一种薄壁对接环缝真空电子束焊接工装的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种薄壁对接环缝真空电子束焊接工装，涨套由若干个一端环形拼接的涨瓣构成，涨瓣另一端在弹簧作用下能够自由收缩，顶锥是一个中空圆台结构，圆台的小端面嵌套在涨套内，将顶锥的轴向运动转化为涨套的径向运动，从而挤压零件内壁，形成零件的内孔定位；芯轴穿过两个相对的涨紧机构；调节轴套通过芯轴上螺纹调整调节帽位置，使得调节轴套位置发生变化，带动涨紧机构位置发生相应变化。本实用新型提能够满足在真空电子束焊接条件下，焊前接头装配质量要求高，减小杂散电磁场干扰影响等要求，一次装配和一次完成焊接过程实施，为真空电子束焊接进一步广泛应用提供了技术基础，降低了成本。
【专利说明】一种薄壁对接环缝真空电子束焊接工装
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种在真空电子束焊接条件下使用的焊接工装。
【背景技术】
[0002]焊接工装就是将零件准确的定位和可靠夹紧，便于零件进行装配和焊接、保证零件结构精度方面要求的工艺装备。
[0003]在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的焊接工装，对提高产品质量，减轻工人劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要作用。大多数焊接工装是为某种产品的装配焊接工艺而专门设计，属于非标准装置，往往需要根据产品结构特点、生产条件和设计需要自行设计制造。
[0004]一般情况下，根据自身产品结构不同，但是进行设计时，遵循基本原则如下:
[0005](1)焊接工装应具备足够的强度和刚度。焊接工装在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以应具备足够的强度和刚度。
[0006](2)加紧的可靠性。焊接工装加紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不是工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。
[0007](3)操作的灵活性。使用夹具生产时应保证足够装操空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产全过程处于稳定的工作状态。
[0008](4)便于焊件装卸。操作时应考虑产品在装配定位焊或焊接后能顺利地从夹具中取出，同时在产品翻转或吊运使其不受伤害。
[0009](5)良好工艺性。设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计时还要考虑生产现场具备的加紧动力源、吊装能力、安装场地等因素，降低夹具制造成本。
[0010]由于焊接工装依据产品结构特点、单位生产条件和设计需要自行设计制造，造成了焊接工装结构、功能区别较大，种类繁多，不能相互通用。同时真空电子束焊接设备比较复杂，投资大，费用比较昂贵，焊前要求接头位置准确，间隙小而且均匀，电子束易受杂散电磁场的干扰等特点，选用单位较少。
[0011]根据互联网上检索结果，未查到相关在真空电子束焊接条件下使用的焊接工装资料，同时在行业相关单位进行了解，各单位都是根据自身产品设计、制造符合自身使用要求焊接工装，各不相同，类比性不强。
【发明内容】
[0012]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种薄壁对接环缝焊接工装，能够满足在真空电子束焊接条件下，焊前接头装配质量要求高，减小杂散电磁场干扰影响等要求，一次装配和一次完成焊接过程实施，为真空电子束焊接进一步广泛应用提供了技术基础，降低了成本。[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括芯轴、涨紧机构、调节机构和压紧机构，
[0014]所述的芯轴通过两端面的顶尖孔装卡在设备上，由设备主轴带动旋转；
[0015]所述的涨紧机构包括弹簧、涨套、顶锥和压紧帽，涨套由若干个一端环形拼接的涨瓣构成，涨瓣另一端在弹簧作用下能够自由收缩，顶锥是一个中空圆台结构，圆台的小端面嵌套在涨套内，将顶锥的轴向运动转化为涨套的径向运动，从而挤压零件内壁，形成零件的内孔定位；芯轴穿过两个相对的涨紧机构；
[0016]所述的调节机构包括调节轴套和调节帽，通过芯轴的外螺纹调整调节帽位置，使得调节轴套的轴向位置发生变化，带动涨紧机构位置调节并实现轴向定位；芯轴旋转时，带动调节轴套及涨紧机构同步旋转；
[0017]所述的压紧机构采用压紧帽，套接在芯轴上，安装在顶锥的大端面，通过沿芯轴外螺纹旋转，推动两个顶锥轴向运动；所述的压紧机构外侧通过螺母轴向推动压盖，压盖作用在零件两端。
[0018]所述的涨瓣围成的内孔与芯轴呈15°。
[0019]所述的涨瓣外侧装配紫铜衬垫。
[0020]所述的涨瓣选用0Crl8Ni9Ti不锈钢材料。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]I)适用范围广、结构统一、降低成本
[0023]涨胎式工装结构能够满足壁厚不大于2.5mm,直径Φ 60mm?Φ 500mm范围内对接平口环形焊缝的装配需要。工装结构采用了统一涨瓣结构，将顶锥的轴向运动转化为径向运动，实现内孔定位，降低了设计加工、成本。
[0024]2)装配效果佳、焊缝质量稳定
[0025]焊前装配错位满足不大于被焊零件壁厚10%，装配间隙不大于0.05mm，焊前装配效果能够满足真空电子束焊接的要求。同时在焊接实施过程中，有效保持了零件装配时状态，保证了产品焊缝成型，避免了形成“失流”现象产生，降低了焊接缺陷产生的机率，提高了焊缝强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的结构示意图；
[0027]图2是本发明的零件示意图；
[0028]图3是涨瓣的结构示意图，其中，Ca)为剖视图，(b)为侧视图；
[0029]图4是满足Φ内350mm以上，壁厚2?2.5mm的工装示意图；
[0030]图5是满足Φ内IOOmm以下，壁厚0.5?1.5mm的零件焊前装配示意图；
[0031]图6是满足待焊零件中有I个零件一端封闭的工装示意图；
[0032]图7是满足待焊零件中有I个零件一端存在小孔的工装示意图；
[0033]图中，A-芯轴，B-压紧机构，C-调节机构，D-涨紧机构，E传动机构，1-螺母I，2-压盖I，3-调节帽I，4-调节轴套I，5-压紧帽I，6-平键，7-顶锥I，8-涨瓣I，9-涨瓣II，10-顶锥11,11-调节轴套II，12-调节帽II，13-调节帽II，14-压盖II，15-螺母II。【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0035]本项发明能够满足零件几何尺寸壁厚不大于2.5mm，直径Φ60πιπι?Φ 500mm范围
内对接平口环形焊缝的装配需要。
[0036]本发明在遵循基本要求的同时采用了统一涨胎式结构。焊前装配质量能够达到QJ972-86和GJB1817A-2005相关要求，有效减小电磁场干扰，在多个产品对接平口环缝真空电子束焊接生产中得到了应用，效果良好。
[0037]图1所示为一种薄壁对接环缝焊接工装结构，能够实现焊缝位置一定范围调节，达到焊前装配错位高度不大于10%壁厚、对接间隙不大于0.05_，满足一次装配和一次完成真空电子束焊接过程实施，主要组成包括:芯轴、涨紧机构、调节机构、压紧机构、传动机构，五个部分，主要三部分组成、功能如下:
[0038]( 1)芯轴
[0039]芯轴是重要零部件之一，图1中芯轴由前段、中段、后段三部分组焊成一个整体后加工成型，两端面各有1个顶尖孔。芯轴上安装有调节机构、压紧机构、传动机构，并将待焊零件与焊接工装组成一个整体，使用时将芯轴两端一夹一顶装卡在设备上，设备主轴带动整体旋转，实现焊接过程。
[0040](2)涨紧机构
[0041]图1中涨紧机构由弹簧、涨套、顶锥、压紧帽4种零件构成。涨套通常是一个部件，它将紫铜材料的衬垫用一定数量铆钉固定在本体上，按照一定角度分割为若干个涨瓣，一般数量为3或6。弹簧使涨套能够自由收缩。顶锥将轴向运动转化为涨套的径向运动。压紧帽实现轴向定位。
[0042](3)调节机构
[0043]图1中调节机构由调节轴套、调节帽构成。调节轴套通过芯轴上螺纹调整调节帽位置，使得调节轴套位置发生变化，带动涨紧机构位置发生相应变化，实现一定范围调节功能。调节实现轴向定位。芯轴旋转时，带动调节轴套及涨紧机构同步旋转，保证零件转动同步，无相对运动。
[0044]为了清晰表述此种结构焊接工装工作原理，图2中将零件进行了编号，即1?15。
[0045]结合图2，将平键6安装在芯轴上，根据焊缝所处位置，旋转螺纹，调节调节帽I 3、调节帽II 13的位置，施加作用力F2，改变调节轴套I 4、调节轴套II 11位置，同时压紧帽I 5、压紧帽II 12、顶锥I 7、涨瓣I 8、涨瓣II 9和顶锥II 10位置发生变化，调节涨瓣I 8、涨瓣II 9至合适位置，同时保证平键6在调节轴套I 4、调节轴套II 11的键槽内，焊缝在涨瓣I 8、涨瓣II 9的紫铜衬垫中间位置。
[0046]旋转螺纹，使得压紧帽I 5、压紧帽II 12轴向运动，施加作用力F1，推动顶锥I 7、顶锥II 10轴向运动，顶锥I 7、顶锥II 10将轴向运动轴转变为涨瓣I 8、涨瓣II 9的多个涨瓣径向运动，运动至一定位置，涨瓣I 8、涨瓣II 9受到零件内壁限制，受到一个相反作用力，无法继续径向运动，实现三个零件焊前装配的内孔定位。
[0047]旋转螺纹，使得螺母I 1、螺母II 15轴向运动，推动压盖I 2、压盖II 14轴向运动，施加作用力F3，消除或减小焊缝处对接间隙。[0048]综上所述，装配完成后，焊接工装完全限制了三个零件X、Y、Z三个方向自由度，以及各自之间的相对运动，仅能以芯轴中心为轴线，进行旋转运动，属于不完全定位。
[0049]图3所示，本发明焊接工装涨紧机构都使用涨瓣实现了产品内孔定位，涨瓣主要技术要求如下:
[0050]a)涨瓣本体在被分割之前是整体进行加工的，定位面尺寸精度高，易于加工；
[0051]b)涨瓣在分割过程中，分割面有一部分被去除，在弹簧和顶锥的作用下，能够自由的收缩和涨紧；
[0052]c)涨瓣内孔按15°圆锥面设计，涨紧和收缩同步运动实现过程中无卡滞；
[0053]d)涨瓣外圆面事先预留了紫铜衬垫的装配槽，在焊接过程中能够使产品更易获得单面焊双面成型优质焊缝外观；
[0054]e)涨瓣通常选用磁性较小OCrlSNiOTi不锈钢材料，减小了焊接过程中磁场对电子束不利影响。
[0055]图1所示为一种典型焊接工装结构，根据产品几何尺寸、形状不同，涨胎结构在其它产品上也得到应用，工作原理依然相同。下面列举4种不同产品焊接工装，根据产品结构不同，进行一些变化和调整，依次见图4?图7。
[0056]图4所示焊接工装能够满足Φ ? 350mm以上，壁厚(2?2.5) mm。
[0057]图5能够满足Φ ? IOOmm以下，壁厚(0.5?1.5)mm的零件焊前装配及焊接过程。
[0058]图6、图7分别所示焊接工装能够满足待焊零件中有I个零件一端封闭或存在小孔，即无法实现从外部施加传动力使得涨紧机构工作的零件。
【权利要求】
1.一种薄壁对接环缝真空电子束焊接工装，包括芯轴、涨紧机构、调节机构和压紧机构，其特征在于: 所述的芯轴通过两端面的顶尖孔装卡在设备上，由设备主轴带动旋转； 所述的涨紧机构包括弹簧、涨套、顶锥和压紧帽，涨套由若干个一端环形拼接的涨瓣构成，涨瓣另一端在弹簧作用下能够自由收缩，顶锥是一个中空圆台结构，圆台的小端面嵌套在涨套内，将顶锥的轴向运动转化为涨套的径向运动，从而挤压零件内壁，形成零件的内孔定位；芯轴穿过两个相对的涨紧机构； 所述的调节机构包括调节轴套和调节帽，通过芯轴的外螺纹调整调节帽位置，使得调节轴套的轴向位置发生变化，带动涨紧机构位置调节并实现轴向定位；芯轴旋转时，带动调节轴套及涨紧机构同步旋转； 所述的压紧机构采用压紧帽，套接在芯轴上，安装在顶锥的大端面，通过沿芯轴外螺纹旋转，推动两个顶锥轴向运动；所述的压紧机构外侧通过螺母轴向推动压盖，压盖作用在零件两端。
2.根据权利要求1所述的薄壁对接环缝真空电子束焊接工装，其特征在于:所述的涨瓣围成的内孔与芯轴呈15°。
3.根据权利要求1所述的薄壁对接环缝真空电子束焊接工装，其特征在于:所述的涨瓣外侧装配紫铜衬垫。
4.根据权利要求1所述的薄壁对接环缝真空电子束焊接工装，其特征在于:所述的涨瓣选用0Crl8Ni9Ti不锈钢材料。
【文档编号】B23K15/04GK203509330SQ201320619667
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】袁晓强 申请人:中国航天科工集团第六研究院二一○所