具体地，可以按照上述实施例中的描述并结合图3-图7所示的方式进行组装。

步骤二、将双侧盖板空腔结构的焊接组件100放置于真空室内，且将旋转轴6与驱动装置连接，驱动装置能够驱动主体框架2翻转；将双侧盖板空腔结构的焊接组件100放置于真空室内进行焊接，以隔绝外界环境中的其他气体和杂质，避免双侧盖板空腔结构的焊接组件100在焊接过程中产生氧化和夹杂。

步骤三、关闭真空室抽真空，采用电子束焊接将盖板3点焊定位于空腔结构1上；在现有技术中，一般采用氩弧焊将盖板3点焊固定于空腔结构1上；本实施例采用电子束焊将盖板3点焊固定于空腔结构1上，消除了氩弧焊点焊氧化、钨夹杂的风险，电子束焊的焊点强度高，有利于避免焊接热变形导致焊接间隙变化，降低了后续产生焊漏、焊塌缺陷的几率。

步骤四、破真空，从主体框架2上拆除盖板压板5；从主体框架2上拆除盖板压板5，以解除盖板压板5对盖板3上焊接位置的遮盖，方便后续进行盖板3上焊接位置的焊接。

步骤五、关闭真空室抽真空，采用电子束焊接沿开口的周向将盖板3焊接固定于空腔结构1上，采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板3的焊接。

如图5、图6所示，作为本实施例的其中一种可选实施方式，空腔结构1具有相对设置的正面侧13和反面侧14，正面侧13间隔设置有第一开口131和第二开口132，反面侧14间隔设置有第三开口141和第四开口142，第一开口131与第三开口141相对设置，第二开口132与第四开口142相对设置。

如图5、图6所示，作为本实施例的其中一种可选实施方式，步骤三中采用电子束焊接将盖板3点焊定位于空腔结构1上包括：依次点焊第一开口131上的盖板3、第二开口上132的盖板3、第三开口141上的盖板3以及第四开口142上的盖板3。采用上述同侧依次焊接的方式实现各盖板3与空腔结构1的焊接定位，提升了焊接效率。

如图5、图6所示，作为本实施例的其中一种可选实施方式，步骤五中采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板3的焊接包括：依次焊接第一开口131的周向焊缝、第四开口142的周向焊缝、第二开口132的周向焊缝和第三开口141的周向焊缝。采用上述焊接顺序可以降低盖板3与空腔结构1在焊接过程中的相互热积累影响，降低盖板3与空腔结构1在焊接过程中的应力变形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双侧盖板空腔结构的焊接组件，其特征在于，包括：

空腔结构，所述空腔结构的正反面分别设置有多个开口，沿所述开口的周向设置有环状企口；

主体框架，所述主体框架设有容纳腔，所述空腔结构收容于所述容纳腔内；

盖板，所述盖板装配于所述环状企口，以封闭所述开口；

空腔结构压板，所述空腔结构压板分别连接于所述主体框架的相对两侧，且抵接于所述空腔结构，以将所述空腔结构固定于所述主体框架上；

盖板压板，所述盖板压板分别连接于所述主体框架的相对两侧，且抵接于对应的所述盖板，以将所述盖板固定于所述空腔结构上；

旋转轴，两个所述旋转轴分别设于所述主体框架的两端，用于与驱动装置连接以驱使所述主体框架旋转。

2.如权利要求1所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件，其特征在于，所述盖板与所述环状企口的装配间隙为0.02～0.05mm。

3.如权利要求1所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件，其特征在于，所述双侧盖板空腔结构的焊接组件还包括紧固件，所述紧固件紧固连接所述空腔结构压板与所述主体框架，和/或所述紧固件紧固连接所述盖板压板与所述主体框架。

4.如权利要求1所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件，其特征在于，所述空腔结构压板与所述盖板错位设置。

5.如权利要求1所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件，其特征在于，所述空腔结构内设有空腔，所述开口与所述空腔相连通，且空腔结构的正反面上的开口相对设置。

6.如权利要求1所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件，其特征在于，所述空腔结构压板具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均连接于所述主体框架，所述空腔结构压板的中部抵接于所述空腔结构。

7.一种双侧盖板空腔结构的焊接方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一项所述的双侧盖板空腔结构的焊接组件进行焊接，所述焊接方法包括以下步骤：

步骤一、将各部件装配形成所述双侧盖板空腔结构的焊接组件；

步骤二、将所述双侧盖板空腔结构的焊接组件放置于真空室内，且将所述旋转轴与驱动装置连接，所述驱动装置能够驱动所述主体框架翻转；

步骤三、关闭真空室抽真空，采用电子束焊接将所述盖板点焊定位于所述空腔结构上；

步骤四、破真空，从所述主体框架上拆除所述盖板压板；

步骤五、关闭真空室抽真空，采用电子束焊接沿所述开口的周向将所述盖板焊接固定于所述空腔结构上，采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板的焊接。

8.如权利要求7所述的双侧盖板空腔结构的焊接方法，其特征在于，所述空腔结构具有相对设置的正面侧和反面侧，所述正面侧间隔设置有第一开口和第二开口，所述反面侧间隔设置有第三开口和第四开口，所述第一开口与所述第三开口相对设置，所述第二开口与所述第四开口相对设置。

9.如权利要求8所述的双侧盖板空腔结构的焊接方法，其特征在于，所述步骤三中采用电子束焊接将所述盖板点焊定位于所述空腔结构上包括：依次点焊所述第一开口上的盖板、所述第二开口上的盖板、所述第三开口上的盖板以及所述第四开口上的盖板。

10.如权利要求8所述的双侧盖板空腔结构的焊接方法，其特征在于，所述步骤五中所述采用正反面对角交错的顺序依次进行各盖板的焊接包括：依次焊接所述第一开口的周向焊缝、所述第四开口的周向焊缝、所述第二开口的周向焊缝和所述第三开口的周向焊缝。