CN1240512C - 随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置 - Google Patents
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Abstract
随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置，它涉及薄壁金属焊接应力变形的控制装置。该装置可解决随焊冲击法存在锤头偏摆震动较大，需要增加导向机构的问题。本发明气泵(1)的出口端与减压阀(2)的入口端固定连接，减压阀(2)的出口端与继电器(4)的一端连接，在减压阀(2)与继电器(4)之间固定有稳压储气筒(3)，继电器(4)的另一端与调速阀(5)的入端固定连接，调速阀(5)的出端与冲击碾压机头(7)之间由管路固定连接，调速阀(5)与冲击碾压机头(7)之间的管路上固定有近端储气筒(6)。本发明具有设备简单小巧、工作稳定可靠、寿命长的优点，能将薄壁材料焊接残余应力和变形控制在常规焊接状态的1/10左右，也可将表面拉应力变为压应力状态，防止焊接热裂纹的产生。
Description
技术领域：本发明涉及薄壁金属焊接应力变形的控制装置。该装置可以同时解决减小焊接应力、变形、细化晶粒、防止焊接热裂纹等多项技术问题。
背景技术：高强薄壁材料焊接，应力变形大、容易出现热裂纹，焊后需要矫形、热处理，增大生产成本，影响产品质量，甚至出现废品。为解决上述问题，国内外曾提出随焊碾压、静态和动态温差拉伸、随焊锤击等多种方法及实现这些方法的装置，它们普遍存在生产效率低、成本较高、工作环境较差，特别是随焊碾压法，存在设备庞大、冲击碾压轮尺寸较大、和焊枪互相干涉、容易产生打弧现象，很难用于实际生产。随焊冲击法存在锤头偏摆震动较大，需要增加导向机构的缺点。
发明内容：本发明的目的是研制一种随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置，它具有使用方便、成本低、接头质量好，既能控制直焊缝，又能控制封闭焊缝应力变形，而且可以有效防止产生焊接热裂纹的特点。本发明由气泵1、减压阀2、稳压储气筒3、继电器4、调速阀5、近端储气筒6和冲击碾压机头7组成；气泵1的出口端与减压阀2的入口端固定连接，减压阀2的出口端与继电器4的一端连接，在减压阀2与继电器4之间固定有稳压储气筒3，继电器4的另一端与调速阀5的入端固定连接，调速阀5的出端与冲击碾压机头7之间由管路固定连接，调速阀5与冲击碾压机头7之间的管路上固定有近端储气筒6。本发明具有设备简单小巧、工作稳定可靠、使用寿命长，能将薄壁材料焊接残余应力和变形控制在常规焊接状态的1/10左右，也可将表面拉应力变为压应力状态，防止焊接热裂纹产生的优点。
附图说明：图1是本发明的整体结构示意图，图2是冲击碾压机头7的结构示意图，图3是冲击碾压机头7上的冲击碾压前轮28的结构示意图，图4是冲击碾压机头7上的冲击碾压后轮16的结构示意图。
具体实施方式：本实施方式(见图1)由气泵1、减压阀2、稳压储气筒3、继电器4、调速阀5、近端储气筒6和冲击碾压机头7组成；气泵1的出口端与减压阀2的输入端固定连接，减压阀2的输出端与继电器4的一端连接，在减压阀2与继电器4之间固定有稳压储气筒3，继电器4的另一端与调速阀5的入端固定连接，调速阀5的出端与冲击碾压机头7之间由管路固定连接，调速阀5与冲击碾压机头7之间的管路上固定有近端储气筒6。(见图2)冲击碾压机头7由气锤支架8、减振座9、活塞10、冲击传力杆11、上缸排气整流罩12、下缸排气整流罩13、销轴14、冲击碾压轮轴15、冲击碾压后轮16、减振弹簧17、气锤18、控制气阀19、气缸20、气缸上排气孔21、气缸下排气孔22、压缩弹簧23、导向夹持叉25、扭簧26、冲击碾压轮座27、冲击碾压前轮28组成；气锤18固定在气锤支架8内的中部，气锤18上部的气锤支架8内固定有减振座9，减振座9的上部与气锤支架8的顶盖之间设有减振弹簧17，气锤18的下部固定有气缸20，气缸20的上部设有控制气阀19，气缸20的内部设有活塞10，活塞10下部的气缸20的中心处设有冲击传力杆11，气缸20的外侧下部与气锤支架8之间固定有上缸排气整流罩12，冲击传力杆11上设有下缸排气整流罩13，下缸排气整流罩13与气缸20的底端之间的冲击传力杆11上设有压缩弹簧23，气缸20的下端设有气缸下排气孔22，气缸20的侧端设有气缸上排气孔21，气缸上排气孔21与气锤支架8上的孔相连通，冲击传力杆11的下端由销轴14与冲击碾压轮座27的中部相连接，冲击碾压轮座27的前后两端分别固定有导向夹持叉25，前端的导向夹持叉25上由冲击碾压轮轴15固定有冲击碾压前轮28，后端的导向夹持叉25上由冲击碾压轮轴15固定有冲击碾压后轮16，销轴14与冲击碾压轮座27前后两端的导向夹持叉25上设有扭簧26。(见图3)冲击碾压前轮28的曲面上设有环向凹槽28-1。(见图4)冲击碾压后轮16的曲面上设有环向凸起16-1。
工作过程：活塞10向下运动对冲击传力杆11和冲击碾压轮座27施加一个冲击力，这个冲击力通过冲击碾压轮座27和冲击碾压后轮16、冲击碾压前轮28的配合面传递给冲击碾压后轮16、冲击碾压前轮28，最终作用到工件30上。这时冲击碾压轮被巨大的冲击力紧紧的压在工件30的表面上，由于工件30与冲击碾压后轮16、冲击碾压前轮28之间存在水平方向的相对运动，所以这是一个冲击加碾压的综合过程；冲击作用时间是十分短暂的，当冲击过程结束时，在冲击反作用力的作用下，冲击碾压轮座27和冲击传力杆11向上弹起，在扭簧26的压力作用下，冲击碾压后轮16、冲击碾压前轮28与其冲击碾压轮座27脱离仍然被压在工件30表面上，并随同整个冲击碾压机构(或工件)的运动而向前滚动。由上述可知，在压簧压力和冲击力反作用力的共同作用下，冲击传力杆11和冲击碾压轮座27实际上是在做谐振运动，而冲击碾压后轮16、冲击碾压前轮28在做一停一转的间歇运动，但由于机构的工作频率较高(50-100Hz)，冲击作用时间很短，所以机构工作时，用肉眼观察，感觉冲击碾压后轮16、冲击碾压前轮28在不停的转动。冲击碾压前轮28，它的形状是内凹的，工作时它跟随在焊接电弧29的后面，并紧紧地压在焊缝两侧的焊趾部位。当冲击碾压轮座27向下冲击时，冲击碾压前轮28就给焊趾施加一个冲击碾压力。由前轮与工件的接触面形状可知，这个冲击力可以分解为一个向下沿轮周前后挤压的纵向分力，和一个向下沿前轮内凹面向焊缝中心挤压的横向分力。由于前轮冲击碾压力作用的区域离焊接熔池较近，温度相对较高，且前轮冲击碾压作用区的内侧金属温度高于外侧，使其作用区内的金属在横向上更有利于向焊缝中心流动，这样当前轮向下冲击时，就对处于脆性温度区间的金属施加一个横向挤压应变，从而抵消能致裂的拉伸应变，达到防止焊接热裂纹的目的。冲击碾压后轮16，它的形状是外凸的，工作时它紧紧的压在焊缝部位，当冲击碾压轮座27向下冲击时，冲击碾压后轮16就给焊缝一个冲击碾压力，由后轮与工件的接触面形状可知，这个冲击力可分解为一个向下并沿轮周方向前后挤压的纵向分力，和一个向下并沿后轮外凸面向焊缝两侧挤压的横向分力，由于纵向和横向曲率半径存在差异，横向分力要大于纵向分力。这样，就能将焊缝金属冷却收缩产生的纵、横向都充分延展，降低了焊接残余应力，减小了焊接变形：既可减小平板直焊缝纵向收缩引起的纵向挠曲变形；又可控制平板环形封闭焊缝收缩引起的马鞍形波浪变形，以及壳体环形封闭焊缝收缩引起的塌陷变形。
Claims (4)
1、随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置，它由气泵(1)、减压阀(2)、稳压储气筒(3)、继电器(4)、调速阀(5)、近端储气筒(6)和冲击碾压机头(7)组成；其特征在于气泵(1)的出口端与减压阀(2)的入口端固定连接，减压阀(2)的出口端与继电器(4)的一端连接，在减压阀(2)与继电器(4)之间固定有稳压储气筒(3)，继电器(4)的另一端与调速阀(5)的入端固定连接，调速阀(5)的出端与冲击碾压机头(7)之间由管路固定连接，调速阀(5)与冲击碾压机头(7)之间的管路上固定有近端储气筒(6)。
2、根据权利要求1所述的随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置，其特征在于冲击碾压机头(7)由气锤支架(8)、减振座(9)、活塞(10)、冲击传力杆(11)、上缸排气整流罩(12)、下缸排气整流罩(13)、销轴(14)、冲击碾压轮轴(15)、冲击碾压后轮(16)、减振弹簧(17)、气锤(18)、控制气阀(19)、气缸(20)、气缸上排气孔(21)、气缸下排气孔(22)、压缩弹簧(23)、导向夹持叉(25)、扭簧(26)、冲击碾压轮座(27)、冲击碾压前轮(28)组成；气锤(18)固定在气锤支架(8)内的中部，气锤(18)上部的气锤支架(8)内固定有减振座(9)，减振座(9)的上部与气锤支架(8)的顶盖之间设有减振弹簧(17)，气锤(18)的下部固定有气缸(20)，气缸(20)的上部设有控制气阀(19)，气缸(20)的内部设有活塞(10)，活塞(10)下部的气缸(20)的中心处设有冲击传力杆(11)，气缸(20)的外侧下部与气锤支架(8)之间固定有上缸排气整流罩(12)，冲击传力杆(11)上设有下缸排气整流罩(13)，下缸排气整流罩(13)与气缸(20)的底端之间的冲击传力杆(11)上设有压缩弹簧(23)，气缸(20)的下端设有气缸下排气孔(22)，气缸(20)的侧端设有气缸上排气孔(21)，气缸上排气孔(21)与气锤支架(8)上的孔相连通，冲击传力杆(11)的下端由销轴(14)与冲击碾压轮座(27)的中部相连接，冲击碾压轮座(27)的前后两端分别固定有导向夹持叉(25)，前端的导向夹持叉(25)上由冲击碾压轮轴(15)固定有冲击碾压前轮(28)，后端的导向夹持叉(25)上由冲击碾压轮轴(15)固定有冲击碾压后轮(16)，销轴(14)与冲击碾压轮座(27)前后两端的导向夹持叉(25)上设有扭簧(26)。
3、根据权利要求2所述的随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置，其特征在于冲击碾压前轮(28)的曲面上设有环向凹槽(28-1)。
4、根据权利要求2所述的随焊冲击碾压控制焊接应力变形的装置，其特征在于冲击碾压后轮(16)的曲面上设有环向凸起(16-1)。
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