CN102990266A - 薄钢带对接钨极氩弧焊夹具及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了薄钢带对接钨极氩弧焊夹具及使用方法，以琴键式夹具为基础，利用琴键式夹具夹紧力均匀，可靠性高的特点，夹具压紧块依然采用琴键式压块，同时设计夹具的运动机构，实现了夹具在试件的装夹过程中可以运动，方便钢带的放入，装夹以及焊接完成试件的取出。本发明克服了传统琴键式夹具不能用于较长钢带焊接，以及装夹工序复杂的不足，同时也克服了可抬起式夹具下压过程中造成试件受力不均的劣势，具有较好的使用价值。

Description

薄钢带对接钨极氩弧焊夹具及使用方法

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，更加具体地说，涉及薄钢带对接钨极氩弧焊夹具及使用方法。

背景技术

随着焊接技术的不断发展，各种焊接技术被广泛应用于航空航天、造船、汽车、桥梁、建筑等领域。而焊接工装夹具是将焊接试件准确定位和可靠夹紧，方便试件进行装配和焊接，保证焊接结构精度要求的工艺设备。随着焊接技术的不断发展，如何保证焊接结构的质量在一定程度上依赖于焊接夹具。针对不同的焊接方法、焊接结构，各种新型、专用的焊接夹具相继被设计和开发，用来解决特定的焊接问题。

随着现代工业的发展，薄板焊接在国防、航空、汽车、化工及微电子等领域的应用也得到了广泛的发展。但是薄板在焊接过程中由于其自身拘束度小，对焊接热输入敏感、焊接时应力易于释放，从而产生较大的焊接变形，从而引起错边，烧穿，焊瘤的焊接缺陷。为了克服薄板焊接过程中问题，传统的薄板焊接夹具是对薄板的对接焊缝进行刚性固定。琴键式夹具是针对薄板焊接比较典型的一种焊接夹具，这种夹具可以在焊缝两侧均匀施加压力，夹具的琴键压块增加了夹具对试件的作用点，使得夹具对试件的夹紧比较均匀，提高夹具的可靠性。同时这种夹具只适合于有限长度的试件对接，因为普通的夹具通常都是两侧作为整个夹具的支撑点，如图1所示，由于支撑点的阻碍完成焊接的试件是不能从有支撑点的夹具左右两边取出，只能从垂直于焊缝的夹具一侧抽出来，因此对于长度较长的钢带，甚至成卷的钢带的对接，这种夹具的使用就有一定的局限性。除此之外，琴键式夹具的装夹工序复杂，效率较低。

现在有很多焊接夹具由基础的琴键式夹具演化改进而来，在对琴键施加力的部位加上气囊，通过对气囊的充放气来实现琴键对试件的夹紧和放松，以实现对夹具的自动控制，但是其琴键夹具本身不能动。也有将夹具本身设计为可动的，即依据焊缝将夹具分为对称的两部分，再将夹具的一侧固定在工作台上，另一侧可以沿着固定侧将夹具抬起一定的角度，这样就可以方便钢带的放入和取出。虽然这样可以解决钢带的放入和取出，但是在夹具的下压过程中，夹具并不能一次完整均匀的下压到试件上，而是从试件的一侧到另一侧的过渡过程，这样容易造成夹具下压过程中的受力不均匀。自动纵缝焊机的夹具主要包括镶嵌有铜制胎具焊接芯轴和气动琴键式压紧结构两部分，即铜制的成形槽安装在圆轴形的焊接芯轴上。一般用于桶体直缝对接。焊接芯轴采用悬臂结构与气动琴键分开，焊件可以沿焊接芯轴的轴向取出。但是其操作面是圆弧面，适合于桶体焊接，而对于钢带的对接略显不足。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，设计一种薄钢带对接钨极氩弧焊夹具，克服传统夹具在薄钢带焊接过程中的局限性，提出新的夹具装夹方式，以适应薄钢带对接过程中要求，方便钢带的装夹和拆卸。

为实现上述目的本发明主要采取以下技术方案：

薄钢带对接钨极氩弧焊夹具，包括工作台面、气缸连接件、夹具固定板和靠模，具体来说如下：

所述工作台面的中央设置有成形槽，所述成形槽的左右两侧对称设置有导向孔。

所述成形槽的一侧设置有靠模定位孔，所述靠模定位孔中心到成形槽中间的距离与所述靠模下方的凸台中心到靠模一边边缘的距离相等，以使当靠模固定在定位孔中时，靠模的另一边边缘正好位于成形槽的中间。

所述气缸连接件的框架下方设置有用于连接气缸的连接孔，框架的两侧分别设置有平台连接圆柱和凸台连接圆柱，所述平台连接圆柱的中央设置有用于连接的螺栓孔，所述凸台连接圆柱的顶端设置有用于销钉连接的连接孔。所述平台连接圆柱和凸台连接圆柱穿过工作台面上面的导向孔，与夹具固定板相连。

所述夹具固定板的正面设置有安装槽和固定孔，反面设置有平台连接柱和凹台连接柱，所述安装槽用于通过固定螺钉与琴键固定板相连，所述固定孔与平台连接柱的中心相通，用于安装固定螺栓，并与气缸连接件的平台连接圆柱的螺栓孔连接；所述凹台连接孔用于和气缸连接件的凸台连接圆柱相连，然后与销钉予以固定；这样一来，气缸连接件与夹具固定板的一侧是平面配合，配合处以螺栓连接，并且可以以此为轴，实现夹具固定板的旋转，另一侧采用凹凸结构端面配合，中间采用销钉对两板进行连接。

所述琴键固定板上分两排安装孔。一排用于与夹具固定板相连的安装孔，通过固定螺钉进行相连；另一排通孔安装螺栓螺母，用于调整琴键的角度。

所述夹具固定板上的安装槽用于与琴键固定板相连，为横向长孔，实现安装位置的更换和调整。

每个夹具固定板通过三个螺钉连接着一琴键连接板，琴键连接板的下部通过螺钉连接着六个U形板，六个琴键通过销钉、螺栓和螺母安装在琴键连接板上（如附图2所示）

所述气缸连接件、夹具固定板、琴键结构以成形槽为对称轴，设置在其左右两侧。

所述气缸连接件下部安装一位置固定的气缸，通过给气缸充放气，带动气缸连接件沿着工作台面的导向孔做上下运动，同时由于气缸连接件和夹具固定板配合连接，因此夹具固定板随气缸连接件的运动而运动，即通过气缸连接件和夹具固定板配合实现夹具的压紧和放松过程。

所述琴键采用不锈钢材料。

所述成形槽用紫铜或不锈钢制成。

所述气缸连接件，夹具固定板以及其连接处的螺栓均采用一定刚度和强度的耐磨钢制成。

上述薄钢带对接钨极氩弧焊夹具不仅适用于钢带的对接，而且也适合于铜、铝合金等材料的薄带的对接过程。

上述薄钢带对接钨极氩弧焊夹具适用于板厚0.2~2mm，钢带宽度5~300mm的薄带。

在本发明中夹具的运动过程主要依靠气缸来控制，即钢带的夹紧和放松主要依靠于气缸的运动，而不是通过调整琴键与试件的夹角来对钢带进行压紧和放松，因此，在本发明中琴键的角度只需要在最开始调整好，之后不需要对其进行任何的操作。本发明中焊接夹具的使用方法步骤

（1）首先气缸动作使夹具上升，然后将成形槽两侧的夹具旋转至与成形槽成70°~90°。

（2）安装靠模，靠模安装完成后，在另一侧放入薄钢带，将薄钢带的一端面紧贴靠模端面。

（3）将该侧夹具旋转至与该侧气缸连接结合，在结合处装入销钉，然后释放该侧气缸内气体，夹具及气缸连接件由于其自身重力的作用会对钢带有一个下压的力，这也就相当于对钢带进行预压，防止在之后的操作过程中钢带产生发生晃动或位置的移动。

（4）安装引弧板和收弧板。完成引弧板和收弧板的安装后，该侧气缸动作使夹具下压，压紧试件。完成改步骤之后，钢带被该侧夹具完全压紧，难以移动。

（5）接着安装另一侧钢带，该侧钢带的定位便以之前安装好的钢带、引弧板以及收弧板为定位基准，进行安装，尽量使两侧钢带装配无间隙，然后以类似步骤（3）的动作操作该侧夹具。

（6）完成该侧钢带的预压后，该侧气缸动作带动夹具压紧钢带。完成整个装夹过程，此时被夹具压紧的装配试件同样难以移动。

（7）移动焊枪的位置，对准焊缝位置，开始焊接过程的操作。

（8）焊接完成后，气缸动作推动夹具上升，松开钢带，然后拔出夹具固定板和气缸连接件结合处的销钉，将两侧夹具重新旋转至与成形槽成70°~90°。

（9）取出钢带，完成整个操作流程。清理工作台，进入下一个操作流程。

本发明的技术方案就薄钢带对接焊接夹具及其运动机构进行了设计，以琴键式夹具为基础，利用琴键式夹具夹紧力均匀，可靠性高的特点，夹具压紧块依然采用琴键式压块。同时设计夹具的运动机构，实现了夹具在试件的装夹过程中可以运动，方便钢带的放入，装夹以及焊接完成试件的取出。本发明克服了传统琴键式夹具不能用于较长钢带焊接，以及装夹工序复杂的不足，同时也克服了可抬起式夹具下压过程中造成试件受力不均的劣势，具有较好的使用价值。本发明的创新点主要集中在夹具运动机构。而且本发明的整个操作过程都集中工作台面上，是在一个平面上操作。夹具装夹采用旋转式装夹方式，方便钢带的放入与取出，当试样为薄钢带卷时，可通过松开挪走夹具实现方便安装和拆卸。并且，夹具采用整体运动的方式对钢带进行预压和下压的动作，整体式运动方式可以将夹具的力均匀的分布在钢带上。与现有技术相比，本发明采用以上技术方案，其特点如下：

1、本发明在气缸连接件与夹具固定板一侧连接处采用螺栓连接，并且以螺栓为轴可以实现夹具连接板的转动，这样就可以在钢带的装夹和拆卸过程中将夹具旋转至一旁，方便钢带的放入和取出，解决了一般传统琴键式夹具在焊接较长薄板试件或薄钢带时不方便取出焊件问题。

2、本发明采用的夹具运动机构可以实现对钢带的均匀加压。由于本发明中采用气缸连接件带动夹具连接板沿工作台上成形槽两侧四个导向孔做整体运动，即夹具相对于工作台面是整体运动，同时在试件的装夹过程中可以对钢带进行预压，此时气缸内部活塞两侧压力相等，夹具依靠自身重力作用下压，而夹具是整体运动，这样夹具自身重力就可以均匀分布在钢带上。克服了一端固定一端可抬起式夹具下压过程钢带受力不均的不足。

3、本发明采用夹具的运动有上升，预压，下压三个动作。夹具完成预压动作后，钢带在夹具自身重力作用下固定，此时钢带可以在外力的作用下发生位置的移动，以便于操作人员根据实际情况来调节钢带的位置，以保证钢带的装夹精度。一旦夹具的气动下压动作完成后，即使在人工外力或较小外力的作用下钢带也难以发生位置变化。

4、本发明采用靠模来保证试件或钢带的对中以及装夹精度，在装夹过程中靠模严格保证钢带的装配线在成形槽的中间，在焊接过程中焊枪的移动轨迹只要保证在装配线的正上方，即可避免出现焊缝跑偏的现象。

附图说明

图1传统琴键式夹具薄板焊接示意图（传统琴键式夹具以成形槽和焊缝为中心，左右对称设置有夹具，图中仅仅显示一侧结构）

图2传统琴键式夹具中琴键结构示意图

图3工作台面的结构示意图

图4夹具固定板与琴键结构的连接示意图

图5气缸连接件和夹具固定板的连接示意图

图6气缸连接件的结构示意图

图7夹具固定板的结构示意图

图8靠模结构示意图

图9试件装夹定位示意图（为方便说明试件装夹定位示意，右侧夹具固定板的琴键式夹具未画出，左侧琴键固定板上连接琴键的螺栓和螺母也均未画出）

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

薄钢带对接钨极氩弧焊夹具，包括工作台面、气缸连接件、夹具固定板和靠模，具体来说如下：

1.工作台面和靠模

工作台面的中央设置有成形槽，所述成形槽的左右两侧对称设置有导向孔；所述成形槽的一侧设置有靠模定位孔，所述靠模定位孔中心到成形槽中间的距离与所述靠模下方的凸台中心到靠模一边边缘的距离相等，以使当靠模固定在定位孔中时，靠模的另一边边缘正好位于成形槽的中央。

如图3所示，靠模底部有两圆柱形凸台，凸台距靠摸端面的距离固定。而工作台表面靠近成形槽的部位有两个直径与凸台直径相同的圆柱形凹坑，两凹坑之间的间距与靠模底部两凸台之间的距离相等。同时工作台上凹坑距成形槽正中央的距离也固定，并与凸台到靠模端面的距离相等，这样装配后靠模的端面正好在成形槽中间。

2.运动机构

所述气缸连接件的框架下方设置有用于连接气缸的连接孔，框架的两侧分别设置有平台连接圆柱和凸台连接圆柱，所述平台连接圆柱的中央设置有用于连接的螺栓孔，所述凸台连接圆柱的顶端设置有用于销钉连接的连接孔。所述平台连接圆柱和凸台连接圆柱穿过工作台面上面的导向孔，与夹具固定板相连。

所述夹具固定板的正面设置有安装槽和固定孔，反面设置有平台连接柱和凹台连接柱，所述安装槽用于通过固定螺钉与琴键固定板相连，所述固定孔与平台连接柱的中心相通，用于安装固定螺栓，并与气缸连接件的平台连接圆柱的螺栓孔连接；所述凹台连接孔用于和气缸连接件的凸台连接圆柱相连，然后与销钉予以固定；这样一来，气缸连接件与夹具固定板的一侧是平面配合，配合处以螺栓连接，并且可以以此为轴，实现夹具固定板的旋转，另一侧采用凹凸结构端面配合，中间采用销钉对两板进行连接。

夹具固定板与气缸连接件一侧配合是两平面之间的配合，中间有螺纹，用螺栓将两部分连接在一起，同时夹具固定板可以以螺栓为轴做360°旋转；另一侧以不规则面作为配合，该配合面设计主要用于夹具固定面的旋转配合以及配合过程中的定位，装配完成后有一通孔完全穿过两板的配合，并通过销钉将其固定在一起，这样夹具固定板便可随着气缸固定板运动。待拆卸时，可以拔出销钉，分开两板。另外该侧的夹具固定板和气缸连接件之间的不规则接触面设计成与工作台面呈10°的夹角，这样有利于在试件装夹过程中依靠夹具的自身的重力作用对试件进行预压。

工作台面上部的夹具固定板与工作台面下部的气缸连接件一端以螺柱固定，同时可以以螺柱为轴作旋转运动，这样主要是为了方便钢带的装夹和拆卸，将夹具旋转至一侧可以轻松方便的放入和取出钢带。另一端通过接头形状配合以销钉将两部分连接在一起，然后通过气缸的伸缩运动来带动夹具的上下运动，即夹具的压紧和放开。

3.夹具

琴键固定板上分两排安装孔，一排用于与夹具固定板相连的安装孔，通过固定螺钉进行相连，另一排通孔安装螺栓螺母，用于调整琴键的角度。所述夹具固定板上的安装槽用于与琴键固定板相连，为横向长孔，实现安装位置的更换和调整。每个夹具固定板通过三个螺钉连接着一琴键连接板，琴键连接板的下部通过螺钉连接着六个U形板，六个琴键通过销钉、螺栓和螺母安装在琴键连接板上。其设计主要沿用传统的琴键式夹具模块，琴键通过销钉固定在U形板上，琴键尾部通过销钉连接在螺栓上，U形板固定在琴键固定板上，琴键固定板与夹具固定板通过三个螺钉连接在一起，同时琴键固定板上开有螺栓通过的通孔，通过拧紧或旋松螺栓上的螺母来调节琴键与琴键固定板的夹角。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.薄钢带对接钨极氩弧焊夹，包括工作台面、气缸连接件、夹具固定板和靠模；所述工作台面的中央设置有成形槽，所述成形槽的左右两侧对称设置有导向孔，其特征在于，

所述成形槽的一侧设置有靠模定位孔，所述靠模定位孔中心到成形槽中间的距离与所述靠模下方的凸台中心到靠模一边边缘的距离相等，以使当靠模固定在定位孔中时，靠模的另一边边缘正好位于成形槽的中间；

所述气缸连接件的框架下方设置有用于连接气缸的连接孔，框架的两侧分别设置有平台连接圆柱和凸台连接圆柱，所述平台连接圆柱的中央设置有用于连接的螺栓孔，所述凸台连接圆柱的顶端设置有用于销钉连接的连接孔；所述平台连接圆柱和凸台连接圆柱穿过工作台面上面的导向孔，与夹具固定板相连；

所述夹具固定板的正面设置有安装槽和固定孔，反面设置有平台连接柱和凹台连接柱，所述安装槽用于通过固定螺钉与琴键固定板相连，所述固定孔与平台连接柱的中心相通，用于安装固定螺栓，并与气缸连接件的平台连接圆柱的螺栓孔连接；所述凹台连接孔用于和气缸连接件的凸台连接圆柱相连，然后与销钉予以固定；

所述琴键固定板上分两排安装孔，一排用于与夹具固定板相连的安装孔，通过固定螺钉进行相连；另一排通孔安装螺栓螺母，用于调整琴键的角度。

2.根据权利要求1所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹，其特征在于，所述夹具固定板上的安装槽用于与琴键固定板相连，为横向长孔，实现安装位置的更换和调整。

3.根据权利要求1所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹，其特征在于，所述夹具固定板通过三个螺钉连接着一琴键连接板，琴键连接板的下部通过螺钉连接着六个U形板，六个琴键通过销钉、螺栓和螺母安装在琴键连接板上。

4.根据权利要求1所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹，其特征在于，所述气缸连接件、夹具固定板、琴键固定板和琴键以成形槽为对称轴，设置在其左右两侧。

5.根据权利要求1所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹，其特征在于，所述气缸连接件下部安装一位置固定的气缸，通过给气缸充放气，带动气缸连接件沿着工作台面的导向孔做上下运动，和夹具固定板配合实现夹具的压紧和放松过程。

6.根据权利要求1所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹，其特征在于，所述琴键采用不锈钢材料；所述成形槽用紫铜或不锈钢制成；所述气缸连接件，夹具固定板以及其连接处的螺栓均采用一定刚度和强度的耐磨钢制成。

7.薄钢带对接钨极氩弧焊夹的使用方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

(1)首先气缸动作使夹具上升，然后将成形槽两侧的夹具旋转至与成形槽成70°～90°

(2)安装靠模，靠模安装完成后，在另一侧放入薄钢带，将薄钢带的一端面紧贴靠模端面

(3)将该侧夹具旋转至与该侧气缸连接结合，在结合处装入销钉，然后释放该侧气缸内气体，夹具及气缸连接件由于其自身重力的作用会对钢带有一个下压的力，这也就相当于对钢带进行预压，防止在之后的操作过程中钢带产生发生晃动或位置的移动

(4)安装引弧板和收弧板后，该侧气缸动作使夹具下压，压紧试件

(5)接着安装另一侧钢带，该侧钢带的定位便以之前安装好的钢带、引弧板以及收弧板为定位基准，进行安装，尽量使两侧钢带装配无间隙，然后以类似步骤(3)的动作操作该侧夹具

(6)完成该侧钢带的预压后，该侧气缸动作带动夹具压紧钢带

(7)移动焊枪的位置，对准焊缝位置，开始焊接过程的操作

(8)焊接完成后，气缸动作推动夹具上升，松开钢带，然后拔出夹具固定板和气缸连接件结合处的销钉，将两侧夹具重新旋转至与成形槽成70°～90°

(9)取出钢带，完成整个操作流程。

8.根据权利要求7所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹的使用方法，其特征在于，所述钢带尺寸参数为厚0.2～2mm，宽度5～300mm。

9.根据权利要求7或者8所述的薄钢带对接钨极氩弧焊夹的使用方法，其特征在于，所述钢带可由铜、铝合金材料进行替换。

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