CN206912484U - 一种焊接施压工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种焊接施压工装，涉及焊接设备技术领域。该焊接施压工装包括两个压力提供环体结构，为可分离配合的外层锁紧环与内层施压环；其中外层锁紧环与内层施压环用于共同配合向待焊工件提供焊接压力。在扩散焊接的过程中，在温度与压力的共同作用下；当内层施压环的线膨胀系数不小于外层锁紧环的线膨胀系数时，内层工件膨胀量大，而外层工件膨胀量小，内层工件向外膨胀的趋势受到外层工件的约束，从而使内层工件受到压应力，此部分压应力即可作为焊接过程中所需要的焊接压力。该焊接施压工装结构简单适用，操作简便，使用可靠，大量的节约人力物力，具有良好的经济效应。

Description

一种焊接施压工装

技术领域

本实用新型涉及焊接设备技术领域，具体而言，涉及一种焊接施压工装。

背景技术

扩散焊接是一种在真空或保护气氛下通过加热、加压将固相材料焊接到一起的焊接方法，属于压力焊接范畴。因此，焊接过程中给被焊工件提供压力为被焊工件是否可以实现焊接的必要条件。也因此，扩散焊接大量应用于易于施加压力的平面结构及平滑曲面结构中。

目前，对于难于施加焊接压力的环形结构，大倾角锥度结构则应用极少，不得不采用工艺复杂的热等静压工艺，操作繁琐，耗费人力物力。

实用新型内容

本实用新型的实施例的目的在于提供一种可提供环向焊接压力的焊接施压工装，旨在解决现有技术中的在扩散焊接过程中难于施加焊接压力的环形工件，所采用的复杂工艺而导致的焊接效率低下、人力物力的浪费等问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种焊接施压工装，包括：可分离配合的外层锁紧环与内层施压环；外层锁紧环与内层施压环均包括两个同轴的内环周壁与外环周壁；内层施压环的内环周壁具备用于与待焊工件配合的第一配合面，内层施压环的外环周壁具备用于与外层锁紧环的内环周壁配合的第二配合面；其中，内层施压环的线膨胀系数不小于外层锁紧环的线膨胀系数。

发明人发现：现有的扩散焊接大量应用于易于施加压力的平面结构及平滑曲面结构中。对于难于施加焊接压力的环形结构，大倾角锥度结构则应用极少，不得不采用工艺复杂的热等静压工艺，操作繁琐，耗费人力物力。

针对解决上述的情况，发明人设计了一种焊接施压工装，该工装可以为环形焊缝及大尺寸锥度焊缝提供焊接压力，可解决上述的现有技术中的大部分常用金属材料的焊接问题。

该焊接施压工装包括两个压力提供环体结构，为可分离配合的外层锁紧环与内层施压环；其中外层锁紧环与内层施压环用于共同配合向待焊工件提供焊接压力。内层施压环的内环周壁具备用于与待焊工件配合的第一配合面，内层施压环的外环周壁具备用于与外层锁紧环的内环周壁配合的第二配合面，经过上述形成了用于固定待焊工件的多层结构，在扩散焊接的过程中，在温度与高温的共同作用下；当内层施压环的线膨胀系数不小于外层锁紧环的线膨胀系数时，内层工件膨胀量大，而外层工件膨胀量小，内层工件向外膨胀的趋势受到外层工件的约束，从而使内层工件受到压应力，此部分压应力即可作为焊接过程中所需要的焊接压力。该焊接施压工装结构简单适用，操作简便，使用可靠，大量的节约人力物力，具有良好的经济效应。

在本实施例的一种实施方式中：

内层施压环上开设有从第一配合面贯穿至第二配合面的工艺槽。

在本实施例的一种实施方式中：

工艺槽沿内层施压环的轴线延伸，且工艺槽的宽度范围为0.1mm至 2mm。

在本实施例的一种实施方式中：

第二配合面的轴向截面呈楔形。

在本实施例的一种实施方式中：

外层锁紧环与内层施压环还均包括相对的用于连接内环周壁与外环周壁的第一环面与第二环面，第一环面与第二环面均为平整端面；第二配合面的轴向截面上具备从第一环面延伸至第二环面的坡面。

在本实施例的一种实施方式中：

外层锁紧环的内环周壁具备第三配合面，第三配合面用于与第二配合面紧密配合。

在本实施例的一种实施方式中：

第一配合面及其精度要求用于与待焊工件的外圆面及精度要求匹配。

在本实施例的一种实施方式中：

外层锁紧环的外环周壁为圆柱面。

在本实施例的一种实施方式中：

外层锁紧环与内层施压环的材料包括高强石墨、钼或钼镧合金、钼锆钛合金。

在本实施例的一种实施方式中：

外层锁紧环与内层施压环的线膨胀系数较低均在低于6μm/m-℃。

本实用新型的实施例具有以下有益效果：

本实用新型的实施例提供的一种焊接施压工装，该工装可以为环形焊缝及大尺寸锥度焊缝提供焊接压力，可解决上述的现有技术中的大部分常用金属材料的焊接问题。该焊接施压工装包括两个压力提供环体结构，为可分离配合的外层锁紧环与内层施压环；其中外层锁紧环与内层施压环用于共同配合向待焊工件提供焊接压力。内层施压环的内环周壁具备用于与待焊工件配合的第一配合面，内层施压环的外环周壁具备用于与外层锁紧环的内环周壁配合的第二配合面，经过上述形成了用于固定待焊工件的多层结构，在扩散焊接的过程中，在温度与压力的共同作用下；当内层施压环的线膨胀系数不小于外层锁紧环的线膨胀系数时，内层工件膨胀量大，而外层工件膨胀量小，内层工件向外膨胀的趋势受到外层工件的约束，从而使内层工件受到压应力，此部分压应力即可作为焊接过程中所需要的焊接压力。该焊接施压工装结构简单适用，操作简便，使用可靠，大量的节约人力物力，具有良好的经济效应。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例中焊接施压工装的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中外层锁紧环与内层施压环的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中焊接施压工装处于第一视角下的焊接装配示意图；

图4为本实用新型实施例中焊接施压工装处于第二视角下的焊接装配示意图。

图标：100-焊接施压工装；1-外层锁紧环；101-第三配合面；2-内层施压环；201-第一配合面；202-第二配合面；203-工艺槽；3-待焊工件；401- 第一环面；402-第二环面。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“竖直”、“水平”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中若出现术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本实用新型的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，图1示出了本实施例提供的一种焊接施压工装100的具体结构，其包括两个用于提供压力的环体结构，分别为外层锁紧环1与内层施压环2，外层锁紧环1与内层施压环2为分离地配合。

请参照图2，图2示出了内层施压环2与外层锁紧环1的具体结构。

内层施压环2与外层锁紧环1均包括两个同轴的内环周壁与外环周壁以及相对的用于连接内环周壁与外环周壁的第一环面401与第二环面402，第一环面401与第二环面402均为平整端面。

对于内层施压环2，其内环周壁具备用于与待焊工件3配合的第一配合面201，其外环周壁具备用于与外层锁紧环1的内环周壁配合的第二配合面 202。

内层施压环2上开设有工艺槽203，工艺槽203从第一配合面201贯穿至第二配合面202且沿内层施压环2的轴线延伸；内层施压环2开设有工艺槽203的作用在于为方便工件的安装拆卸。在本实施例中，优选地，工艺槽203的宽度范围为0.1mm至2mm；在其他具体实施例中，工艺槽203 的尺寸不限于上述。

第一配合面201及其精度要求用于与待焊工件3的外圆面及精度要求匹配。

第二配合面202具有锥度，其轴向截面呈楔形，具体地，其轴向截面为等腰梯形，其轴向截面具备从第一环面401延伸至第二环面402的坡面；其目的在于：1.方便与外层锁紧环1装配与拆卸；2.焊接过程中可自动锁死，提供足够的焊接压力。

对于外层锁紧环1，其内环周壁具备第三配合面101，第三配合面101 用于与第二配合面202紧密配合，即第三配合面101也具有锥度，其轴向截面呈楔形，其目的如上述第二配合面202所述。

外层锁紧环1的外环周壁为圆柱面，其优点包括：1.易于加工；2.圆柱表面无应力集中等死角存在，受力均匀结构强度高，3.圆柱面即可均匀接受辐射加热，又可均匀接受感应加热，通用性好。

请参照图3，图3示出了焊接施压工装100的焊接装配示意结构图；其中待焊工件3包括两个套接的环形结构，为了简洁直观，将其分别标注为如图3所示的工件A与B；而内层施压环2与外层锁紧环1分别标注为如图3所示的工件C与D。

本实施例的焊接施压工装100要求内层施压环2的线膨胀系数不小于外层锁紧环1的线膨胀系数。这是因为扩散焊接是在温度和压力的同作用下实现的高温连接，因材料的热膨胀系数不同，在室温下过渡或过盈配合的工件，随着温度的升高配合关系会发生变化。对于这种多层环形结构，若由内到外热膨胀系数逐渐变小，则随着温度的升高，内层工件膨胀量大，而外层工件膨胀量小，内层工件向外膨胀的趋势受到外层工件的约束，从而使内层工件受到压应力，此部分压应力即可作为焊接过程中所需要的焊接压力。

进一步地，此工装的适用范围及前提条件：

1.被焊材料为同种材料，其线膨胀系数关系为：A＝B＞C≥D；

2.被焊材料为异种材料，其线膨胀系数的关系为：A≥B＞C≥D。

值得注意的是，外层锁紧环1与内层施压环2的材料要求如下：因扩散焊接过程不断经历着周期热循环，因此为提高工装的使用寿命，优选的工装材料为高强石墨(0.600-4.30μm/m-℃)、钼或钼镧合金 (5.35μm/m-℃)、钼锆钛合金(4.9μm/m-℃)等耐高温、抗蠕变材料。因为所选用的材料线膨胀系数较低均在6μm/m-℃以下，而常见的金属热膨胀系数大多在8μm/m-℃以上，所以，本焊接施压工装100对于常见的铝合金、钛合金、钢、铜合金、高温合金等金属材料及膨胀系数比选用的工装高的玻璃等非金属材料均可适用。

为了进一步使本领域的技术人员能够更加清楚的理解本实施例，以下将结合图4对本焊接施压工装100的实际运用与操作步骤进行说明。

本实施例以直径15mm，长20mm的待焊工件3的铜铝嵌套接线柱为例进行阐述；此工件由直径5mm，长20mm的纯铝棒，及内径5mm外径15mm 长20mm的无氧铜棒嵌套焊接而成；

确定所需的焊接参数：焊接温度490℃；焊接压力3MPa；

确定被焊材料及选用工装的热膨胀系数：无氧铜16.4μm/m-℃，纯铝 24μm/m-℃，钼5.3μm/m-℃；

借助有限元计算软件计算在所需压力下，紫铜与铝，铝与钼的配合间隙，及钼工装的最小厚度，本实施例借助abaqus静力分析模块计算得，紫铜与铝过渡配合，紫铜与钼为过盈配合，钼的最小厚度3mm；

根据有限元计算结果，加工待焊零件及工装；

将加工好的零件按顺序依次装配，虽然紫铜与钼为过盈配合但因压力提供环内环上开有工艺槽203，因此也易于装配；装配时，紫铜与内层压力提供环，内层压力提供环与外层压力提供环间用喷涂、刷涂或浸沾等方式涂上阻焊层，避免预料之外的粘连；

将装配好的工件放入扩散接设备中，进行扩散焊接；

将焊接完成后的工件取出，采用机械的方式先将外环轻轻沿轴向敲击退出外环，用锥形工具深入内环的工艺槽203，使物理锁死的内环与工件脱开，然后采用于外环相同的方式将内环从工件上取下。

将分离的工件与工装清洗干净，工件继续加工所需最终外形，工装烘干或晾干继续备用。

综上所述，发明人设计了一种焊接施压工装100，该工装可以为环形焊缝及大尺寸锥度焊缝提供焊接压力，可解决上述的现有技术中的大部分常用金属材料的焊接问题。该焊接施压工装100包括两个压力提供环体结构，为可分离配合的外层锁紧环1与内层施压环2；其中外层锁紧环1与内层施压环2用于共同配合向待焊工件3提供焊接压力。内层施压环2的内环周壁具备用于与待焊工件3配合的第一配合面201，内层施压环2的外环周壁具备用于与外层锁紧环1的内环周壁配合的第二配合面202，经过上述形成了用于固定待焊工件3的多层结构，在扩散焊接的过程中，在温度与高温的共同作用下；当内层施压环2的线膨胀系数不小于外层锁紧环1的线膨胀系数时，内层工件膨胀量大，而外层工件膨胀量小，内层工件向外膨胀的趋势受到外层工件的约束，从而使内层工件受到压应力，此部分压应力即可作为焊接过程中所需要的焊接压力。该焊接施压工装100结构简单适用，操作简便，使用可靠，大量的节约人力物力，具有良好的经济效应。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊接施压工装，其特征在于，包括：

可分离配合的外层锁紧环与内层施压环；所述外层锁紧环与所述内层施压环均包括两个同轴的内环周壁与外环周壁；所述内层施压环的内环周壁具备用于与待焊工件配合的第一配合面，所述内层施压环的外环周壁具备用于与所述外层锁紧环的内环周壁配合的第二配合面；

其中，所述内层施压环的线膨胀系数不小于所述外层锁紧环的线膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述内层施压环上开设有从所述第一配合面贯穿至所述第二配合面的工艺槽。

3.根据权利要求2所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述工艺槽沿所述内层施压环的轴线延伸，且所述工艺槽的宽度范围为0.1mm至2mm。

4.根据权利要求1所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述第二配合面的轴向截面呈楔形。

5.根据权利要求4所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述外层锁紧环与所述内层施压环还均包括相对的用于连接内环周壁与外环周壁的第一环面与第二环面，所述第一环面与所述第二环面均为平整端面；所述第二配合面的轴向截面上具备从所述第一环面延伸至所述第二环面的坡面。

6.根据权利要求5所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述外层锁紧环的内环周壁具备第三配合面，所述第三配合面用于与所述第二配合面紧密配合。

7.根据权利要求1所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述第一配合面及其精度要求用于与待焊工件的外圆面及精度要求匹配。

8.根据权利要求1所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述外层锁紧环的外环周壁为圆柱面。

9.根据权利要求1所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述外层锁紧环与所述内层施压环的材料包括高强石墨、钼或钼镧合金、钼锆钛合金。

10.根据权利要求1所述的焊接施压工装，其特征在于：

所述外层锁紧环与所述内层施压环的线膨胀系数较低，均低于6μm/m-℃。