CN207139134U - 用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置，包括：进水设备，其用于流入用于冷却的水流；储水设备，其与所述进水设备连接，用于储存水流，待冷却的Invar模具钢板放置在所述储水设备的下方；以及出水设备，其与所述储水设备连接，用于排出水流。

Description

用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置。

背景技术

复合材料因其比强度高、疲劳性能好等特点，已成为制造大型飞机的基本材料之一，复材的制备技术也成为研制先进的大型飞机的关键技术之一。飞机复材零件主要是在特定的模具中进行热压成形，之后零件的外型面一般不再进行机加，因此对模具材料提出了较高的要求：与复材相近的热膨胀系数、变温及真空稳定性良好、制造成本低等等。Invar钢作为一种含Ni 35-36％的铁镍合金，具有与复材相近的极低的热膨胀系数且成本仅为其他符合要求模具的10-30％，特别适用于制造大尺寸飞机复材零件的成型模具。

焊接是Invar钢大型模具的制造中的最重要的一项工艺流程。搭载于高精度机器人的熔化极气体保护焊(MIG焊)作为一种相对智能、高精度、成熟且经济的焊接方法，配合开坡口的多层多道填充策略，能够较好地解决大厚度大尺寸金属板材的的连接问题，已应用于复材模具的制造。而大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接目前主要存在以下几个受焊接热流影响的与焊缝组织、焊接变形和焊接效率相关的问题：

●大厚度(20mm)Invar钢板的多层多道焊接至少需要5道及以上的焊缝填充，多次的焊接热循环以及Invar钢材料自身较低的热导率导致严重的焊后热积累效应，造成较差的焊缝微观组织，如热影响区过宽，晶粒粗化严重，从而降低Invar钢板的力学性能和服役周期；

●Invar钢的MIG焊热输入较高，多道焊缝连续焊接引起严重的热变形，最终导致平板的翘曲变形严重，这将使后续环节中模具的装配因过量的尺寸偏差而无法进行；

●大尺度Invar钢板的多层多道焊接由于材料本身较低的热导率和散热系数，焊后散热慢；为了控制层间温度以保证焊接质量，每道焊缝结束后等待焊缝冷却至指定温度区间的时间长，大大降低了多层多层焊的焊接速率；

针对Invar钢板焊后翘曲变形严重的问题，改善厚板焊接变形的措施分为焊前预防、随焊敲击以及焊后矫正。焊前预防包括预设反变形角、使用可靠夹具、设计合理的焊接工艺参数；熔池凝固后焊缝表面的应力主要以拉应力的形式存在，随焊敲击法主要利用钢锤敲击焊缝表面产生的压应力来抵消焊后参与的拉应力，达到释放参与应力的效果，最终减小焊后变形；焊后矫形方法主要有锤击、喷丸、局部热处理等。考虑到厚板焊后矫形困难、成本较高，一般情况下不优先选择该方法。此外，焊后及时冷却以减少焊接热积累的时间对于控制焊接变形也具有重要意义。

针对因控制层间温度而导致焊接速率低的问题，可以采用随焊冷却的方法。由于钢板与水流之间的散热系数高于钢板与空气之间的散热系数，因而采用流水散热的方法，提高钢板焊后的冷却速度，减少多道焊控制层间温度的等待时间，大大提高焊接效率；随焊冷却方法主要有喷水法、水冷铜块法等。其中采用喷水法冷却效果好，但水流方向难以控制，易造成焊缝淬火。此外喷水法对冷却装置的硬件控制要求较高，更会恶化焊接环境；水冷铜块法散热的效果次之，但由于铜块价格高昂，对于大尺寸钢板的随焊冷却该方法的原料成本很高。

综上所述，解决大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接存在的受焊接热流影响的与焊缝组织、焊接变形和焊接效率相关的问题，在目前国产大飞机项目进展的如火如荼、复合材料的使用比重日益增加的大环境下，具有重要意义。但目前所研究的方法中尚没有可以完全移植而又能达到预期效果的解决措施。因而，设计出造价低廉、又能有效降低大厚度大尺寸Invar模具钢板焊后变形、提高多道焊焊接效率的装备和系统，以完善大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接工艺，对于实现大型Invar钢模具制造的国产化具有一定的战略意义。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置，主要针对飞机复材模具制造原料-Invar钢大尺寸厚板自动多层多道焊接，以提高散热速度，减少焊接缺陷并降低焊接变形，提高焊接效率。

根据本实用新型的技术方案，用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置包括：

进水设备，其用于流入用于冷却的水流；

储水设备，其与所述进水设备连接，用于储存水流，待冷却的Invar模具钢板放置在所述储水设备的下方；以及

出水设备，其与所述储水设备连接，用于排出水流。

其中，所述进水设备包括入口软管、出口软管和连接所述入口软管和所述出口软管的连接管，其中，所述入口软管和所述连接管之间设有节流阀。

其中，所述出口软管和所述连接管之间设有分流管，所述出口软管包括分别与所述分流管连接的第一出口软管和第二出口软管。

其中，所述出水设备包括入口软管、出口软管和连接所述入口软管和所述出口软管的连接管，其中，所述出口软管和所述连接管之间设有节流阀。

其中，所述入口软管和所述连接管之间设有分流管，所述入口软管包括分别与所述分流管连接的第一入口软管和第二入口软管。

其中，所述储水设备包括储水框，所述储水框包括具有进水口的进水口挡板、具有出水口的出水口挡板和连接所述进水口挡板和所述出水口挡板的两个隔离板。

其中，所述储水设备包括两个所述储水框。

其中，所述随焊冷却装置还包括水泵，其与所述出水设备连接。

在根据本实用新型的随焊冷却装置中，只要将进水设备、出水设备的管路接通，将储水设备置于待焊钢板的指定位置，并用蛇胶密封储水框与钢板之间的间隙，进水口接入水龙头，通过节流阀可实现冷却刚开始的蓄水功能，并通过节流阀可控制水流速度，通过小型水泵可以实现水流从而控制大厚度大尺寸钢板MIG焊之后的钢板冷却速度，方便调节层间温度，配合反变形工艺，不仅能焊后参与翘曲变形控制在合适范围之内，更能大大提高多层多道焊的焊接效率。

附图说明

本实用新型的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的随焊冷却装置的结构示意图；

图2示出了图1中的随焊冷却装置的进水设备的结构示意图；

图3示出了图1中的随焊冷却装置的出水设备的结构示意图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“向前”、“向后”等，参考附图中描述的方向使用。本实用新型的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

如图1-图3中所示，根据本实用新型的随焊冷却装置包括：进水设备，其用于流入用于冷却的水流；储水设备，其与进水设备连接，用于储存水流，待冷却的Invar模具钢板放置在储水设备的下方；以及出水设备，其与储水设备连接，用于排出水流。

具体地，进水设备包括入口软管1、节流阀2、连接管3、分流管4和第一出口软管5、第二出口软管6。入口软管1可以由PVC制成，内径20mm、外径24mm，一端外接普通水龙头，另一端内接节流阀2；节流阀2装在入口软管1和连接管3之间，用于控制水流流量，调节水流速度；连接管3用于连接节流阀2和分流管4，口径和管厚与入口软管1相同；分流管4装于连接管3和第一出口软管5、第二出口软管6之间，分流管4呈Y型，用于将水流分支，粗端最小直径20mm，细端最小直径15mm；第一出口软管5、第二出口软管6可以由PVC制成，内径15mm，外径19mm，一端接分流管4的细端，另一端内接于储水设备的进水口挡板7、8的进水口处。用于冷却焊接钢板的水流由水龙头流出，流经节流阀2，由节流阀2控制水流流速，经分流管4分出两支水流，分别流入左、右储水框中。

储水设备包括进水口挡板7、8、隔离板9、10、11、12和出水口挡板13、14。进水口挡板7、8皆为普通不锈钢板，厚度为3mm，长120mm，宽80mm，在挡板正中间距离底部50mm处分别开一个直径为15mm的进水口，分别连接第一出口软管5、第二出口软管6。出水口挡板13、14材质与尺寸和进水口挡板一致，在挡板正中间距离底部10mm处分别开一个直径为15mm的出水口，分别连接出水设备的第一入口软管15和第二入口软管16。隔离板9、10、11、12同为不锈钢钢板，长900mm，高80mm，厚3mm，隔离板9、10与进水口挡板7、出水口挡板13用点焊连接形成左储水框，隔离板11、12与进水口挡板8、出水口挡板14用点焊连接形成右储水框，左右两个储水框分别置于离焊缝坡口50mm的待焊钢板上，储水框与钢板之间、隔离板与进水口挡板、出水口挡板之间的间隙都用专用密封蛇胶填充以防止漏水。由进水设备的分流管4分出的两支水流流入储水框中，储存下来，冷却水流与钢板直接接触，吸收焊缝中通过热传导进入钢板中的热量，待温度升到一定程度流出。

出水设备包括第一入口软管15、第二入口软管16、分流管17、连接管18、节流阀19、出口软管20和小型水泵21。第一入口软管15、第二入口软管16可以由PVC制成，内径15mm，外径19mm，一端接分流管17的细端，另一端内接于储水设备的出水口挡板13、14的出水口处；分流管17装于连接管18和第一入口软管15、第二入口软管16之间，其形状、尺寸和材质均与分流管4相同；节流阀19装在连接管18和出口软管20之间，其材质、尺寸和用途与节流阀2相同，用于冷却开始时储水设备蓄水时限制水流；连接管18用于连接节流阀19和分流管17，口径和管厚与入口软管1相同；出口软管20的材质和尺寸与入口软管1相同，一端内接节流阀19，另一端接小型水泵21；小型水泵21用于抽水。经过试验，由于进出水口落差不大，水管内的空气阻止水流快速、持续流出，因而新增该小型水泵21，用于调节出水速度。

在根据本实用新型的随焊冷却装置中，只要将进水设备、出水设备的管路接通，将储水设备置于待焊钢板的指定位置，并用蛇胶密封储水框与钢板之间的间隙，进水口接入水龙头，通过节流阀可实现冷却刚开始的蓄水功能，并通过节流阀可控制水流速度，通过小型水泵可以实现水流从而控制大厚度大尺寸钢板MIG焊之后的钢板冷却速度，方便调节层间温度，配合反变形工艺，不仅能焊后参与翘曲变形控制在合适范围之内，更能大大提高多层多道焊的焊接效率。

以上已揭示本实用新型的具体实施例的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的各种特征和未在此明确示出的特征的组合作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置，其特征在于，包括：

进水设备，其用于流入用于冷却的水流；

储水设备，其与所述进水设备连接，用于储存水流，待冷却的Invar模具钢板放置在所述储水设备的下方；以及

出水设备，其与所述储水设备连接，用于排出水流。

2.根据权利要求1所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述进水设备包括入口软管(1)、出口软管和连接所述入口软管(1)和所述出口软管的连接管(3)，其中，所述入口软管(1)和所述连接管(3)之间设有节流阀(2)。

3.根据权利要求2所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述出口软管和所述连接管(3)之间设有分流管(4)，所述出口软管包括分别与所述分流管(4)连接的第一出口软管(5)和第二出口软管(6)。

4.根据权利要求1所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述出水设备包括入口软管、出口软管(20)和连接所述入口软管和所述出口软管(20)的连接管(18)，其中，所述出口软管(20)和所述连接管(18)之间设有节流阀(19)。

5.根据权利要求4所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述入口软管和所述连接管(18)之间设有分流管(17)，所述入口软管包括分别与所述分流管(17)连接的第一入口软管(15)和第二入口软管(16)。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述储水设备包括储水框，所述储水框包括具有进水口的进水口挡板(7，8)、具有出水口的出水口挡板(13，14)和连接所述进水口挡板和所述出水口挡板的两个隔离板(9，10；11，12)。

7.根据权利要求6所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述储水设备包括两个所述储水框。

8.根据权利要求1所述的随焊冷却装置，其特征在于，所述随焊冷却装置还包括水泵(21)，其与所述出水设备连接。