奥氏体不锈钢薄板TIG焊焊缝背面保护工装的制作方法

本发明涉及钨极惰性气体保护焊的在薄壁件复杂焊接结构中的应用领域，包括飞机零组件制造、轮船零组件制造、汽车零组件制造等。保护工装设计方案可用于易氧化金属的焊接，包括有色金属及其合金(如铝、镁等)、不锈钢、高温合金、钛及钛合金以及难熔的活泼性金属等，亦可用于各种空间位置的焊接，如横焊、立焊、仰焊、空间曲面焊缝等。

背景技术：

随着飞机的更新换代，作为飞机供油系统的滑油箱对质量要求更高。飞机油箱采用钣金件、法兰、接管等焊接而成，要想提高产品的质量，重在焊接技术的提升。本公司采用的焊接方法主要为钨极惰性气体保护焊，所焊产品材料为0.8mm的奥氏体不锈钢。该薄壁产品焊接时焊缝背面采用人工氩气跟踪保护，产品内部结构复杂，人工氩气跟踪保护稳定性低，焊工与氩气跟踪保护人员都不便于操作。一道焊缝的焊接需要两个人严密配合，劳动力大大增加。

目前该类产品在进行钨极惰性气体保护焊存在以下3个问题：

1、一道焊缝需要两个人严密配合加工，劳动力大大增加，生产效率降低。

2、人工氩气跟踪保护时，跟踪人员需每时每刻注意熔池的移动，因此眼睛受到大量的电弧辐射，视力被严重伤害。

3、焊接接头处变形极为严重，而且每个产品焊接接头拘束度差异性大，加之构件空间结构复杂，普通氩气通气工装保护困难。

综上所述，现有的滑油箱焊接时焊缝背面保护质量存在人工操作的不稳定性，焊接时的劳动力也大大增加。焊接变形使得吹气工装制作难度增大。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种奥氏体不锈钢薄板tig焊焊缝背面保护工装，以解决现有飞机滑油箱生产时劳动力的增加、工人眼睛的损伤、操作不便利的问题，以及为薄板焊接时焊缝背面氩气保护提供更好的解决方案。

本发明的技术方案如下：

奥氏体不锈钢薄板tig焊焊缝背面保护工装包括环状左吹气部和环状右吹气部；

所述环状左吹气部和环状右吹气部之间通过合页相连；

所述环状左吹气部和环状右吹气部的上端面沿其周向设置有通气槽，下端面与通气入口管道相连，所述通气槽表面开有出气孔；

所述环状左吹气部和环状右吹气部外侧周向与防风屏相连。

所述环状左吹气部和环状右吹气部均为半圆环状。

所述通气槽为一圆环状腔体。

所述出气孔的中心位于通气槽上端面的同一条圆周上。

作为一种选择，靠近通气入口管道的出气孔的孔间间隔大于远离通气入口管道的出气孔的孔间间隔。

作为一种选择，靠近通气入口管道的出气孔孔径小于远离通气入口管道的出气孔孔径。

作为一种选择，沿通气槽外侧周向设置有周向凸起，周向凸起的上端面高于通气槽上端面。

进一步，周向凸起的上端面与焊接构件的焊缝背面之间有一间隙。

所述防风屏包括防风板以及防风板与环状左吹气部和环状右吹气部之间的槽。

所述防风屏包括左防风屏和右防风屏，两者之间设置有弹簧扣。

奥氏体不锈钢薄板tig焊焊缝背面保护工装的结构是基于以下考虑设计：

(a)焊接变形对尺寸的设计要求：不锈钢薄板焊接时，其构件的临界失稳应力较小，焊接接头在拉伸塑性变形、压缩塑性变形等作用下产生较大的应力，出现压曲失稳变形。尺寸设计若不考虑焊接变形，已经定位的吹气工装将会被接头部分的材料夹紧，不易于焊工装卸，因此工装外壳上端部需留出余量，例如0.5～1mm的余量。

(b)保护气体流出方向对尺寸的设计要求：保护气体的流出方向对准焊缝中心，周向焊缝焊接时保护气最终沿着工装与母材预留的0.5～1mm间隙流出，其余地方不留间隙；

(c)气体的通入方法及流出均匀性：周向焊缝的通入分两个入口，入口设计在工装背面，通气槽长度各为周长的一半，槽上偏向于保护气入口的1/4圆上出气孔直径为φ0.5，另一1/4圆的保护气出气孔直径为φ1、小孔密度间隔为3～4mm。小孔经过倒角加工，使得气流以发散方式喷出；

(d)实际操作的简易性设计：工装的夹紧方式采用弹簧扣；

(e)焊接变形前后防止有害气体侵入的措施：焊接过程中，焊接变形导致预留的0.5～1mm间隙增大，焊缝区金属温度到达1500℃以上，吹气工装外的保护气产生紊流。冷却过程中，由于腔内压强瞬间减小，槽内氩气的流量来不及补充，外部空气侵入到内腔，熔池发生氧化。而在工装外增加防风屏，有效的隔绝外部空气大量侵入。

(f)除上述(a)中的吹气工装外轮廓与母材之间预留0.5～1mm的间隙，保护气出口端面与外轮廓端面之间设定一个距离(高度差)，以保证气流的挺度。

(g)上述(b)中保护气体出气孔的分布圆周直径与周向焊缝直径一致。

(h)上述(c)中通气槽分为两半，两半的端部封闭，保护气入口在工装背面，入口管道的安装位置按实际焊接构件选择，最优位置为多个出气孔分布半圆中间位置的背面。保护气入口(通气入口管道)的背面不设置出气孔，以免气流局部地方过大，其余分布的出气孔气流较小。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的奥氏体不锈钢薄板tig焊焊缝背面保护工装从根本上解决了飞机滑油箱生产时劳动力的增加、工人眼睛的损伤、操作不便利以及薄板焊接时焊缝背面氩气保护困难的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的分解图；

图3是图1的俯视图；

图4和图5是工装使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1～2所示，奥氏体不锈钢薄板tig焊焊缝背面保护工装包括环状左吹气部和环状右吹气部；环状左吹气部和环状右吹气部之间通过合页4相连；环状左吹气部和环状右吹气部的上端面沿其周向设置有通气槽1，下端面与两根通气入口管道7相连，通气槽1表面开有出气孔6；环状左吹气部和环状右吹气部外侧周向与防风屏3通过螺钉相连。

其中，环状左吹气部和环状右吹气部均为半圆环状，拼合在一起后形成完整的圆环，圆环的内孔壁2与定位面9匹配定位工装。通气槽1为一圆环状腔体。多个出气孔6的中心位于通气槽1上端面的同一条圆周上。靠近通气入口管道7的出气孔6孔径小于远离通气入口管道7的出气孔6孔径，参考图3，即环状左吹气部和环状右吹气部上的通气槽1上偏向于保护气入口(通气入口管道7)的1/4圆上出气孔6直径为φ0.5，另一1/4圆的保护气出气孔直径为φ1。沿通气槽1外侧周向设置有周向凸起10，周向凸起10的上端面低于焊接构件的焊缝背面8(即焊接构件下端面)1mm，目的是避免焊接接头焊接后因变形而夹紧吹气保护工装，焊工拆卸困难。如图2，防风屏3包括左防风屏和右防风屏，两者之间设置有s形弹簧扣5，防风屏3包括防风板31以及防风板31与环状左吹气部和环状右吹气部之间的槽32。

如图4和图5，其中8为焊缝背面，9为定位面，定位面9是环状左吹气部和环状右吹气部的夹持定位面。吹气工装外轮廓与母材之间预留0.5～1mm的间隙，保护气出口端面与外轮廓端面距离为1mm，以保证气流的挺度。出气孔6的分布圆周直径与周向焊缝直径一致。通气槽1分为两半，两半的端部封闭，保护气体通气入口管道7位于工装背面，入口接头的安装位置按实际焊接构件选择，最优位置为半圆的中心。保护气入口的背面不设置出气小孔，以免气流局部地方过大，其余分布的出气小孔气流较小。