CN102825371A - 一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具。其结构包括上层压板、下层压板、铜垫板和底座，其中所述的上层压板是两块长方形压板，下层压板是两块具有楔形压板头的长方形压板，两块下层压板的楔形压板头相对设置，与位于下层压板下方的铜垫板共同形成压紧机构，铜垫板中央沿长度方向铣有2mm宽的焊接成型槽，并每隔50mm钻有直径为1mm的背面氩气保护孔，同时在两个楔形压板头上铣有防干涉槽；所述的上层压板靠近压紧机构的一侧边缘，每隔40mm装配有一个顶紧螺栓，下层压板上对应于每两个顶紧螺栓的中间位置上，沿下层压板宽度方向开有槽。本发明的用于薄壁合金带材精密焊接的夹具对于焊接厚度在1.5mm以下的板材、超薄带材均适用，有利于保证焊前装配精度和焊接工艺参数优化。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具。
背景技术
新型航空发动机的封严圈、W环和导流管均为精密成形件，其对尺寸精度和变形量的要求很高，采用常规焊接方法难以实现它们的可靠连接和成形。如封严圈零件的直径大、设计尺寸严格，液涨成形对焊缝质量要求高，工业上曾经采用过激光焊方法进行对接焊，但焊缝成形较差且焊缝两端存在局部烧穿，因此，该零件长期依靠进口满足发动机研制需求。
采用微束等离子焊接方法解决了上述技术问题，微束等离子焊是一种精密焊接方法，其具有焊缝成形质量高、焊缝宽度窄（通常焊缝宽度与板厚相当）以及焊后变形量小等特点，特别适合对接厚度在0.3mm以下的薄壁合金带材的焊接。但是，对于厚度在0.3mm以下的薄壁合金带材焊接有十分严格的装配要求，其对接间隙最大不能超过母材厚度的20%，错边量最大不能超过母材厚度的40%，否则极易形成烧穿，因此，用于超薄合金带材焊接的夹具对焊后成形及其质量起着十分关键的作用。
目前常用的琴键式焊接夹具是在单层压板上设置有一个类似于琴键形状的压头，用来专门压紧焊接带材，但是这样结构存在的缺点是对于超薄带材本身会带来损伤，而且单层压板结构不利于随时根据待焊接的带材调节夹具的夹持松紧度。
发明内容
针对现有的焊接夹具不能满足薄壁合金带材精密焊接需求的问题，本发明提供一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具，能够满足超薄材料的对接装配要求，且焊缝成形质量高、变形量极小，焊缝力学性能数据达到了母材相应性能指标。
本发明的用于薄壁合金带材精密焊接的夹具包括上层压板、下层压板、铜垫板和底座，上层压板装配在下层压板上，铜垫板镶嵌在底座上，上层压板和下层压板两端开有通槽，通过贯穿通槽的固定螺栓固定在底座上，其中所述的上层压板是两块长方形压板，下层压板是两块具有楔形压板头的长方形压板，两块下层压板的楔形压板头相对设置，与位于下层压板下方的铜垫板共同形成压紧机构，铜垫板中央沿长度方向铣有2mm宽的焊接成型槽，并每隔50mm钻有直径为1mm的背面氩气保护孔，同时在两个楔形压板头上铣有防干涉槽；所述的上层压板靠近压紧机构的一侧边缘，每隔40mm装配有一个顶紧螺栓，下层压板上对应于每两个顶紧螺栓的中间位置上，沿下层压板宽度方向开有槽。
其中所述的通槽沿压板宽度方向的长度大于固定螺栓的直径8mm。
所述的防干涉槽距铜垫板表面3mm，宽度为2.5mm 。
所述的下层压板上槽的宽度为7mm，深度为下层压板厚度的2/3 。
本发明的特点和有效果是：
（1）本发明的压板是双层结构，在上层压板靠近焊接定位槽一侧边缘装有一排螺栓，螺栓间距40mm，向下拧螺栓顶紧下层板，能保证压板与对接接头的可靠贴合压紧；上层压板和下层压板的两端开有通槽，且通槽的直径大于顶紧螺栓的直径8mm，这样压板间距可进行0～8mm自由调节，对于焊接厚度在1.5mm以下的板材、超薄带材均适用，有利于保证焊前装配精度和焊接工艺参数优化；
（2）本发明的下层压板是整体压紧结构，同传统的琴键式夹具相比有利于保证对接接头在压板下压时的整体刚性，并避免琴键压头对超薄带材的损伤，同时，在下层压沿宽度方向开槽，这样减少了下层板对应顶紧螺栓位置的局部刚性，保证了压板对于对接接头均匀、可靠压紧，压紧力可通过压紧螺栓进行调节；
（3）下层压板的楔形压板头上铣有防干涉槽，以焊接0.2mm带材为例，压板间距为3mm，再加上共计5mm防干涉槽，这样可以使用最大焊枪喷嘴为8mm，有利于加强对焊缝的氩气保护效果。
附图说明
图1是本发明的用于薄壁合金带材精密焊接的夹具的结构主视图；
图2是本发明的用于薄壁合金带材精密焊接的夹具的结构俯视图；
图3是本发明的用于薄壁合金带材精密焊接的夹具的结构右视图；
其中，1：上层压板；2：下层压板；3：铜垫板；4：底座；5：固定螺栓；6：顶紧螺栓；7：槽；8：通槽；9：防干涉槽；10：焊接成型槽。
具体实施方式
用于薄壁合金带材精密焊接的夹具包括上层压板（1）、下层压板（2）、铜垫板（3）和底座（4），上层压板（1）通过如图所示的螺栓装配在下层压板（2）上，铜垫板（3）镶嵌在底座上（4），上层压板（1）和下层压板（2）两端开有通槽（8），通过贯穿通槽的固定螺栓（5）固定在底座（4）上，其中所述的上层压板（1）是两块长方形压板，下层压板（2）是两块具有楔形压板头的长方形压板，两块下层压板（2）的楔形压板头相对设置，与位于下层压板（2）下方的铜垫板（3）共同形成压紧机构，铜垫板中央沿长度方向铣有宽度为2mm焊接成型槽(10)，并每隔50mm钻有直径为1mm的背面氩气保护孔，同时在两个楔形压板头上铣有防干涉槽（9）；所述的上层压板（1）靠近焊接定位槽的一侧边缘，每隔40mm装配有一个顶紧螺栓（6），下层压板（2）上对应于每两个顶紧螺栓（6）的中间位置，沿下层压板（2）宽度方向开有槽（7）。
其中所述的通槽（8）沿压板宽度方向的长度大于固定螺栓（5）的直径8mm。
所述的防干涉槽（9）距焊接定位槽底面3mm，宽度为2.5mm 。
所述的下层压板（2）上槽（7）的宽度为7mm，深度为下层压板（2）厚度的2/3 。
实施例1
采用发明设计的上述焊接夹具装配焊接封严圈零件，具体步骤如下：
封严圈材料为GH738合金带材，供货状态为退火态，最终热处理状态为固溶+时效态，其主要化学成分见表1。
表1 GH738合金冷轧带材的主要化学成分
（1）焊前准备
焊前采用激光切割下料，带材尺寸为2580mm×100mm，并附带50mm×30mm焊接试片不少于4片，用于工艺参数验证试验，焊前对接头端面及接头两侧约3mm区域，采用不锈钢丝刷进行抛光处理，去除表面氧化层并呈金属光泽，用丙酮或酒精对焊接夹具装配面和焊前清理区域进行清洗，去除油污及其它外来物。
（2）装配压紧
将待焊试片或零件放置在焊接夹具上，接头正对焊接成型槽中央，先将一侧试片或零件单面固定，调整上层压板（1）与接头间距在2.5～3mm之间，拧紧上层压板两端的固定螺栓（5），微调顶紧螺栓（6），保证均匀压紧，再将另一侧试片或零件按同样方法装配压紧，其间应尽量保证对接接头间有一定的贴合力，有利于减少间隙，保证装配对接间隙公差，防止烧穿，最后同时调整两个顶紧螺栓（5），使试片或零件与铜垫板（3）处处贴合良好，保证装配错边在允许公差范围。
（3）焊机及机器人调教
焊前检查钨极烧损情况，发现钨极尖端氧化甚至烧损发黑时应及时重新磨制钨极，检查焊机水冷、气路以及故障报警等，确保无任何问题。
对机器人路径进行示教，保证移动路径不偏离待焊接头，基本编程指令如下：
ArcLStart p1, v20, seam1, weld1, fine, tweldgun;
ArcLEnd p2, v20, seam1, weld1, fine, tweldgun;
（4）工艺参数验证及焊接
将装配好的待焊试片先进行工艺参数验证，一般至少试验2对，确保工艺参数稳定性，在焊接正式零件时，在起弧、收弧位置加装引弧板和收弧板，具体焊接工艺参数见表2。
表2 微束等离子焊接高温合金试验工艺参数
（5）目视检查
目视检查试片或零件的焊缝外观与母材应圆滑过度，焊接接头表面应无裂纹、烧穿、焊瘤以及焊接飞溅物，对接接头的错位不大于母材厚度的20%。
（6）渗透检查
按HB/Z61-1998检查焊缝的渗透性，焊缝表面无线性显示。
Claims (4)
1.一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具，其特征在于包括上层压板、下层压板、铜垫板和底座，上层压板装配在下层压板上，铜垫板镶嵌在底座上，上层压板和下层压板两端开有通槽，通过贯穿通槽的固定螺栓固定在底座上，其中所述的上层压板是两块长方形压板，下层压板是两块具有楔形压板头的长方形压板，两块下层压板的楔形压板头相对设置，与位于下层压板下方的铜垫板共同形成压紧机构，铜垫板中央沿长度方向铣有2mm宽的焊接成型槽，并每隔50mm钻有直径为1mm的背面氩气保护孔，同时在两个楔形压板头上铣有防干涉槽；所述的上层压板靠近压紧机构的一侧边缘，每隔40mm装配有一个顶紧螺栓，下层压板上对应于每两个顶紧螺栓的中间位置上，沿下层压板宽度方向开有槽。
2.根据权利要求1所述的一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具，其特征在于所述的通槽沿压板宽度方向的长度大于固定螺栓的直径8mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具，其特征在于所述的防干涉槽距铜垫板表面3mm，宽度为2.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于薄壁合金带材精密焊接的夹具，其特征在于所述的下层压板上槽的宽度为7mm，深度为下层压板厚度的2/3。
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