CN218874039U - 一种胶囊式圆筒钎焊工装及套件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种胶囊式圆筒钎焊工装及套件，所述胶囊式圆筒钎焊工装包括胶囊式工装本体，所述胶囊式工装本体的内壁面与外壁面之间形成用于通入加压介质的中空空间，所述胶囊式工装本体上设有与中空空间相连通的介质进出口，所述胶囊式工装本体的内壁面和/或外壁面作为施压面用于给待焊接工件施加压力。本实用新型克服了工件圆筒内壁或工装内壁存在圆度或者同轴度略微超差时，反复装卸造成磨损的传统工装时引发的待焊面贴合不均匀而导致的焊接质量下降的问题。

Description

一种胶囊式圆筒钎焊工装及套件

技术领域

本实用新型涉及钎焊技术领域，特别是涉及一种胶囊式圆筒钎焊工装及套件。

背景技术

钎焊是利用熔点比母材(被钎焊材料)熔点低的填充金属(称为钎料)，在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，而实现零件间连接的焊接方法。

钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用，增加钎料的润湿性和毛细流动性。钎焊时，对被钎接工件接触表面经清洗后，以搭接形式进行装配，把钎料放在接合间隙附近或直接放入接合间隙中。当工件与钎料一起加热到稍高于钎料的熔化温度后，钎料将熔化并浸润焊件表面。液态钎料借助毛细管作用，将沿接缝流动铺展。于是被钎接金属和钎料间进行相互溶解，相互渗透，形成合金层，冷凝后即形成钎接接头。钎焊接头的安装须保证合适均匀的钎缝装配间隙，间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间。间隙过大会破坏毛细作用而影响钎料在钎缝中的均匀铺展，另外，过大的间隙也会在受压或振动下引起焊缝破裂和出现半堵或堵现象；间隙过小会防碍液态钎料的流入，使钎料不能充满整个钎缝使接头强度下降；钎缝间隙不均匀会妨碍液态钎料在钎缝中的均匀铺展，从而影响钎焊质量。

制冷行业的制冷系统所采用的均为套接方式，不采用其它接头方式。但是某些圆筒套接接头，焊接强度和外形尺寸要求高。传统的圆筒钎焊工装多采用定尺寸的圆形工装，在两个圆筒焊接面之间铺钎料，利用工装顶住待焊内筒，实现焊接。但是定尺寸的内套工装长时间反复装卸会造成工装磨损，如果待焊圆筒内壁面存在圆度或者同轴度略微超差，若工装磨损，务必会造成待焊面贴合不均匀，导致钎料润湿不均匀，影响焊接质量。另外，采用定尺寸的内套工装，无法消除工装和待焊圆筒内壁面之间的间隙不均匀性，若工装和圆筒内壁面的间隙小，会造成工装装夹困难、钎料装配不方便，耗费时间多，影响生产效率；若工装和圆筒内壁面的间隙大或者间隙不均匀性明显，会影响润湿和焊接效果，甚至焊接失败。简而言之，装配完需要检查确保间隙合理。这样会增加工作量，效率低下，也不一定能确保装配间隙的合理性。

圆筒钎焊结构钎焊时，由于结构会经历升温和降温过程，即便工装材料和待焊材料相同，钎焊过程中也会存在变形。如果圆筒钎焊结构两侧待焊面为不同材质甚至与工装材料也都不同，由于材料的热膨胀系数存在差异，高温焊接过程中工装可能起不到应有的让待焊接面紧固的作用，圆筒待焊材料和工装等材料肯定会导致高温焊接过程中待焊面间隙配合不均匀，影响焊接质量。也会使得圆筒焊接件的圆度或者同轴度不匹配。尤其是对于圆度要求高的圆筒钎焊结构，如果工装不合理或者上述问题存在，容易使得待焊面之间的间隙不均匀，导致焊接不良甚至存在焊不上的现象。

圆筒套件钎焊工装若为内涨式圆形工装一般多采用分块式，也就是将三块或者四块分块拼接成一定尺寸得圆形工装，这样会在分块的工装连接处的缝隙位置存在应力集中，焊后这样位置的应力集中导致应力不均匀，可能会引发结构破坏。另外，分块式工装容易使得装配不紧密不均匀，缝隙过大的区域不利于钎料润湿，影响焊接质量。如果工装刚性太强，不能让两个待焊面接合均匀，会使受力不均匀。待焊接面受力不均匀，会使得装配间隙不均匀，各区域润湿效果不同，导致焊接质量不均匀。

随着数控、高精密零件加工等技术发展与进步，对工装夹具提出了精准定位、快速夹紧等方面的要求，在高端液压件行业常见的壳体、圆筒类零件，以其加工精度高、装夹过程易变形等原因，倍受工艺人员关注。目前在实际生产中，大量采用液压、气动等夹紧形式，以减轻工人的劳动强度，同时这些自动化的夹紧方式，避免了在夹紧过程中人的干预，稳定了产品质量。工件外形及内腔形状不规则，无法使用普通卡爪装夹，设计普通手动压紧工装则很容易产生夹紧变形，此工件适合用静液压夹紧的形式进行装夹。借用数控车床液压拉杆，利用液压拉杆的轴向移动，设计静液压夹紧工装。实现可靠、快速夹紧。若能将采用液压和气动的夹紧想法转换为利用液压和气动膨胀想法使用到圆筒结构钎焊工装的设计也是一种有利的创新，使得圆筒结构钎焊质量更佳。如果仅采用充气式的也可降低成本、操作方便。

在高端零件加工中，液压、气动等夹紧方式广泛使用，同时不可回避的问题是液压、气动等夹紧方式投入成本高、空间占用大，这又限制了这类夹紧方式的应用与发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中圆筒套件钎焊存在的技术缺陷，而提供一种胶囊式圆筒钎焊工装。

本实用新型的另一个目的是提供一种基于所述胶囊式圆筒钎焊工装的套件。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种胶囊式圆筒钎焊工装，包括胶囊式工装本体，所述胶囊式工装本体的内壁面与外壁面之间形成用于通入加压介质的中空空间，所述胶囊式工装本体上设有与中空空间相连通的介质进出口，所述胶囊式工装本体的内壁面和/或外壁面作为施压面用于给待焊接工件施加压力。

在上述技术方案中，所述胶囊式工装本体为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁面为内圆筒面，所述圆筒结构的外壁面为外圆筒面，所述内圆筒面和/或所述外圆筒面为所述施压面，所述圆筒结构的内壁面和外壁面、顶面和底面围合形成所述的中空空间。

在上述技术方案中，所述内壁面和外壁面的厚度为0.1-1mm。

在上述技术方案中，所述胶囊式工装本体的材料为不锈钢或耐高温钢。

在上述技术方案中，所述介质进出口包括独立的介质进口和介质出口。

在上述技术方案中，所述介质进口和介质出口设置在所述胶囊式工装本体的顶面的两个远端。

在上述技术方案中，所述介质进口通过耐高温圆管连接氮气充气瓶，所述氮气充气瓶上设有气压表，所述介质出口通过耐高温圆管连接抽气设备。

在上述技术方案中，所述介质进出口为一个口，用于连接外部的液压装置。

在上述技术方案中，所述介质进出口上增设垫块，所述垫块上开设与所述介质进出口相同尺寸的孔，所述垫块通过螺栓固定在所述胶囊式工装本体的顶面上，通过所述孔与所述液压装置相连接。

本实用新型的另一方面，一种胶囊式圆筒钎焊工装套件，包括两个所述的胶囊式圆筒钎焊工装，一个胶囊式圆筒钎焊工装的外直径小于另一个胶囊式圆筒钎焊工装的内径，以使得两个胶囊式圆筒钎焊工装嵌套使用，位于内侧的一个胶囊式圆筒钎焊工装的外壁面为施压面，位于外侧的一个胶囊式圆筒钎焊工装的内壁面为施压面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型设计的胶囊式圆筒钎焊工装整个安装过程简单、容易操作，提升焊前装配效率；当采用气体作为压力介质时，通过调整胶囊内气体压力大小进而调整两个待焊圆筒面的贴合程度，当采用液体作为压力介质时，通过调整胶囊内液压大小进而调整焊接面的受压程度，控制贴合间隙，使得圆筒在充气过程中圆周各方向均匀受力。避免了不平衡的内应力存在，可以使得圆周待焊接面钎料润湿更均匀。在工装使用完泄气或排出液体拆卸后圆筒不会产生较大变形。整个装卸过程简单方便易操作，焊接质量更可靠。

2.本实用新型设计的胶囊式圆筒钎焊工装采用气体加压或液体加压使得胶囊膨胀，由于气压压强或液压可控，因此内壁面和/或外壁面所受压力可控，胶囊膨胀尺寸可控，不会出现待焊圆筒面间无法涨紧或将圆筒挤压变形的问题，提高了焊接质量。

3.本实用新型的胶囊式圆筒钎焊工装克服了工件圆筒内壁或工装内壁存在圆度或者同轴度略微超差时，反复装卸造成磨损的传统工装时引发的待焊面贴合不均匀而导致的焊接质量下降的问题。

附图说明

图1是胶囊式圆筒钎焊工装的结构示意图(加压介质为气体)。

图2是图1的截面图。

图3是胶囊式圆筒钎焊工装与圆筒工件、圆柱工件配合示意图(加压介质为气体)。

图4是胶囊式圆筒钎焊工装与内侧工件、外侧工件配合示意图(加压介质为气体)。

图5是胶囊式圆筒钎焊工装的结构示意图(加压介质为液体)。

图6是图5的截面图。

图7是胶囊式圆筒钎焊工装与圆筒工件、圆柱工件配合示意图(加压介质为液体)。

图8是胶囊式圆筒钎焊工装与内侧工件、外侧工件配合示意图(加压介质为液体)。

图中：1-胶囊式工装本体，11-中空空间，12-介质进出口，121-介质进口，122-介质出口，13-内壁面，14-外壁面；

2-圆筒工件，3-圆柱工件，4-内侧工件，5-外侧工件，6-垫块，7-螺栓。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1和图5所示，一种胶囊式圆筒钎焊工装，包括胶囊式工装本体1，所述胶囊式工装本体1的内部中空用于通入加压介质，所述胶囊式工装本体1上设有与中空空间11相连通的介质进出口12，用于向所述中空空间11内输入介质或将介质从所述中空空间11内排出，所述胶囊式工装本体1的内壁面13和/或外壁面14作为施压面用于给待焊接工件施加压力，当中空空间11内充满介质时，通过施压面给所述胶囊式工装本体1内和/或外的工件施加压力。

胶囊式工装本体1的材料选择能耐高温，高温下耐高压，还能根据内筒或者外筒的结构尺寸实时变化而自适应的材料。例如可以选取不锈钢、耐高温钢等材料。

如图1所示，当所述介质为气体时，所述介质进出口12包括独立的介质进口121和介质出口122，通过所述的介质进口121将介质输入至中空空间11内，至压力达到预定值后，停止输入气体介质，若压力超过预定值，通过介质出口122排出部分气体介质，至压力稳定在预定值，进行钎焊，钎焊完成后再通过介质进口121和/或介质出口122将气体介质排出。更为优选的，所述介质进口121和介质出口122设置在所述胶囊式工装本体1的顶面的两个远端。

如图5所示，当所述介质为液体时，所述介质进出口12为一个口，通过该介质进出口12将液体介质输入至中空空间11内，至压力达到预定值后，停止输入液体介质，进行钎焊，钎焊完成后再通过该介质进出口12将液体介质排出，介质进出口12连接液压装置。

作为优选的，所述胶囊式工装本体1为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁面13和/或外壁面14为所述施压面，所述介质进口121和介质出口122均设置在所述圆筒结构的顶面上，所述圆筒结构的内壁面13和外壁面14、顶面和底面围合形成所述的中空空间11。

实施例2(加压介质采用气体)

如图3所示，在本实例中，钎焊焊接的工件为圆筒工件2和圆柱工件3的焊接，圆筒工件2和圆柱工件3的材料为6061铝合金，所述圆筒工件2的外直径尺寸为45mm(正负0.1mm)。所述圆柱工件3的直径为25mm，高度60mm，所用钎料为锡基钎料，熔点在140℃。

胶囊式工装本体1的内直径也为45mm(正负0.1mm)，材料选为40Cr钢。

所述介质进口121作为充气孔使用，所述介质出口122作为放气孔使用，以防充过的时候可以放气，所述充气孔和放气孔分别与耐高温圆管相连接，耐高温圆管的材料选择与充气式工装相同的材料，也选为40Cr钢。

加压介质采用气体，所述胶囊式圆筒钎焊工装的工作原理如下：胶囊式工装本体1为薄层封闭结构，圆筒形状，除介质进口121、介质出口122外全密封，先充气再密封，利用圆筒形胶囊的充气膨胀使得钎焊面完全贴合，间隙很小，受力可控，间隙均匀。气体受压，压力均匀的传递到薄壁套(内壁面13和/或外壁面14)上，薄壁套膨胀，压紧工件。放气时，薄壁套恢复原状，工件松开。

所述胶囊式圆筒钎焊工装的工作方法如下：圆筒工件2和圆柱工件3的接触面为间隙配合，在圆筒工件2和圆柱工件3之间放置钎料。此时，只需要一个胶囊式圆筒钎焊工装，放置在圆筒工件2的外侧，工件、工装和耐高温圆管装配完成后，整体装入到钎焊设备。此时，两个耐高温圆管的一端已分别与工装的充气孔和放气孔相连接，另一端引出到钎焊炉体外部，再进行装配。与充气孔相连耐高温圆管的另一端连接到氮气充气瓶，可以通过气压表获得当前时刻的充气量，通过调节充气开关对充气量进行调节。与放气孔相连耐高温圆管的另一端与抽气设备相连，当充气量和实际需要相符时，不启动抽气设备，当充气过量时，开启抽气设备，抽出过量的气体，保证实际气压与所需气压相一致。然后启动钎焊设备进行钎焊，钎焊完成后，放出气体。

实施例3(加压介质采用液体)

在本实例中，钎焊焊接的工件为圆筒工件2和圆柱工件3的焊接如图3所示，圆筒工件2和圆柱工件3的材料均为6061铝合金，所述圆筒工件2的外直径尺寸为50mm，内径尺寸为40mm，高度为98mm，所述圆柱工件3的直径为39.9mm，高度98mm。所用钎料为低温锡基钎料，熔点在200～230℃。

胶囊式工装本体1的内直径为50mm，外径60mm，高度100mm，材料选为40Cr钢，胶囊式工装本体1的内壁面13和外壁面14均为薄壁结构，厚度在0.1-1mm，本实施例中选取0.15mm。在胶囊式工装本体1的顶部一侧留有介质进出口12，由于壁厚的原因，介质进出口12需增加垫块6并使用螺栓7禁锢。所述垫块上开设与所述介质进出口12相同尺寸的孔，通过该孔与外部液压装置相连接。

加压介质采用液体时，所述胶囊式圆筒钎焊工装的工作原理如下：胶囊式工装本体1采用金属薄层封闭结构，圆筒形状，除介质进出口12外全密封，利用圆筒形囊式工装注液膨胀使得钎焊面完全贴合，间隙均匀。根据帕斯卡定理密闭液体任何一局部上的压强，必然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。这样外部注液的压力均匀的传递到薄壁套(内壁面13和/或外壁面14)上，薄壁套膨胀，压紧工件。停止注液时，薄壁套恢复原状，工件松开。

加压介质(液压工质)的选择也十分关键，由于不同材料在钎焊时的温度差异较大，且一般温度较高，所以工质的熔点要比钎焊温度要一些。例如使用锡基钎料时钎焊温度区间在200℃～300℃之间，选用的高温导热油的闪点、沸点在350℃，保证在钎焊加热过程中液体尽量少的沸腾，保证液体工质对薄壁施加的压力均匀可控。

在进行钎焊时，预先在胶囊式工装本体1的中空空间11内注满高温导热油，将圆柱工件3外侧涂刷锡基钎料并放入圆筒中间并使用刮板去除多余钎料，再将工装套在圆筒工件2的外侧，并对工装与工件进行整体加热。温度上升至180～200℃后，介质进出口12连接外部加压设备并通过工装传导至工件外侧，形成均匀受力。工件钎焊完成降温至180～200℃区间后停止施加压力，等待工件自然冷却。

实施例4

一种胶囊式圆筒钎焊工装套件，包括两个如实施例1或实施例2或实施例3所述的胶囊式圆筒钎焊工装，一个胶囊式圆筒钎焊工装的外直径小于另一个胶囊式圆筒钎焊工装的内径，以使得两个胶囊式圆筒钎焊工装嵌套使用，位于内侧的一个胶囊式圆筒钎焊工装的外壁面14为施压面，位于外侧的一个胶囊式圆筒钎焊工装的内壁面13为施压面。

4.1

如图4所示，两个实施例2所述的胶囊式圆筒钎焊工装嵌套，对两个圆筒件的工件进行钎焊。

两个圆筒件的工件分别为内侧工件4和外侧工件5。内侧工件4和外侧工件5之间为焊接面需要间隙配合，间隙需要保证能够放置钎料。在钎焊过程中，需要使用内外两个胶囊式圆筒钎焊工装，内侧工件4和外侧工件5放置在两个胶囊式圆筒钎焊工装之间，通过充气孔向两个胶囊式圆筒钎焊工装中充气至特定压力，通过放气孔调节，防止压力过大。

4.2

两个实施例3所述的胶囊式圆筒钎焊工装嵌套，对两个圆筒件的工件进行钎焊。

两个圆筒件的工件分别为内侧工件4和外侧工件5。内侧工件4和外侧工件5之间为焊接面需要间隙配合，间隙需要保证能够放置钎料。在钎焊过程中，需要使用内外两个胶囊式圆筒钎焊工装，内侧工件4和外侧工件5放置在两个胶囊式圆筒钎焊工装之间，高温下持续通过注液向工件施加压力。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，包括胶囊式工装本体，所述胶囊式工装本体的内壁面与外壁面之间形成用于通入加压介质的中空空间，所述胶囊式工装本体上设有与中空空间相连通的介质进出口，所述胶囊式工装本体的内壁面和/或外壁面作为施压面用于给待焊接工件施加压力。

2.如权利要求1所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述胶囊式工装本体为圆筒结构，所述圆筒结构的内壁面为内圆筒面，所述圆筒结构的外壁面为外圆筒面，所述内圆筒面和/或所述外圆筒面为所述施压面，所述圆筒结构的内壁面和外壁面、顶面和底面围合形成所述的中空空间。

3.如权利要求1所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述内壁面和外壁面的厚度为0.1-1mm。

4.如权利要求1所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述胶囊式工装本体的材料为不锈钢或耐高温钢。

5.如权利要求1所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述介质进出口包括独立的介质进口和介质出口。

6.如权利要求5所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述介质进口和介质出口设置在所述胶囊式工装本体的顶面的两个远端。

7.如权利要求6所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述介质进口通过耐高温圆管连接氮气充气瓶，所述氮气充气瓶上设有气压表，所述介质出口通过耐高温圆管连接抽气设备。

8.如权利要求1所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述介质进出口为一个口，用于连接外部的液压装置。

9.如权利要求8所述的胶囊式圆筒钎焊工装，其特征在于，所述介质进出口上增设垫块，所述垫块上开设与所述介质进出口相同尺寸的孔，所述垫块通过螺栓固定在所述胶囊式工装本体的顶面上，通过所述孔与所述液压装置相连接。

10.一种胶囊式圆筒钎焊工装套件，其特征在于，包括两个如权利要求1-9中任一项所述的胶囊式圆筒钎焊工装，一个胶囊式圆筒钎焊工装的外直径小于另一个胶囊式圆筒钎焊工装的内径，以使得两个胶囊式圆筒钎焊工装嵌套使用，位于内侧的一个胶囊式圆筒钎焊工装的外壁面为施压面，位于外侧的一个胶囊式圆筒钎焊工装的内壁面为施压面。

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