钛合金零件焊接工装及其焊接方法与流程

1.本发明涉及钛合金零件焊接技术领域，尤其是涉及一种钛合金零件焊接工装及其焊接方法。


背景技术：

2.钛合金零件真空氩箱焊接工艺：钛合金作为一种应用较为广泛的轻质合金，近年来被广泛应用于航空航天领域，随着我国航空航天事业不断发展壮大，钛合金零件被赋予更大的使命，同时也提出了更高的要求，这使得钛合金零件尺寸越做越大、结构越来越复杂，加工过程越来越长。钛合金零件在高温时极易与氧元素发生反应，生成氧化物杂质影响零件性能。因此钛合金一般使用钨极氩弧焊工艺进行焊接，该工艺能够有效防止钛合金零件焊接区域氧化。
3.随着零件加工过程愈加复杂，零件的焊接面积也显著增加，在开放环境的普通焊接工位难以满足大型钛合金铸件的生产要求。将零件装入真空焊箱中(焊接系统处于真空焊箱内部，仅焊接电源在真空焊箱外)，使用真空泵将焊箱内空气抽出，再充入氩气，使整个零件都处于惰性气体环境中，氩箱操作窗口使用胶皮手套隔绝外界空气，打开窗口后，焊工将手伸入氩箱内进行焊接。使用此方法能够最大限度保证零件焊接不受环境因素影响。
4.但是，上述方法限制了焊工的操作位置，进行大型钛合金零件焊接时无法移动零件，可焊接的区域有限，每次焊接部分区域后需要打开真空焊箱调整零件位置，再进行上述真空过程，才可继续焊接，导致焊接效率低下。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种钛合金零件焊接工装及其焊接方法，以缓解了现有技术中存在的进行大型钛合金零件焊接时无法移动零件，可焊接的区域有限，每次焊接部分区域后需要打开真空焊箱调整零件位置，导致焊接效率低下的技术问题。
6.第一方面，本发明提供的钛合金零件焊接工装，包括：导轨、负载车、驱动构件和夹持构件；
7.所述导轨被用于安装在焊箱中，所述导轨设置为弧形，且所述导轨具有开口朝上的滑动凹槽，所述负载车的底部具有滚轮，所述滚轮伸入到所述滑动凹槽中，所述驱动构件与所述滚轮传动连接，所述驱动构件用于带动所述滚轮沿自身轴线方向转动，以使所述滚轮在所述滑动凹槽内滑动；
8.所述夹持构件与所述负载车连接，所述夹持构件用于夹持钛合金零件。
9.在可选的实施方式中，
10.所述夹持构件包括支撑部和下压部；
11.所述支撑部与所述下压部连接，所述下压部与所述负载车连接，所述支撑部的顶部具有支撑面，所述下压部的底部具有下压面，所述支撑面与所述下压面呈平行设置，所述支撑面和所述下压面之间形成用于固定钛合金零件的夹持区域。
12.在可选的实施方式中，
13.所述夹持构件还包括转动部；
14.所述转动部设置于所述支撑部与所述负载车之间，所述转动部与所述负载车连接，所述支撑部与所述转动部转动连接，所述转动部用于使所述支撑部沿自身轴线方向转动。
15.在可选的实施方式中，
16.所述夹持构件还包括螺纹杆；
17.所述螺纹杆的端部与所述支撑部连接，所述下压部套设于所述螺纹杆，以使所述下压部能够沿着所述螺纹杆移动。
18.在可选的实施方式中，
19.所述夹持构件还包括限位板；
20.所述限位板套设于所述螺纹杆，所述限位板位于所述下压部的上方，所述螺纹杆的端部可拆卸连接有固定螺母，所述固定螺母位于所述限位板的上方。
21.在可选的实施方式中，
22.所述导轨设置有两个，两个所述导轨相互平行设置，所述负载车的两侧分别设置有两个所述滚轮，每个所述导轨上的所述滑动凹槽均容置有两个所述滚轮。
23.第二方面，本发明提供的基于钛合金零件焊接工装的焊接方法，包括以下步骤：
24.装载步骤：通过驱动构件带动滚轮转动，以使支撑部处于水平位置，将钛合金零件放置到支撑部上，将螺纹杆安装到支撑部上，且依次将下压部和固定螺母安装到螺纹杆上，以使钛合金零件被夹持在支撑部和下压部之间。
25.在可选的实施方式中，
26.特征在于，还包括调整位置步骤：
27.转动支撑部，以使钛合金零件同步转动；
28.通过驱动构件控制滚轮在导轨上移动，以使钛合金零件倾斜。
29.在可选的实施方式中，
30.特征在于，还包括抽真空步骤：
31.调整钛合金零件后，关闭焊箱，对焊箱进行抽真空，以使焊箱内的压力为5-20pa；
32.将液化氩气增压气化后充入焊箱内，直至焊箱内的压力为1个大气压时停止充入氩气。
33.在可选的实施方式中，
34.特征在于，还包括施焊步骤：
35.将负载车连接焊机地线，以使负载车是焊接回路的一部分。
36.本发明提供的钛合金零件焊接工装，通过夹持构件将钛合金零件夹持固定，利用驱动构件带动滚轮转动，使滚轮在导轨上的滑动凹槽滑动，即可使负载车沿着焊箱内固定的导轨滑动，且由于导轨为弧形，滑动凹槽开口朝向，使负载车能够沿着弧形的导轨移动，进而使钛合金零件能够在焊箱中沿x轴和z轴两个轴向方向移动，零件可以暴露出更多的待焊位置，减少焊箱打开的次数，缓解了现有技术中存在的进行大型钛合金零件焊接时无法移动零件，可焊接的区域有限，每次焊接部分区域后需要打开真空焊箱调整零件位置，导致焊接效率低下的技术问题。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例提供的钛合金零件焊接工装的整体结构示意图；
39.图2为本发明实施例提供的钛合金零件焊接工装带有钛合金零件的安装结构示意图；
40.图3为本发明实施例提供的钛合金零件焊接工装带有钛合金零件的另一实施例下的安装结构示意图。
41.图标：100-导轨；200-负载车；300-驱动构件；400-夹持构件；410-支撑部；420-下压部；430-转动部；440-螺纹杆；450-限位板；460-固定螺母；500-钛合金零件。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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，或者是该发明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发明和简化描述，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发明的限制。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。
46.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
47.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的
实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.钛合金铸件的焊接多在真空氩箱内进行。当使用真空氩箱时，操作人员的焊接行为只能靠自身完成，难以得到外力或他人帮助。当大型铸件焊接时，因为其质量大、体积大，在真空氩箱内难以进行移动、旋转等变位动作，有很大的操作局限性。
50.有鉴于此，如图1、图2所示，本实施例提供的钛合金零件焊接工装，包括：导轨100、负载车200、驱动构件300和夹持构件400；导轨100被用于安装在焊箱中，导轨100设置为弧形，且导轨100具有开口朝上的滑动凹槽，负载车200的底部具有滚轮，滚轮伸入到滑动凹槽中，驱动构件300与滚轮传动连接，驱动构件300用于带动滚轮沿自身轴线方向转动，以使滚轮在滑动凹槽内滑动；夹持构件400与负载车200连接，夹持构件400用于夹持钛合金零件500。
51.本实施例提供的钛合金零件焊接工装，通过夹持构件400将钛合金零件500夹持固定，利用驱动构件300带动滚轮转动，使滚轮在导轨100上的滑动凹槽滑动，即可使负载车200沿着焊箱内固定的导轨100滑动，且由于导轨100为弧形，滑动凹槽开口朝向，使负载车200能够沿着弧形的导轨100移动，进而使钛合金零件500能够在焊箱中沿x轴和z轴两个轴向方向移动，零件可以暴露出更多的待焊位置，减少焊箱打开的次数，缓解了现有技术中存在的进行大型钛合金零件500焊接时无法移动零件，可焊接的区域有限，每次焊接部分区域后需要打开真空焊箱调整零件位置，导致焊接效率低下的技术问题。
52.关于导轨100的结构和形状，具体而言：
53.导轨100的形状设置为沿着竖直方向弯曲的圆弧形，导轨100开设有滑动槽，滑动槽开口朝上，滑动槽提供有滑动路径，使负载车200只能沿着滑动槽移动。
54.导轨100设置有两个，两个导轨100相互平行设置，使负载车200上的四个滚轮均能够同步移动。
55.关于负载车200的结构和形状，具体而言：
56.负载车200包括底盘和滚轮，滚轮通过转动轴与底盘转动连接，使滚轮能够沿着自身轴线方向移动，进而使滚轮在滑动槽中移动，调整负载车200的整体位置，且由于导轨100为圆弧形，使负载车200能够沿着x方向和z方向移动。
57.关于驱动构件300的结构和形状，具体而言：
58.驱动构件300包括减速电机和控制器，减速电机安装在负载车200上，控制器与减速电机电连接，利用控制器控制减速电机的开启和关闭，并且控制器还能控制减速电机停止工作时将滚轮锁死，进而使负载车200静止在所需位置。
59.关于夹持构件400的结构和形状，具体而言：
60.夹持构件400包括支撑部410和下压部420，下压部420位于支撑部410的上方，支撑部410与下压部420相对平行设置，且支撑部410和下压部420连接，下压部420与负载车200连接，支撑部410的顶部具有支撑面，下压部420的底部具有下压面，支撑面与下压面呈平行设置，支撑面和下压面之间形成用于固定钛合金零件500的夹持区域。
61.支撑部410具体设置为支撑圆盘，下压部420可设置为如图1、图2所示的钢板，也可设置为如图3所示的槽钢，根据实际需求选择下压部420的具体材料。
62.为了带动钛合金零件500能够自由转动，夹持构件400还包括转动部430，转动部430设置在支撑部410和负载车200之间，转动部430具体设置为承重轴承，支撑部410通过轴
与承重轴承转动连接，使支撑部410能够自由转动，即可带动钛合金零件500自由转动。
63.为了将支撑部410和下压部420连接，在支撑部410和下压部420之间设置螺纹杆440，螺纹杆440的端部与支撑部410连接，下压部420套设在螺纹杆440，利用固定螺母460将下压部420的上下两端夹紧，即可将下压部420固定在螺纹杆440上。
64.夹持构件400还包括限位板450，限位板450位于下压部420的上方，位于螺纹杆440顶部的固定螺母460与限位板450接触，将下压部420和限位板450固定，需要注意的是，限位板450和下压部420可设置为一体结构，也可设置为单独分离的结构。
65.本实施例提供的钛合金零件500焊接工装，在真空焊箱内部铺设导轨100，使用负载车200装载大型零件实现调整焊接位置的操作，负载车200配有夹持构件400，确保零件稳固；负载车200利用减速电机驱动，停止运动时立即自锁。
66.本实施例提供的钛合金零件焊接工装的焊接方法，包括以下步骤：装载步骤：通过驱动构件300带动滚轮转动，以使支撑部410处于水平位置，将钛合金零件500放置到支撑部410上，将螺纹杆440安装到支撑部410上，且依次将下压部420和固定螺母460安装到螺纹杆440上，以使钛合金零件500被夹持在支撑部410和下压部420之间。
67.具体的，将螺纹杆440上的固定螺母460取下后，可以移除下压部420，再将螺纹杆440取下，此时操作控制器调整负载车200位置，使支撑部410处于水平状态，将零件平稳放置到支撑部410上后，先将螺纹杆440装到支撑部410上，再放置下压部420并用固定螺母460固定，装载完毕的零件无法自由运动，需要操作负载车200偏移手动旋转支撑部410。
68.支撑部410下安装有承重轴承，可以自由旋转，当装载零件时，零件、螺纹杆440、下压部420与支撑部410同步旋转，旋转时装载的零件不会发生偏移。
69.操作控制器使负载车200在导轨100上前后移动，此时整个负载车200带动零件实现一定角度的倾斜，在极限位置时的重心仍在负载车200四轮投影面积内。倾斜后配合旋转操作调整零件焊接位置，极大的扩展了可焊接的零件面积。通过此方法调整焊接位置，将生产率较低的部分立焊、仰焊焊区变为船形焊、横焊焊区，提高了生产效率，也使焊工的操作更加安全便捷。
70.调整好零件姿态后，关闭焊箱进行抽真空及充氩操作，整个装在焊箱内将会经历一段5-20pa的低真空状态，液化氩气增压气化后充入焊箱内部会导致温度略有降低，该过程不会对工装及零件产生负面影响，焊箱内氩气压强为1个大气压时停止充氩；打开操作窗口检查工装状态，轴承、减速电机经过抽真空及充氩过程后仍能正常运转。
71.整个负载车200连接焊机地线，是焊接回路的一部分，其导电性良好，放置在上面的零件能够正常进行焊接操作，工装能够匹配熔化极、非熔化极电弧焊在钛合金、高温合金、不锈钢等材料焊接的过程。使用此工装时的部分焊接参数如下表：
72.焊接参数表
[0073][0074]
本实施例提供的钛合金零件500焊接工装的焊接方法，能够使零件进行两种自由度旋转，在焊工操作位置固定的情况下使零件能够尽可能地暴露出待焊位置；能够适应真空焊箱有限空间的零件变位操作，并且经历真空环境后仍能正常使用。
[0075]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。