一种用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具的制作方法

本实用新型涉及航空、航天用材料钛合金长直管件焊接技术领域，具体地说，涉及一种用于钛合金薄壁管件直焊缝变形控制的夹具。

背景技术：

钛合金具有耐蚀性、密度低、表面质感及多样化色泽、不导磁的特性，且具有比强度高、耐高温等优良的力学性能，被广泛用于航天航空工业领域。由于轻量化、耐蚀性的特点，钛合金薄壁件焊接结构在飞机引气管路、液压管路、燃油管路诸多部件制造中有着广泛的应用。

目前钛合金管件的类型主要有冷无缝管、热轧无缝管、热挤压管和焊管，对于钛合金焊管的生产制造相对于钛合金冷无缝管、热轧无缝管及热挤压管具有更低的技术条件要求，更高的生产效率，较高的原材料利用率，能够有效降低生产成本，因此各国都在发展自己的钛焊管生产体系。钛合金焊管的制备工艺通常是先采用钛板滚弯、折弯的管状成形工艺，再利用焊接技术实现管件零部件的制备。

对于薄壁长管件上直焊缝的焊接，由于长厚比大，构件在焊接残余应力下容易发生失稳变形，同时，根据焊接变形挠度公式可知，长管焊接变形挠度与焊缝长度的平方成正比，长度对焊管变形影响很大。同时钛合金薄壁管件的刚度小，在管直径小于60mm薄壁长管焊接时，很难采取常规直焊缝的夹持方法控制其焊接变形。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本实用新型提出一种用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具，该夹具结构简单，支座和装夹组件一体化，可有效地减小薄壁构件在焊接过程中产生的变形；尤其对管直径小于60mm薄壁长管焊接，可有效地对管件内壁和外壁的装夹，增加约束；同时通过设计背面气体保护结构,实现钛合金管件焊接背面的有效保护，提高焊接质量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:包括平台底座、连接板、支撑板、夹持平台、铜芯、芯轴、铜夹块、芯轴支座，铜芯镶嵌在芯轴表面的轴向凹槽上，芯轴两端放置在芯轴支座上，两个芯轴支座通过连接板和螺栓安装在两槽钢上面；夹持平台位于平台底座的上部，夹持平台与平台底座通过多块支撑板焊接相连，平台底座固定在槽钢上面，两槽钢的端部分别通过连接板相连接；

所述铜夹块为一端端部带有圆弧楔形面的长方体结构，中间部位有螺孔，多组铜夹块分别安装在夹持平台上，且带有圆弧楔形面的一端两两相对,铜夹块与夹持平台通过螺栓配合连接,实现焊管与铜芯的夹紧；

所述铜芯上表面轴向铣削加工成圆弧凹面用于承载焊管，铜芯下表面开有通气槽，铜芯中心轴线上开有导气孔，用于保护气体导入背面焊缝周围；

所述芯轴支座为倒T形结构，芯轴支座上开有U型槽，U型槽底面圆弧面与芯轴圆弧相同，U型槽壁上开有对称螺孔，芯轴两端部径向分别设置有两个对称紧固孔，螺栓与芯轴支座的U型槽壁上螺孔相配合，并通过芯轴两端的紧固孔夹紧芯轴。

所述夹持平台为两块L形平板，两夹持平台依铜芯对称安装于同一水平面上。

有益效果

本实用新型提出的一种用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具,钛合金薄壁管安放在夹具中,通过螺栓和螺母连接夹持平台与铜夹块，并夹紧。焊管装夹在具有圆弧面的铜芯和铜夹块之间，芯轴支座提供支撑力和保持刚度。

本实用新型用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具,在钛合金薄壁管焊接时，依靠夹具的约束和散热作用，有效减地小钛合金薄壁件的变形。

本实用新型用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具，其芯轴两端承载在等高的芯轴支座上，有利于保持装夹和焊接中芯轴处于水平位置，提高装夹精度；夹具结构简单，且适用于夹持不同口径的焊管，提高了夹具的使用价值。连接板上设有螺孔，方便夹具定位和紧固；平台底座固定后进行整体铣削加工，有效地保持了平台底座的平整度和精度，为装夹精度提供了前提条件。夹具各部件安装便捷，不需要利用其它工作平台辅助定位装夹，可随意搬动，节省生产空间。

本实用新型用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具，焊接方式实用；夹具通过螺栓夹紧力夹持待焊管，使焊管与铜芯和铜夹块贴合完好，贴合的铜夹块、铜芯能较快的传导焊管的焊接热量，且较小焊接变形；保护气体经过焊接导气管进入铜芯和不锈钢形成的腔体，排尽空气后保护气体均匀的从预设的通气孔导出，实现有效的焊接的背面保护，提高焊接质量；芯轴与焊管的镶嵌贴合，有效增大了芯轴的刚度，减小了芯轴受力后可能出现的变形，尤其对于长且直径小于60mm的焊管，刚度越大，所允许的夹持力越大，焊接装夹越紧密，焊接变形越小。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型一种用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具作进一步说明。

图1为本实用新型用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具轴测图。

图2为本实用新型用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具示意图。

图3为本实用新型夹具的夹持平台示意图。

图4为本实用新型夹具的铜芯与芯轴结构示意图。

图5为本实用新型夹具的铜夹块示意图。

图6为本实用新型夹具的芯轴支座示意图。

图中:

1.夹具 2.平台底座 3.槽钢 4.连接板 5.支撑板 6.螺孔 7.夹持平台 8.铜芯 9.芯轴 10.铜夹块 11.芯轴支座 12.螺母 13.螺栓 14.导气孔 15.焊管

具体实施方式

本实施例是一种用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具。夹具通过螺栓夹紧力夹持待焊管，使焊管与铜芯和铜夹块贴合装夹，贴合装夹的铜夹块、铜芯能较快的传导焊管的焊接热量，较小焊接变形；保护气体经过焊接导气管进入铜芯和不锈钢形成的腔体，排尽空气后保护气体均匀的从预设的通气孔导出，实现焊接的背面保护，提高焊接质量；芯轴两端承载在等高的芯轴支座上，有利于保持装夹和焊接中芯轴处于水平位置，提高装夹精度，实现整体焊接变形夹具控制。

参阅图1～图6，本实施例用于钛合金管件直焊缝变形控制的夹具由平台底座2、槽钢3、连接板4、支撑板5、螺孔6、夹持平台7、铜芯8、芯轴9、铜夹块10、芯轴支座11、螺母12、螺栓13、导气孔14组成；其中,铜芯8镶嵌在芯轴9表面的轴向凹槽上，芯轴9两端放置在芯轴支座11上，两个芯轴支座11通过连接板4和螺栓安装在槽钢3上面，夹持平台7位于平台底座2的上部，夹持平台7与平台底座2通过多块支撑板5焊接相连。平台底座2固定在槽钢3上面，两槽钢3的端部分别通过连接板4相连接。

铜夹块10为一端端部带有圆弧楔形面的长方体结构，中间部位有螺孔，多组铜夹块10分别安装在夹持平台7上，且带有圆弧楔形面的一端两两相对；铜夹块10与夹持平台7通过螺栓和螺母配合连接,实现焊管15与铜芯8的夹紧作用，达到约束焊接变形的控制。铜芯8上表面轴向铣削加工成圆弧凹面用于承载焊管15，铜芯8下表面开有通气槽，铜芯8中心轴线上开有通气孔，用于保护气体导入背面焊缝周围。

芯轴支座11为倒T形结构，芯轴支座11上开有U型槽，U型槽壁上开有对称螺孔，U型槽底面圆弧面与芯轴9圆弧相同，U型槽壁上开有螺孔；芯轴9两端部轴向分别设置有两个对称紧固孔，螺栓与芯轴支座11的U型槽壁上螺孔相配合,并通过芯轴9两端的紧固孔，用于夹紧芯轴。

加工过程

本实施例中的平台底座2由槽钢3、连接板4和切割处理后的支撑板5及夹持平台7焊接成形，其中，平台底座2固定焊接在两个平行的槽钢3上，槽钢3的两端有连接板4；夹持平台7与平台底座2通过加工后的支撑板5焊接成形，经过机械加工使夹持平台7等高、平整。

芯轴支座11为倒T形结构，芯轴支座11上开有U型槽，U型槽底面圆弧面与芯轴圆弧相同，U型槽壁上开有对称螺孔，芯轴两端部径向分别设置有两个对称紧固孔，螺栓与芯轴支座的U型槽壁上螺孔相配合，并通过芯轴9两端的紧固孔夹紧芯轴，保持芯轴9的稳定。夹持平台7为两块L形平板，两夹持平台依铜芯对称安装于同一水平面上。夹持平台7与铜夹块10中间的圆弧面和焊管15接触，实现夹紧约束。通过把有圆弧面的铜芯8镶嵌在芯轴9的槽腔内，保护气体通过通气孔进入铜芯8和芯轴9形成的密封腔体中，气体通过导气孔14均匀导出，实现焊接薄壁管15的背面保护。同时芯轴9两端设置有平面，用于与芯轴支座11接触承载。

铜夹块10的一端端部铣削形成带有圆弧楔形面结构，用于与焊管15接触，快速的传导焊接热量，减小焊接变形；通过螺栓13穿过夹持平台7上的螺孔6和铜夹块10上的螺孔，并与螺母12配合夹紧铜夹块10和夹持平台7，实现焊接件装夹。

本实施例中,利用具有圆弧面的铜芯和铜夹块将钛合金薄壁管件夹持在夹具上，通过螺栓夹紧力夹紧焊管。铜材料与焊管的接触，有效地约束了焊管的变形，并能及时迅速的把焊管的焊接热量传导通过铜芯传导开，减小焊接变形，提高焊接质量。在钛合金薄板焊接时，依靠铜芯和芯轴镶嵌作用，增大了芯轴的刚度，从而有效减小钛合金薄壁件的变形，同时，铜芯和芯轴镶嵌形成的凹钢通过导入保护气体，气体均匀的从铜芯的导气孔导出，能有效对焊缝背面进行气体保护。