CN205290244U - 基于平面位置的电子束焊接夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于平面位置的电子束焊接夹具，包括：水平的定位板和两块压紧板，所述压紧板横向间隔的压装在所述定位板的上面，在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上与通边槽孔相对应的位置设有键槽通孔，螺栓依次穿过所述键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固；两块压紧板之间的定位板中嵌装有一开口向上的引导槽，所述引导槽的开口与被焊试件的焊接接口位置相对应，本实用新型的基于平面位置的电子束焊接夹具结构简单，操作灵活，在电子束焊接的过程中，使被焊试件不发生刚性位移，引导槽的设置很好地保护了焊缝背部形貌，同时夹具提供较大严格的约束条件，也在一定程度上阻止了由于焊接热输入而导致的变形。
Description
技术领域
本实用新型属于焊接加工领域，具体来说涉及一种基于平面位置的电子束焊接夹具。
背景技术
焊接是在热、力或者两者同时的作用下，使工件达到原子间结合的一种热加工方法，焊接质量直接影响着产品的使用寿命。针对不同的材料，通常采用不同的焊接方法。电子束焊接技术，凭借功率密度大、焊缝深宽比大、焊接速度快、焊缝纯度高等优点，被广泛应用于航空航天、国防、汽车等领域。但是，由于电子束焊光斑的直径一般都是毫米级，导致在焊接过程中对工件的装配定位要求非常严格，稍有偏差，就会导致未焊透、崩塌等焊接缺陷。基于这种具有较高装配要求的现状，在某些情况下，现有夹具并不能满足特定试样的夹持要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于平面位置的电子束焊接夹具，该基于平面位置的电子束焊接夹具在整个焊接过程中固定被焊试件，防止被焊试件发生刚性位移，并减小焊接带来的变形。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种基于平面位置的电子束焊接夹具，包括：水平的定位板和两块压紧板，所述压紧板横向间隔的压装在所述定位板的上面，在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上与通边槽孔相对应的位置设有键槽通孔，螺栓依次穿过所述键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固，用于防止定位板和压紧板之间的被焊试件移动；两块压紧板之间的定位板中嵌装有一开口向上的引导槽，所述引导槽的开口与被焊试件的焊接接口位置相对应，用于防止被焊试件与定位板在电子束焊接时焊在一起。
在上述技术方案中，所述通边槽孔与压紧板外侧相通。
在上述技术方案中，螺母和压紧板之间设有垫片。
在上述技术方案中，所述压紧板对称设置在引导槽的两侧。
在上述技术方案中，所述引导槽的材质为铜，且其纵向截面的外廓为矩形。
在上述技术方案中，所述定位板的下面安装有支撑装置，所述支撑装置为竖直的支撑杆，所述支撑杆的上端与定位板的下面固装，支撑杆的下端与底座固装，其中，底座与定位板之间的距离为100—200mm。
在上述技术方案中，所述支撑杆的数量为四个，所述定位板为长方形，支撑杆分别固装在定位板下面的四个角上。
在上述技术方案中，两块所述压紧板的相对面为向上的斜面。
在上述技术方案中，所述键槽通孔和通边槽孔与螺柱均为间隙配合，用于调整压紧板与焊试件焊接接口的距离。
相比于现有技术，本实用新型的基于平面位置的电子束焊接夹具结构简单，操作灵活，可以很好地完成对被焊试件的夹持工作。在电子束焊接的过程中，使被焊试件不发生刚性位移，引导槽的设置很好地保护了焊缝背部形貌，同时夹具提供较大严格的约束条件，也在一定程度上阻止了由于焊接热输入而导致的变形。用本实用新型的基于平面位置的电子束焊接夹具夹持TC4钛合金并对TC4钛合金进行电子束焊接，电子束焊接后由于焊缝均匀，深冷处理后焊缝残余应力减小，焊接接头和母材的疲劳性能比较接近。
附图说明
图1是本实用新型的基于平面位置的电子束焊夹具的立体结构示意图；
图2是本实用新型的基于平面位置的电子束焊夹具的俯视图；
图3是本实用新型的基于平面位置的电子束焊夹具的侧视图；
图4是本实用新型的基于平面位置的电子束焊夹具的爆炸视图。
其中，1为压紧板，2为定位板，3为螺母，4为垫片，5为螺栓，6为支撑杆，7为底座，8为引导槽，9为键槽通孔，10为通边槽孔，11为压紧板的相对面，12为电子束焊枪，13被焊试件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的基于平面位置的电子束焊接夹具进行详细说明。
实施例1
如附图1-4所示，一种基于平面位置的电子束焊接夹具，包括：水平的定位板和两块压紧板，其中，定位板和两块压紧板的主要材料为不锈钢。压紧板横向间隔的压装在定位板的上面，两块压紧板的相对面为向上的斜面。
在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上且与通边槽孔相对应的位置设有与压紧板外侧相通的键槽通孔，其中，通边槽孔的宽度及通边槽孔之间的间隔距离分别与键槽通孔的宽度和键槽通孔之间的间隔距离相同。螺栓依次穿过键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固，螺母和压紧板之间设有垫片，用于防止定位板和压紧板之间的被焊试件移动，其中，两个压紧板的下面分别压装有一个被焊试件，两个焊接试件相接处为焊试件焊接接口。键槽通孔和通边槽孔与螺柱均为间隙配合，根据不同的工艺参数，调整压紧板与焊试件焊接接口的距离，使基于平面位置的电子束焊接夹具具有一定的调节范围。
两块压紧板中间的定位板中嵌装有一纵向截面外廓为矩形且开口向上的引导槽，引导槽的开口与被焊试件焊接接口的位置相对应，用于防止由于电子束焊的高热输入被焊试件与定位板在电子束焊接时焊在一起。引导槽的材质为散热性优良的铜，这样，一方面能增加散热速度，很快地将焊缝背部多余热量散失，另一方面也有效地保护了焊缝背面形貌。
长方形的定位板的下面的四个角上安装有四个竖直的圆柱形钢质的支撑杆，支撑杆的上端与定位板的下面固装，支撑杆的下端与底座固装，其中，底座与定位板之间的距离为15mm。
在本实用新型中，压紧板的主要作用是待被焊试件在定位板上确定位置之后，将其压在被焊试件上部，防止在电子束焊接过程中发生移动，两个压紧板的相对面的底边与焊接接口平行。
本实用新型的基于平面位置的电子束焊接夹具的使用方法为：将被焊试件放到定位板和压紧板之间，使引导槽的开口与被焊试件焊接接口的位置相对应，旋转螺母给压紧板施加向下的压力，从而实现对被焊试件的夹持，其中，根据螺母旋转的圈数，改变夹持力的大小。
用本实用新型的基于平面位置的电子束焊接夹具夹持有一平板形的被焊试件，两个压紧板的相对面的底边距离焊接接口的距离均为10mm。电子束焊接设备为TECHMETA真空电子束焊机，采用专用的CNC控制系统，可实现全自动焊接。被焊试件的材料为TC4钛合金，尺寸为100mm×50mm×8mm，电子束焊接参数如表1所示。
表1电子束焊接参数
| 加速电压 | 聚焦电流 | 电子束电流 | 焊接速度 |
| 60kV | 2550mA | 36～40mA | 1m/min |
完成电子束焊接后，被焊试件被焊透，焊缝深宽比大，被焊试件表面光洁平滑，较为平整。焊缝均匀一致，且基本看不到因热输入过大导致的焊接角变形。
将多个电子束焊接后的被焊试件分组浸入-198℃的液氮环境中，并设定不同的保温时间，研究不同的深冷时间对焊接残余应力的影响。采用盲孔法测量焊后残余应力，其中，所用测量设备为DH3821静态应变仪及钻孔设备，测量结果如表2所示。
表2不同深冷时间下的焊接残余应力
从表2中可以看出，由于利用本实用新型的夹具进行焊接得到的焊缝均匀，在未经深冷的情况下，所测得的焊缝横向残余应力最大值为85MPa，纵向残余应力最大值为144MPa，远低于TC4材料900MPa左右的屈服强度。经过不同的深冷时间，横向残余应力和纵向残余应力都有不同程度的降低，并随着深冷时间的增加，残余应力逐渐减小。
在20t高频疲劳试验机上进行电子束焊接后的疲劳试验。高频疲劳试验机静载精度为满量程±0.2％，动载振幅波动度为满量程±2％，载荷类型为拉伸载荷。循环比R＝0.5。本焊后疲劳试验采用107周次下疲劳极限来表征材料的疲劳强度。采用标准为GB/T3075-2008。试验结果如表3所示。
表3疲劳试验结果(R＝0.5)
由实验得出，TC4母材疲劳极限平均为250-255MPa，焊接接头疲劳极限平均为245-250MPa。由此可以得出，采用本实用新型的夹具进行电子束焊接后，焊接接头和母材的疲劳性能比较接近。
以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，包括：水平的定位板和两块压紧板，所述压紧板横向间隔的压装在所述定位板的上面，在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上与通边槽孔相对应的位置设有键槽通孔，螺栓依次穿过所述键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固，用于防止定位板和压紧板之间的被焊试件移动；两块压紧板之间的定位板中嵌装有一开口向上的引导槽，所述引导槽的开口与被焊试件的焊接接口位置相对应，用于防止被焊试件与定位板在电子束焊接时焊在一起。
2.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述通边槽孔与压紧板外侧相通。
3.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，螺母和压紧板之间设有垫片。
4.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述压紧板对称设置在引导槽的两侧。
5.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述引导槽的材质为铜，且其纵向截面的外廓为矩形。
6.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述定位板的下面安装有支撑装置，所述支撑装置为竖直的支撑杆，所述支撑杆的上端与定位板的下面固装，支撑杆的下端与底座固装，其中，底座与定位板之间的距离为100—200mm。
7.根据权利要求6所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述支撑杆的数量为四个，所述定位板为长方形，支撑杆分别固装在定位板下面的四个角上。
8.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，两块所述压紧板的相对面为向上的斜面。
9.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述键槽通孔和通边槽孔与螺柱均为间隙配合，用于调整压紧板与焊试件焊接接口的距离。
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