一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置

本发明涉及金属焊接技术领域，具体而言是一种金属焊缝背部防氧化的夹具装置，尤其涉及一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置。

背景技术：

高性能金属材料，如高温合金、钛合金、铝合金、不锈钢等因其良好的力学性能，在航空航天和轨道交通等领域得到越来越广泛的应用。现阶段采用的金属焊接方法产生的高温，易在焊缝背面形成深色氧化层，影响焊缝的性能与使用。为满足现阶段对焊缝强度、耐腐蚀性与美观的需求，防止氧化层的产生十分必要。

现有惰性气体防氧化装置，通常是利用支撑件固定输气管道，并通过管道向待焊接部位输送的方式实现保护。在专利环缝焊接防氧化保护装置及其集箱筒身焊接方法(cn108098204a)中，所述保护装置针对集箱筒身材料的环缝焊接，通过在环形支撑件内使用环形管道向焊接部位输送保护气体达到防氧化的目的。

在专利一种不锈钢焊接用焊缝背面气体保护装置(cn111390360a)中，所述保护装置采用波纹管作为进气管，搭配柔性密封塞适应不同形状与长度的焊缝，通过在进气管与柔性密封塞之间套接柔性管来控制保护气的流量，在支撑架上焊接保护罩稳定保护气的气流以减少外界影响。上述专利在使用过程中，要求焊缝背部有足够的空间容纳支撑架，当工作空间狭小或进行箱体、罐体类等入口狭小的零件焊接作业时，保护装置无法安装到指定区域，高空作业时，还存在支撑件无处固定等问题。

专利环缝焊接防氧化保护装置及其集箱筒身焊接方法(cn108098204a)中焊缝背部未采取密封保护装置，专利一种不锈钢焊接用焊缝背面气体保护装置(cn111390360a)虽设有保护罩，但由于待焊工件与保护罩间使用弹簧片且未采取密封措施，充保护气的过程中均存在不能有效隔绝氧气与保护气浪费的问题；专利一种不锈钢焊接用焊缝背面气体保护装置(cn111390360a)中使用的波纹管由于本身的柔性限制，当焊缝夹角较小时，装置不能完全与焊缝形状贴合，造成装置体积与保护气区域增大，直接影响装置的保护效果。

综上所述，开发一种可以有效避免氧化皮的产生，同时可以灵活适应不同的焊缝与工作空间，并有效节约保护气体使用量的装置十分必要。

技术实现要素：

根据上述技术问题，而提供一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置，包括夹具体、真空吸附回路和保护气体输送回路；

所述夹具体的外表面中部具有惰性气体容纳槽，所述夹具体的内部在所述惰性气体容纳槽的两侧对称设置有密封的气道，所述夹具体的外表面在所述惰性气体容纳槽的两侧对称设有至少一个气孔，且所述气孔与所述气道连通，所述气道与所述真空吸附回路连通；

所述惰性气体容纳槽内设有贯穿所述夹具体外表面和内表面的惰性气体入口，所述惰性气体入口远离所述惰性气体容纳槽的槽底的一端与所述保护气输送回路连通。

所述真空吸附回路包括通过电磁阀a与高压气源连接的真空发生器，且所述真空发生器通过电磁阀b与过滤器连接，所述过滤器通过真空开关与隔热气管ⅰ连通，所述隔热气管ⅰ与所述气道连通；

所述真空吸附回路还包括卸载回路，所述卸载回路包括通过所述电磁阀a与所述高压气源连通的减压阀，所述减压阀通过压力表、节流阀和所述电磁阀b与所述过滤器连接。

所述保护气输送回路包括与惰性气源连接的止回阀，所述止回阀通过电磁阀c与隔热气管ⅱ连接，所述隔热气管ⅱ通过所述惰性气体入口与所述惰性气体容纳槽连通。

所述惰性气体容纳槽包括在所述夹具体的外表面中部开设通槽ⅰ，所述通槽ⅰ的两侧安装有隔热板，且四周安装有惰性气体密封条。

所述夹具体呈板状结构或呈弧形结构或呈弯折结构，其形状与待焊接焊缝的形状相配合。

所述惰性气体容纳槽内设有氧气监测探头，且所述氧气监测探头远离所述惰性气体入口。

所述惰性气体容纳槽内设有排气口，所述排气口远离所述惰性气体入口，且所述排气口处安装有单向排气阀。

所述气孔处加工有环形凹槽，且所述环形凹槽内安装有真空密封圈。

本发明还公开一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置，包括多个所述夹具体，且多个所述夹具体沿所述通槽的延伸方向依次拼接；

相临两个所述夹具体的气道通过连接管ⅰ连通，且其中一个所述夹具体的所述气道与所述真空吸附回路连通，每个所述夹具体的所述惰性气体容纳槽分别与保护气体输送回路连通。

本发明还公开一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置，包括多组夹具体组，所述夹具体组中具有多个或者一个所述夹具体，每个所述夹具体的所述惰性气体容纳槽分别与保护气体输送回路连通；所述夹具体组中具有多个所述夹具体时，相临两个夹具体的气道通过连接管ⅱ连通，且其中一个所述夹具体的气道与所述真空吸附回路连通；所述夹具体组中具有一个所述夹具体时，所述夹具体的气道与所述真空吸附回路连通。

相临两个夹具体之间的接缝通过惰性气体密封条的接触排出部分空气。

作为优选地，所述夹具体在所述气道的侧壁处加工有两个真空抽气气孔，真空抽气气孔可以用来连接所述连接管ⅰ或连接管ⅱ也可以用来连接所述真空吸附回路。

当其中一个真空抽气气孔在不使用的过程中可以采用柔性密封塞密封，气道为加工在夹具体上的通孔，然后通孔的两端采用柔性密封塞密封。惰性气体容纳槽中具有惰性气体入口，且所述惰性气体入口用于与所述保护气体输送回路连通，当惰性气体入口不使用过程中可以采用柔性密封塞密封。

所述惰性气体入口远离所述惰性气体容纳槽的一端通过安装在所述惰性气体入口内的惰性气体用快速接头与所述隔热气管ⅱ连接；所述真空抽气气孔通过安装在所述真空抽气气孔内的空气用快速接头与所述隔热气管ⅰ连接。

所述夹具体的内表面中部开设有通槽ⅱ。所述通槽ⅱ与所述通槽ⅰ相匹配。通槽ⅱ可以用来容纳隔热气管ⅱ，同时能够减轻夹具体的重量。

所述隔热气管ⅰ和隔热气管ⅱ可以采用pu管外包裹隔热石棉，灵活变形的同时防止高温破坏管道。

为了使吸附力更好，且吸附的更加牢靠可以采用多个气孔，多个气孔可以等距设置，也可以根据使用条件自行调整。

使用状态下：在保护装置正面铺设石棉布，根据焊缝形状选择不同的接口连接真空吸附回路，气道末端设置柔性密封塞；连接保护气输送回路。将待焊接的焊接坡口对齐后放置于夹具体上方，使焊缝背部处于惰性气体保护区域，启动真空吸附，将夹具体吸附在金属板背部。待吸附完成，开启氧气监测探头与惰性气体输送装置，充入保护气的同时排出空气，并保证气腔内惰性气体的浓度。进行焊接，焊接过程中保持真空吸附回路与保护气输送回路处于工作状态，保证焊接过程中焊缝处有足够浓度的保护气，防止焊缝背面氧化，提高焊接质量。待焊缝冷却后，真空吸附回路卸载，停止输送保护气，取下保护装置，清理作业现场。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明可以根据焊缝的形状大小位置的不同，灵活改变装置的大小与数量，直接吸附于焊缝背部，不受工作地点与工作空间的制约，适应性强。

2、本发明中利用密封在焊缝背部形成气密性良好的惰性气体容纳槽，利用电磁阀自动控制惰性气体的输送保证保护气的浓度，实现焊接过程中对氧气的有效隔绝；当焊缝凝固后，利用惰性气体容纳槽内保存的保护气可以对焊缝背部进行长效保护，直至焊缝完全冷却，有效避免氧化皮的产生，节约保护气的使用量。

3、本发明作为焊缝背部防氧化装置的同时，又可以起到辅助夹具的作用，通过夹具体的真空吸附，固定待焊接金属板，提高焊接精度。

基于上述理由本发明可在焊接等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明具体实施方式中真空吸盘式消除焊接氧化皮装置的俯视结构示意图(夹具体为板状)。

图2是本发明具体实施方式中真空吸盘式消除焊接氧化皮装置的主视结构示意图(夹具体为板状)。

图3是本发明具体实施方式中夹具体左视图(夹具体为板状)。

图4是本发明具体实施方式中真空吸附回路示意图。

图5是本发明具体实施方式中保护气输送回路示意图。

图6是本发明具体实施方式中适用于板状待焊接件吸附示意图。

图7是本发明具体实施方式中适用于夹角焊缝的保护装置示意图。

图8是本发明具体实施方式中适用于曲面焊缝的保护装置示意图。

图9是本发明实施例2中一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置结构示意图。

图10是本发明实施例3中一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置结构示意图。

图11是本发明实施例4中一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置结构示意图。

图中：1、夹具体；2、惰性气体容纳槽；3、气道；4、气孔；5、真空抽气孔；6、惰性气体入口；7、隔热气管ⅰ；8、真空吸附回路；801、电磁阀a；802、真空发生器；803、电磁阀b；804、过滤器；805、真空开关；806、减压阀；807、压力表；808、节流阀；9、高压气源；10、隔热气管ⅱ；11、保护气输送回路；111、止回阀；112、电磁阀c；12、惰性气源；13、连接管ⅰ；14、隔热板；15、惰性气体密封条；16、真空密封圈；17、柔性密封塞；18、氧气监测探头；19、惰性气体用快速接头；20、空气用快速接头；21、通槽ⅱ；22、钩环；23、排气口；24、单向排气阀；25、连接管ⅱ。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1～10所示，一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置，包括夹具体1、真空吸附回路8和保护气体输送回路11；

所述夹具体1的外表面中部具有惰性气体容纳槽2，所述夹具体1的内部在所述惰性气体容纳槽2的两侧对称设置有密封的气道3，所述夹具体1的外表面在所述惰性气体容纳槽2的两侧对称设有至少一个气孔4，且所述气孔4与所述气道3连通，所述气道3与所述真空吸附回路8连通；

所述惰性气体容纳槽2内设有贯穿所述夹具体1外表面和内表面的惰性气体入口6，所述惰性气体入口6远离所述惰性气体容纳槽2的槽底的一端与所述保护气输送回路11连通。

所述真空吸附回路8包括通过电磁阀a801与高压气源9连接的真空发生器802，且所述真空发生器802通过电磁阀b803与过滤器804连接，所述过滤器804通过真空开关805与隔热气管ⅰ7连通，所述隔热气管ⅰ7与所述气道3连通；

所述真空吸附回路8还包括卸载回路，所述卸载回路包括通过所述电磁阀a801与所述高压气源9连通的减压阀806，所述减压阀806通过压力表807、节流阀808和所述电磁阀b803与所述过滤器804连接。

真空吸附回路8采用带有消音器的真空发生器802与高压气流产生真空；减压阀806，压力表807与节流阀808形成卸载回路，减压阀806与节流阀808控制卸载时空气的压力与流量。电磁阀b803选用三位三通换向阀，利用真空开关805监测真空度，控制电磁阀b803。当电磁铁1ya、2ya通电时，高压气源9、真空发生器802与空气用快速接头20接通，真空吸附回路8开始工作，当真空度达到设定值时，真空开关805发出信号，1ya、2ya失电，真空吸附回路8关闭；同时，焊接过程中通过实时监测真空度，可以实现真空吸附的自动保持。当焊接结束卸载时，3ya通电，卸载回路接通，通过减压阀806与节流阀808控制气流进行卸载。过滤器804用以防止杂物进入管路。

所述保护气输送回路11包括与惰性气源12连接的止回阀111，所述止回阀111通过电磁阀c112与隔热气管ⅱ10连接，所述隔热气管ⅱ10通过所述惰性气体入口6与所述惰性气体容纳槽2连通。

所述惰性气体容纳槽2包括在所述夹具体1的外表面中部开设通槽ⅰ，所述通槽ⅰ的两侧安装有隔热板14，且四周安装有惰性气体密封条15。所述夹具体1呈板状结构(见图6)或呈弧形结构(见图7)或呈弯折结构(见图8)，其形状与待焊接焊缝的形状相配合。

所述惰性气体容纳槽2内设有氧气监测探头18，且所述氧气监测探头18远离所述惰性气体6入口。

所述惰性气体容纳槽2内设有排气口23，所述排气口23远离所述惰性气体入口6，且所述排气口23处安装有单向排气阀24。

所述气孔4处加工有环形凹槽，且所述环形凹槽内安装有真空密封圈16。

作为优选地，所述夹具体1在所述气道3的侧壁处加工有两个真空抽气气孔5，其中一个真空抽气孔5通过柔性密封塞17密封，另外一个真空抽气孔5与所述隔热气管ⅰ7连通。

所述气道3为加工在夹具体上的通孔，然后通孔的两端采用柔性密封塞17密封。惰性气体容纳槽2中具有惰性气体入口6，且所述惰性气体入口6用于与所述保护气体输送回路11连通，当惰性气体入口6不使用过程中可以采用柔性密封塞17密封。

所述惰性气体入口6远离所述惰性气体容纳槽2的一端通过安装在所述惰性气体入口6内的惰性气体用快速接头19与所述隔热气管ⅱ10连接；所述真空抽气气孔5通过安装在所述真空抽气气孔5内的空气用快速接头20与所述隔热气管ⅰ7连接。

所述夹具体1的内表面中部开设有通槽ⅱ21。所述通槽ⅱ21与所述通槽ⅰ相匹配。通槽ⅱ21可以用来容纳隔热气管ⅱ10，同时能够减轻夹具体1的重量。

所述隔热气管ⅰ7和隔热气管ⅱ10可以采用pu管外包裹隔热石棉，灵活变形的同时防止高温破坏管道。

为了使吸附力更好，且吸附的更加牢靠可以采用多个气孔4，多个气孔4可以等距设置，也可以根据使用条件自行调整。

可以采用本装置对较长金属板平直焊缝焊接，如图6所示。步骤如下：

1、根据焊缝长度准备好相应数量的夹具体1，组合夹具体1及接头处使用空气用快速接头20，末端使用柔性密封塞17密封。

2、将高压气源9、真空吸附回路8与气道6、空气用快速接头20连接。

3、保护气输送回路11、惰性气源12与隔热气管ⅱ10用惰性气体用快速接头19连接，保证气体可以顺利进入惰性气体容纳槽。

4、在惰性气体容纳槽2四周及顶部铺设隔热布，保证焊接过程中高温不会破坏惰性气体密封条15。

5、将待焊接的金属板对齐后，如图6所示放置于夹具体1的外表面上，开启真空吸附回路8，保证焊接过程中夹具体1可以牢固的吸附在工件背部。

6、待吸附牢固后，真空开关805监测真空度，1ya、2ya失电，真空吸附回路8关闭，换为保持状态，开启惰性气源12输送惰性气体，当氧气浓度降至允许值时，氧气监测探头18发出信号，停止供保护气。

7、焊接开始时，将保护气输送回路11改为自动模式，当氧气浓度高于允许值时，氧气监测探头18发出信号，保护气输送回路11接通，补充惰性气体，维持焊缝背部惰性气体的浓度，保证焊接过程的保护效果。

8、焊接结束时，真空吸附回路8与保护气输送回路11持续工作至焊缝部位冷却后再关闭，取下保护装置，清理作业现场。

可以采用本装置对夹角焊缝焊接，如图7所示，工作步骤同上。

可以采用本装置对曲面焊缝进行焊接，如图8所示，工作步骤同上。

实施例2

在实施例1的基础上采用多个实施例1中的夹具体1，且多个所述夹具体1沿所述通槽的延伸方向依次拼接；(如图9所示)

相临两个所述夹具体1的气道3通过连接管ⅰ13连通，且其中一个所述夹具体1的所述气道3与所述真空吸附回路8连通，每个所述夹具体1的所述惰性气体容纳槽2分别与保护气体输送回路11连通。

实施例3

一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置，包括三组夹具体组，所述夹具体组中具有多个或者一个所述夹具体1(夹具体1采用实施例1中提供的夹具体1)，每个所述夹具体1的所述惰性气体容纳槽2分别与保护气体输送回路11连通；所述夹具体组中具有多个所述夹具体1时，相临两个夹具体1的气道通过连接管ⅱ25连通，且其中一个所述夹具体1的气道3与所述真空吸附回路11连通；所述夹具体组中具有一个所述夹具体1时，所述夹具体1的气道3与所述真空吸附回路11连通。本实施例中分为了三组夹具体组，第一组中具有三个夹具体1，第二组中具有两个夹具体1，第三组中具有一个夹具体1，第一组中的三个夹具体1中相临两个夹具体1的相临两个真空抽气孔5通过所述连接管ⅱ25连通，位于端部的夹具体1的端部真空抽气孔5与真空吸附回路8连通，另一端的夹具体的端部的真空抽气孔5通过柔性密封塞17密封。第二组的两个所述夹具体1的连接方式与第一组相同，第三组的夹具体1单独与真空吸附回路8连通。每个所述夹具体1的所述惰性气体容纳槽2分别与保护气体输送回路11连通。

可以采用本装置对环形焊缝进行焊接，如图10所示。如罐体焊接保护时，当罐体封闭后，由于罐口较小，保护装置的拆装十分困难，本发明所述的装置可以在焊接最后一段焊缝前，先将夹具体1按照图9或图10所示吸附于罐壁内，空气用快速接头20连接的隔热气管ⅰ7与罐外真空吸附回路8连接，惰性气体用快速接头19连接的隔热气管ⅱ10与罐外保护气输送回路11连接。夹具体1完整吸附于焊缝背部时如图10所示。焊接结束后，使用钩子勾住提前焊接在夹具体1上的勾环22，真空回路卸载后，保护装置脱落，用钩子将保护装置拉至罐口拆卸即可。

实施例4

一种真空吸盘式焊缝背部防氧化装置，包括三组夹具体组，所述夹具体组中具有一个所述夹具体1，每个所述夹具体1分别连接有保护气体输送回路11和真空吸附回路8(如图11所示)。

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。