CN216730054U - 一种钛合金板激光电弧复合焊接平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,属于焊接技术领域,技术方案包括用于放置待焊接件的底座,所述底座上设置有用于固定待焊接件的板材压紧组件,在底座与板材压紧组件之间还设置有将焊缝与空气隔绝的防护组件,所述防护组件包括设置于焊缝上方的保护气罩,保护气罩上开设有数个连通保护气管的通气口且保护气罩的顶部开设有便于焊枪穿过的长条形通槽;在解决钛合金激光电弧复合焊接过程中气体保护问题的同时,基于底座滚柱及预紧力监测装置,最终达到控制减小焊后应力变形的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于焊接技术领域,具体涉及一种钛合金板激光电弧复合焊接平台。
背景技术
优良的焊接工装平台是保证焊接过程稳定和焊缝成型美观、接头性能优异的基础。在钛合金焊接过程中,由于钛合金在高温下容易与空气中的氮、氢、氧发生反应而使接头脆化,因此在焊接过程中需要通入足够量氩气作为保护气;而在中厚板焊接过程中往往还存在应力变形大等问题,因此应从工装等多方面尽可能减少应力变形。
激光电弧复合焊是通过激光与电弧两种热源耦合的焊接方法,是中厚板焊接的较常见的方法之一,由于在焊接过程激光束与电弧之间存在一定空间关系,因此焊接过程中该区域通入保护气体相对较困难。而相比于传统的电弧焊,激光电弧复合焊的热输入更集中,产生的应力变形较小,但仍存在一定程度变形。
中国专利号“CN104439707A”公开了一种中厚度钛合金激光电弧复合焊接装置,该装置通过加入水冷装置集中解决了焊接接头过热带来的接头性能弱化的问题,但该装置还存在如下缺陷:结构为上部敞口式的结构,只在焊接件底部设置有保护气结构,在焊接过程中,焊缝焊接部位容易受到外界空气中的杂质的影响,影响焊接质量;同时该装置设置较复杂,也未考虑控制中厚板焊接过程中应力变形的问题。
实用新型内容
为了解决上述现有技术存在的缺陷,本实用新型的目的在于提供一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其目的在于,在解决钛合金激光电弧复合焊接过程中气体保护问题的同时,基于底座滚柱及预紧力监测装置,通过调控焊接工装平台预紧力,进而减小焊后应力变形。
本实用新型采用的技术方案如下:
一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,包括用于放置待焊接件的底座,所述底座上设置有用于固定待焊接件的板材压紧组件,在底座与板材压紧组件之间还设置有将焊缝与外界空气隔绝的防护组件;所述底座为中间内凹,上部开口的框型结构;底座中部沿宽度方向设置有中心凹槽,所述防护组件位于中心凹槽正上方,在所述中心凹槽两端的底座的侧壁上开设有位置与第三通气口;所述防护组件包括设置于焊缝上方的保护气罩,保护气罩上开设有数个连通保护气管的通气口且保护气罩的顶部开设有便于焊枪穿过的长条形通槽;还包括设置有底座宽度方向的侧壁上的预紧力监测装置,所述预紧力监测装置包括在底座宽度方向的侧壁上贯穿安装的传感器螺栓、与传感器螺栓信号连接的主机以及显示设备。
采用上述技术方案,底座内部中心部分开设的中心凹槽,用作待焊工件背部保护气通气槽,保护气体通过第三通气口向保护气罩内充入保护气体,在焊接过程中对工件的焊缝背部进行保护;第三通气口还可作为还可以用作安装待焊工件的观察口,板材完成固定后,透过观察口可以观察焊接接头是否对准在两块被焊接件的对称位置并根据情况进行位置调节,使之达到焊接接头的理想位置;通过在焊接平台上方设置有保护气罩,可以给被焊接件提供一个独立的、相对封闭的空间,焊接过程中在保护气罩内部充入保护气体,使被焊接件包裹在保护气体中,避免焊缝容易受到外界空气中的杂质的影响,进一步提高了被焊接件的焊接质量,确保焊接结果的优良性;通过设置预紧力监测装置监测和调节预紧力,有利于更加精准控制焊接装夹过程,优化焊接预紧力,从而减小焊后应力变形。
优选的,所述保护气罩形状为中间镂空以及下侧开口的矩形罩,所述通槽沿矩形罩的顶部中心长度方向设置,所述通气口包括设置于矩形罩顶部通槽的两侧的数个第一通气口和设置于矩形罩侧壁上的第二通气口。焊接过程中,焊枪的激光电弧复合热源穿过通槽作用在被焊接件的焊缝处;保护气体通过矩形罩顶部通槽的两侧的数个第一通气口和设置于矩形罩侧壁上的第二通气口向保护气罩内充入保护气体,加上保护气罩所形成的独立空间,保证了保护气体全部覆盖被焊接件。
优选的,在底座中部宽度方向贯穿设置有一气帘条,气帘条上开设有与通槽位置相对应的焊接口,所述焊接口为适配于焊枪移动和下调的矩形孔,气帘条沿长度方向移动,调节矩形孔与通槽的相对位置。通过在保护气罩中设置气帘条,气帘条上的焊接口与通槽配合,可以进一步提高保护气罩内部空间的相对密封性,避免保护气体因通槽开口过大泄漏速度过快,进而造成空气进入保护气罩中;同时气帘条随焊接方向实时移动,可以选择在对应的通气孔中输入保护气体,减小通入气体的范围,节约焊接成本。
进一步的,气帘条为一大于两倍底座宽度的长条,所述底座和矩形罩的侧壁上均开设有与气帘条形状相适配的条形孔,气帘条贯穿安装在条形孔中;气帘条的一端通过连接杆与激光电弧复合焊接部分的机械臂端部连接,通过机械臂驱动气帘条沿其长度方向往复移动,可保证焊接过程中气帘条的圆边矩形孔与焊接热源同步运动,保证气帘条运动的平稳连贯性。
优选的,中心凹槽两侧各开设数个圆柱形滚柱凹槽,圆柱形滚柱凹槽内安装有浮动滚柱,待焊工件放置在浮动滚柱上。通过设置滚柱,可以保证焊接过程平整度和设置初始反变形量以减小焊后应力变形。滚柱可根据实际需求更改直径大小,以匹配设置待焊工件的反变形量。
优选的,所述板材压紧组件包括通过紧固螺栓的方式固定在底座上的第一压条和第二压条,所述第一压条位于保护气罩正上方,所述第二压条位于第一压条的两侧,第一压条和第二压条均开设有数个压紧螺栓孔,压紧螺栓孔中安装有压紧螺栓;且在所述第一压条还开设有数个位置与第一通气口对应的第四通气口。通过在压条上的螺纹通孔内安装有用于压紧板材的螺栓,主要用来固定被放置于底座上的正中部的焊接件的位置,防止其在焊接过程中发生移动,造成激光焊接头和激光位置与被焊接件的位置的偏移,操作简单,固定效果可靠稳定。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本实用新型的有益效果是:
1.通过在焊接平台上方设置有保护气罩,可以给被焊接件提供一个独立的、相对封闭的空间,焊接过程中在保护气罩内部充入保护气体,使被焊接件包裹在保护气体中,避免焊缝容易受到外界空气中的杂质的影响,进一步提高了被焊接件的焊接质量,确保焊接结果的优良性。
2.通过在保护气罩中设置气帘条,气帘条上的焊接口与通槽配合,可以进一步提高保护气罩内部空间的相对密封性,避免保护气体因通槽开口过大泄漏速度过快,进而造成空气进入保护气罩中;同时气帘条随焊接方向实时移动,可以选择在对应的通气孔中输入保护气体,减小通入气体的范围,节约焊接成本。
3.通过设置滚柱,可以保证焊接过程平整度和设置初始反变形量以减小焊后应力变形。滚柱可根据实际需求更改直径大小,以匹配设置待焊工件的反变形量,减小焊后应力变形。
4.通过在压条上的螺纹通孔内安装有用于压紧板材的螺栓,主要用来固定被放置于底座上的正中部的焊接件的位置,防止其在焊接过程中发生移动,造成激光焊接头和激光位置与被焊接件的位置的偏移,操作简单,固定效果可靠稳定。
5.通过设置预紧力监测装置监测和调节预紧力,有利于更加精准控制焊接装夹过程,优化焊接预紧力,从而减小焊后应力变形。
本实用新型结构较为简单,体积小,所占空间小,制造成本低,也易于操作,方便实用,可实现批量制造生产。
附图说明
本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1是本实用新型中一种钛合金板激光电弧复合焊接平台的立体图;
图2是本实用新型中底座的俯视图;
图3是本实用新型中底座的正视图;
图4是本实用新型中保护气罩的俯视图;
图5是本实用新型中气帘条的俯视图;
图6是本实用新型中第一压条的立体图;
图7是本实用新型中第二压条的立体图;
图8是本实用新型中滚柱的立体图;
图9是本实用新型中焊接接头表面成型的效果图;
图10是本实用新型中焊接接头表面成型的表征测试效果图;
图11是本实用新型一种钛合金板激光电弧复合焊接方法流程图。
附图标记
底座-1;板材压紧组件-2;防护组件-3;焊接口-4;条形孔-5;传感器螺栓-6;、显示设备-7;中心凹槽-8;圆柱形滚柱凹槽-9;浮动滚柱-10;上部凹槽-11;通槽-12;保护气罩-13;气帘条-14;第一压条-15;第二压条-16;固定螺栓-17;压紧螺栓-18;第二通气口-19;第三通气口-20;第一通气口-21;第四通气口-22。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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,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申请和简化描述,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申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合图1~图11对本实用新型作详细说明。
本实用新型一方面提供一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,具体包括:
焊接固定平台和预紧力监测装置,参见附图1,焊接固定平台主要包括:底座1,设置于底座1上用于固定待焊接件的板材压紧组件2,设置于底座1与板材压紧组件2之间的将焊缝与空气隔绝的防护组件3,固定螺栓17以及压紧螺栓18;预紧力监测装置主要包括传感器螺栓6、主机以及显示设备7。
本实施例中,如附图2、3所示,所述底座1所述底座1为中间内凹,上部开口的框型结构;底座1中部沿宽度方向设置有中心凹槽8,所述防护组件3位于中心凹槽8正上方,中心凹槽8两侧各等间距开设四个圆柱形滚柱凹槽9,圆柱形滚柱凹槽9内安装有浮动滚柱10,如图8所示,浮动滚柱10为形状与圆柱形滚柱凹槽9适配的长圆柱体,待焊工件放置在浮动滚柱10上,滚柱用于控制待焊工件的反变形,采用同一直径的滚柱,可控制反变形2mm,可有效减少焊后工件变形程度;在所述中心凹槽8两端的底座1的侧壁上开设有连通有保护气体的第三通气口20,第三通气口20上部开有与气帘条14配合滑动的条形孔5。
本实施例中,如附图4、5所示,所述防护组件3主要包括设置于焊缝上方的保护气罩13以及与保护气罩13配合设置的气帘条14;所述保护气罩13的形状为中间镂空以及下侧开口的矩形罩,矩形罩开口向下扣在底座1正中部的中心凹槽8上方,保护气罩13的顶部开设有便于焊枪穿过的长条形通槽12;保护气罩13侧前后两侧还开设有用于安装气帘条14的条形孔5;保护气罩13上开设有数个连通保护气管的通气口,所述通气口包括设置于矩形罩顶部通槽12的两侧的数个第一通气口21以及设置于矩形罩侧壁上的与第三通气口20适配的第二通气口19,将气管插入两端的第三通气口20,用作给待焊工件的背部提供保护气,同时在装夹待焊工件时,可通过此气口观察组焊间隙是否对准中心凹槽8;所述气帘条14的形状为一大于两倍底座1宽度的长条,其中间开有焊接口4,所述焊接口4为适配于焊枪移动和下调的小型圆边矩形孔,即圆边矩形孔下方工件待焊部位即为焊接位置,气帘条14贯穿安装在条形孔5中,气帘条14的一端通过连接杆与激光电弧复合焊接部分的机械臂端部连接(图中未示出),具体的,将气帘条14前端的连接孔通过螺栓连接至连接杆,连接杆通过螺纹连接至控制电弧复合热源焊枪的机械臂端部的螺栓孔,在机械臂的驱动下使气帘条14可沿垂直于底座1侧壁的方向在条形孔5中滑动,从而保证焊接过程中气帘条14的圆边矩形孔与焊接热源同步运动,保证气帘条14运动的平稳连贯性。
进一步,将气帘条14穿过底座1两端的条形孔5以及保护气仓两端的条形小口,并移动至起焊位置,将激光电弧复合热源的焊枪位置对准气帘条14上的焊接口4,并进一步对准焊接口4底下的待焊工件部位,完成对焦等焊前基本工作。
本实施例中,如附图6、7所示,所述板材压紧组件2主要包括沿底座1中心线对称设置的两个第一压条15和第二压条16,将两个第一压条15放置在保护气罩13正上方,将两个第二压条16分别放置在远离焊缝的两侧,所述底座1前后边框上部分别开有若干适配第一压条15和第二压条16的上部凹槽11,第一压条15和第二压条16以及上部凹槽11内分别开有螺栓孔,螺栓孔中安装有固定螺栓17,用于将第一压条15和第二压条16固定在底座1上;第一压条15和第二压条16均开设有数个压紧螺栓孔,压紧螺栓孔中安装有压紧螺栓18,通过拧紧第一压条15上的压紧螺栓18可以将压紧保护气罩13,通过拧紧第二压条16上的压紧螺栓18,压紧螺栓18压紧至待焊工件表面,将板材压紧固定在底座1上,防止其在焊接过程中发生移动;且在所述第一压条15还开设有数个连通有与第一通气口21适配的第四通气口22,将气管插入第一通气口21,用作给待焊工件的上部提供保护气。
本实施例中,所述预紧力监测装置包括在底座1宽度方向的侧壁上贯穿安装的传感器螺栓6、与传感器螺栓6信号连接的主机以及显示设备7;传感器螺栓6的顶部为应力测量传感压片,应力测量传感压片顶靠至待焊工件,主要用于监测和控制待焊工件的预紧力,可通过力学信号状态转化为电信号,并将电信号传输至主机中,主机进一步计算将待焊工件的轴向和径向预紧力反映至显示设备7上供操作人员查看,便于后续调节。将待焊工件置于底座1内,控制好焊接间隙后调节传感器螺栓6,使之在显示主机上有较稳定的应力数据值。
进一步,调节传感器螺栓6并观察显示主机,若垂直方向力过大,可通过适当调整压紧螺栓18,若水平方向力过大,可通过传感器螺栓6适当压紧工件,从而将应力保持在合理范围内。
进一步,将外部气管插入底座1两端的第三通气口20内;同时将外部气管通过第一压条15的第四通气口22上口插入保护气仓的第一通气口21内,并接入保护气体高纯氩气。
另一方面还提供一种应用上述钛合金板激光电弧复合焊接平台的焊接方法,钛合金板选用两块长25mm,宽15mm,厚12mm的钛合金中厚板,参照附图11,具体如下:
步骤1:焊前准备。对该钛合金中厚板开Y型坡口,将待焊工件打磨平整光滑,再使用酒精、丙酮清洗待焊部位及周围的表面油污。
步骤2:安装待焊工件。将焊接平台至于相对平整位置,装好直径为4mm滚柱刚好填满底座1滚柱凹槽,将待焊工件放置于焊接平台底座1内,使用塞尺等工具控制组焊间隙为1.2mm,调节传感器螺栓6至刚好接触工件侧边,记录应力参数a,将焊接平台其余部件装配至底座1内,先通过拧紧固定螺栓17将第一压条15和第二压条16与底座1固定,再根据待焊工件的焊接间隙上紧压紧螺栓18,进一步,通过观察预紧力监测装置的显示主机,调节压紧螺栓18至合适的应力参数b;
步骤3:调节对位。通过气帘条14上的焊接口4,将激光电弧复合热源对准至待焊工件部位的合适位置,调节气帘条14的位置,此外还需完成焊接对焦过程,保证焊接终末位置的准确性以及气帘条14随连接杆运动的平稳性。焊接前在第一通气口21和第二通气口19插入气管,气管内预先通入高纯度氩气10-30s,排出保护气仓内原有的空气。
步骤4:焊接。持续通气一段时间后,开始焊接,焊接过程中,机械臂通过连接杆实时调节气帘条14的位置,保证气帘条14运动平稳,并采用激光功率5900W,焊接速度15mm/s,送丝速度7m/min的焊接参数作为打底焊,激光功率4000-4500W,焊接速度8-10mm/s,送丝速度10m/min的焊接参数作为填充焊和盖面焊的参数。焊接结束后,保持结束时位置,持续通入保护气10-30s,待试件冷却至300℃以下时,停止通气。
步骤5:取件。由于此焊接过程采用三道焊,因此,在第一道焊接完成后,重复步骤3、4,并在每次焊完后持续通气一段时间后再进行下一道焊接,最后焊接完成后取下气帘条14、保护气管及焊接平台压条上的固定螺栓17即可进一步取出保护气仓及焊好的工件。
其中,可以通过设置好的参数开始焊接,焊接完成后,可以根据需要进行多道焊接,仅需将焊接热源回至初始位置,重复通气步骤即可进行后序道次焊接。此外,在焊接过程中,通过显示主机可以反映出工件受力的大致变化情况。
本方法可以有效完成中厚板钛合金焊接,且获得的试样应力变形小,保护效果好,如图9所示,焊缝为银白色,表明保护效果好,且咬边飞溅等不明显,成型好;接头拉伸强度可达980MPa,延伸率12.5%,接近母材延伸率15%左右;通过进一步表征测试,如图10,由XRD数据可知,接头大部分为α相钛,该接头性能优于电弧模式下焊接接头。
需要说明的是,本实用新型提供的激光电弧复合焊接平台不仅仅限于对钛合金中厚板进行焊接,同样适用于和钛合金类似的高温下容易与空气中的氮、氢、氧发生反应的锆合金等等;本实用新型提供的焊接方法同样适合于钨极氩弧焊(GTAM)及熔化极气保焊(GMAW)焊接试板过程。
对于本领域技术人员而言,显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,包括用于放置待焊接件的底座(1),所述底座(1)上设置有用于固定待焊接件的板材压紧组件(2),在底座(1)与板材压紧组件(2)之间还设置有将焊缝与外界空气隔绝的防护组件(3);所述底座(1)为中间内凹,上部开口的框型结构;底座(1)中部沿宽度方向设置有中心凹槽(8),所述防护组件(3)位于中心凹槽(8)正上方,在所述中心凹槽(8)两端的底座(1)的侧壁上开设有位置与第三通气口(20);所述防护组件(3)包括设置于焊缝上方的保护气罩(13),保护气罩(13)上开设有数个连通保护气管的通气口且保护气罩(13)的顶部开设有便于焊枪穿过的长条形通槽(12);还包括设置有底座(1)宽度方向的侧壁上的预紧力监测装置,所述预紧力监测装置包括在底座(1)宽度方向的侧壁上贯穿安装的传感器螺栓(6)、与传感器螺栓(6)信号连接的主机以及显示设备(7)。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,所述保护气罩(13)形状为中间镂空以及下侧开口的矩形罩,所述通槽(12)位于矩形罩的顶部中心且沿矩形罩的长度方向设置,所述通气口包括设置于矩形罩顶部通槽(12)的两侧的数个第一通气口(21)和设置于矩形罩侧壁上的第二通气口(19)。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,在底座(1)中部宽度方向贯穿设置有一气帘条(14),气帘条(14)上开设有与通槽(12)位置相对应的焊接口(4),所述焊接口(4)为适配于焊枪移动和下调的矩形孔,气帘条(14)沿通槽(12)的长度方向移动,用于调节矩形孔与通槽(12)的相对位置。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,气帘条(14)为一大于两倍底座(1)宽度的长条,所述底座(1)和矩形罩的侧壁上均开设有与气帘条(14)形状相适配的条形孔(5),气帘条(14)贯穿安装在条形孔(5)中。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,气帘条(14)的一端通过连接杆与激光电弧复合焊接部分的机械臂端部连接。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,中心凹槽(8)两侧各开设数个圆柱形滚柱凹槽(9),圆柱形滚柱凹槽(9)内安装有浮动滚柱(10),待焊工件放置在浮动滚柱(10)上。
7.根据权利要求2所述的一种钛合金板激光电弧复合焊接平台,其特征在于,所述板材压紧组件(2)包括固定在底座(1)上的第一压条(15)和第二压条(16),所述第一压条(15)位于保护气罩(13)正上方,所述第二压条(16)位于第一压条(15)的两侧,第一压条(15)和第二压条(16)均开设有数个压紧螺栓孔,压紧螺栓孔中安装有压紧螺栓(18);且在所述第一压条(15)还开设有数个位置与第一通气口(21)对应的第四通气口(22)。
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CN202220074442.0U CN216730054U (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种钛合金板激光电弧复合焊接平台 |
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CN202220074442.0U Active CN216730054U (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种钛合金板激光电弧复合焊接平台 |
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GR01 | Patent grant | ||
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