CN105499882A - 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用 - Google Patents

基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN105499882A
CN105499882A CN201610035352.XA CN201610035352A CN105499882A CN 105499882 A CN105499882 A CN 105499882A CN 201610035352 A CN201610035352 A CN 201610035352A CN 105499882 A CN105499882 A CN 105499882A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
beam welding
plate
location
electron beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610035352.XA
Other languages
English (en)
Inventor
徐连勇
葛可可
荆洪阳
韩永典
吕小青
赵雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201610035352.XA priority Critical patent/CN105499882A/zh
Publication of CN105499882A publication Critical patent/CN105499882A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
    • B23K37/0426—Fixtures for other work
    • B23K37/0435—Clamps
    • B23K37/0443—Jigs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • B23K15/0053—Seam welding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用，电子束焊接夹具包括：水平的定位板和两块压紧板，压紧板横向间隔的压装在定位板的上面，在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上与通边槽孔相对应的位置设有键槽通孔，螺栓依次穿过所述键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固；两块压紧板之间的定位板中嵌装有一开口向上的引导槽，引导槽的开口与焊接接口位置相对应。在电子束焊接的过程中，引导槽的设置很好地保护了焊缝背部形貌。用本发明的电子束焊接夹具夹持TC4钛合金并对TC4钛合金进行电子束焊接，焊接后由于焊缝均匀，深冷处理后焊缝残余应力减小，焊接接头和母材的疲劳性能比较接近。

Description

基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用
技术领域
本发明属于焊接加工领域，具体来说涉及一种基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用。
背景技术
焊接是在热、力或者两者同时的作用下，使工件达到原子间结合的一种热加工方法，焊接质量直接影响着产品的使用寿命。针对不同的材料，通常采用不同的焊接方法。电子束焊接技术，凭借功率密度大、焊缝深宽比大、焊接速度快、焊缝纯度高等优点，被广泛应用于航空航天、国防、汽车等领域。但是，由于电子束焊光斑的直径一般都是毫米级，导致在焊接过程中对工件的装配定位要求非常严格，稍有偏差，就会导致未焊透、崩塌等焊接缺陷。基于这种具有较高装配要求的现状，在某些情况下，现有夹具并不能满足特定试样的夹持要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用，该基于平面位置的电子束焊接夹具在整个焊接过程中固定被焊试件，防止被焊试件发生刚性位移，并减小焊接带来的变形。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种基于平面位置的电子束焊接夹具，包括：水平的定位板和两块压紧板，所述压紧板横向间隔的压装在所述定位板的上面，在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上与通边槽孔相对应的位置设有键槽通孔，螺栓依次穿过所述键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固，用于防止定位板和压紧板之间的被焊试件移动；两块压紧板之间的定位板中嵌装有一开口向上的引导槽，所述引导槽的开口与被焊试件的焊接接口位置相对应，用于防止被焊试件与定位板在电子束焊接时焊在一起。
在上述技术方案中，所述通边槽孔与压紧板外侧相通。
在上述技术方案中，螺母和压紧板之间设有垫片。
在上述技术方案中，所述压紧板对称设置在引导槽的两侧。
在上述技术方案中，所述引导槽的材质为铜，且其纵向截面的外廓为矩形。
在上述技术方案中，所述定位板的下面安装有支撑装置，所述支撑装置为竖直的支撑杆，所述支撑杆的上端与定位板的下面固装，支撑杆的下端与底座固装，其中，底座与定位板之间的距离为100—200mm。
在上述技术方案中，所述支撑杆的数量为四个，所述定位板为长方形，支撑杆分别固装在定位板下面的四个角上。
在上述技术方案中，两块所述压紧板的相对面为向上的斜面。
在上述技术方案中，所述键槽通孔和通边槽孔与螺柱均为间隙配合，用于调整压紧板与焊试件焊接接口的距离。
一种上述基于平面位置的电子束焊接夹具在电子束焊接TC4钛合金中的应用，将平板形的TC4钛合金放到定位板和压紧板之间，使引导槽的开口与TC4钛合金的焊接接口的位置相对应，旋转螺母给压紧板施加向下的压力，实现对TC4钛合金的夹持，其中，根据螺母旋转的圈数，改变夹持力的大小；两个压紧板的相对面的底边距离焊接接口的距离均为5-20mm，加速电压为50-70kV，聚焦电流为2400-2600mA，电子束电流为36～40mA，焊接速度为0.8-1.2m/min；完成电子束焊接后，TC4钛合金的焊接接口被焊透，焊缝均匀一致，焊缝深宽比大，TC4钛合金表面光洁平滑，较为平整，且基本看不到因热输入过大导致的焊接角变形。
相比于现有技术，本发明的基于平面位置的电子束焊接夹具结构简单，操作灵活，可以很好地完成对被焊试件的夹持工作。在电子束焊接的过程中，使被焊试件不发生刚性位移，引导槽的设置很好地保护了焊缝背部形貌，同时夹具提供较大严格的约束条件，也在一定程度上阻止了由于焊接热输入而导致的变形。用本发明的基于平面位置的电子束焊接夹具夹持TC4钛合金并对TC4钛合金进行电子束焊接，电子束焊接后由于焊缝均匀，深冷处理后焊缝残余应力减小，焊接接头和母材的疲劳性能比较接近。
附图说明
图1是本发明的基于平面位置的电子束焊夹具的立体结构示意图；
图2是本发明的基于平面位置的电子束焊夹具的俯视图；
图3是本发明的基于平面位置的电子束焊夹具的侧视图；
图4是本发明的基于平面位置的电子束焊夹具的***视图。
其中，1为压紧板，2为定位板，3为螺母，4为垫片，5为螺栓，6为支撑杆，7为底座，8为引导槽，9为键槽通孔，10为通边槽孔，11为压紧板的相对面，12为电子束焊枪，13被焊试件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的基于平面位置的电子束焊接夹具进行详细说明。
实施例1
如附图1-4所示，一种基于平面位置的电子束焊接夹具，包括：水平的定位板和两块压紧板，其中，定位板和两块压紧板的主要材料为不锈钢。压紧板横向间隔的压装在定位板的上面，两块压紧板的相对面为向上的斜面。
在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上且与通边槽孔相对应的位置设有与压紧板外侧相通的键槽通孔，其中，通边槽孔的宽度及通边槽孔之间的间隔距离分别与键槽通孔的宽度和键槽通孔之间的间隔距离相同。螺栓依次穿过键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固，螺母和压紧板之间设有垫片，用于防止定位板和压紧板之间的被焊试件移动，其中，两个压紧板的下面分别压装有一个被焊试件，两个焊接试件相接处为焊试件焊接接口。键槽通孔和通边槽孔与螺柱均为间隙配合，根据不同的工艺参数，调整压紧板与焊试件焊接接口的距离，使基于平面位置的电子束焊接夹具具有一定的调节范围。
两块压紧板中间的定位板中嵌装有一纵向截面外廓为矩形且开口向上的引导槽，引导槽的开口与被焊试件焊接接口的位置相对应，用于防止由于电子束焊的高热输入被焊试件与定位板在电子束焊接时焊在一起。引导槽的材质为散热性优良的铜，这样，一方面能增加散热速度，很快地将焊缝背部多余热量散失，另一方面也有效地保护了焊缝背面形貌。
长方形的定位板的下面的四个角上安装有四个竖直的圆柱形钢质的支撑杆，支撑杆的上端与定位板的下面固装，支撑杆的下端与底座固装，其中，底座与定位板之间的距离为15mm。
在本发明中，压紧板的主要作用是待被焊试件在定位板上确定位置之后，将其压在被焊试件上部，防止在电子束焊接过程中发生移动，两个压紧板的相对面的底边与焊接接口平行。
本发明的基于平面位置的电子束焊接夹具的使用方法为：将被焊试件放到定位板和压紧板之间，使引导槽的开口与被焊试件焊接接口的位置相对应，旋转螺母给压紧板施加向下的压力，从而实现对被焊试件的夹持，其中，根据螺母旋转的圈数，改变夹持力的大小。
用本发明的基于平面位置的电子束焊接夹具夹持有一平板形的被焊试件，两个压紧板的相对面的底边距离焊接接口的距离均为10mm。电子束焊接设备为TECHMETA真空电子束焊机，采用专用的CNC控制***，可实现全自动焊接。被焊试件的材料为TC4钛合金，尺寸为100mm×50mm×8mm，电子束焊接参数如表1所示。
表1电子束焊接参数
加速电压 聚焦电流 电子束电流 焊接速度
60kV 2550mA 36～40mA 1m/min
完成电子束焊接后，被焊试件被焊透，焊缝深宽比大，被焊试件表面表面光洁平滑，较为平整。焊缝均匀一致，且基本看不到因热输入过大导致的焊接角变形。
将多个电子束焊接后的被焊试件分组浸入-198℃的液氮环境中，并设定不同的保温时间，研究不同的深冷时间对焊接残余应力的影响。采用盲孔法测量焊后残余应力，其中，所用测量设备为DH3821静态应变仪及钻孔设备，测量结果如表2所示。
表2不同深冷时间下的焊接残余应力
从表2中可以看出，由于利用本发明的夹具进行焊接得到的焊缝均匀，在未经深冷的情况下，所测得的焊缝横向残余应力最大值为85MPa，纵向残余应力最大值为144MPa，远低于TC4材料900MPa左右的屈服强度。经过不同的深冷时间，横向残余应力和纵向残余应力都有不同程度的降低，并随着深冷时间的增加，残余应力逐渐减小。
在20t高频疲劳试验机上进行电子束焊接后的疲劳试验。高频疲劳试验机静载精度为满量程±0.2％，动载振幅波动度为满量程±2％，载荷类型为拉伸载荷。循环比R＝0.5。本焊后疲劳试验采用107周次下疲劳极限来表征材料的疲劳强度。采用标准为GB/T3075-2008。试验结果如表3所示。
表3疲劳试验结果(R＝0.5)
由实验得出，TC4母材疲劳极限平均为250-255MPa，焊接接头疲劳极限平均为245-250MPa。由此可以得出，采用本发明的夹具进行电子束焊接后，焊接接头和母材的疲劳性能比较接近。
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 (10)

1.一种基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，包括：水平的定位板和两块压紧板，所述压紧板横向间隔的压装在所述定位板的上面，在任意压紧板纵向中心线的两侧对称设有通边槽孔，在定位板上与通边槽孔相对应的位置设有键槽通孔，螺栓依次穿过所述键槽通孔和通边槽孔，并用螺母紧固，用于防止定位板和压紧板之间的被焊试件移动；两块压紧板之间的定位板中嵌装有一开口向上的引导槽，所述引导槽的开口与被焊试件的焊接接口位置相对应，用于防止被焊试件与定位板在电子束焊接时焊在一起。
2.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述通边槽孔与压紧板外侧相通。
3.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，螺母和压紧板之间设有垫片。
4.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述压紧板对称设置在引导槽的两侧。
5.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述引导槽的材质为铜，且其纵向截面的外廓为矩形。
6.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述定位板的下面安装有支撑装置，所述支撑装置为竖直的支撑杆，所述支撑杆的上端与定位板的下面固装，支撑杆的下端与底座固装，其中，底座与定位板之间的距离为100—200mm。
7.根据权利要求6所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述支撑杆的数量为四个，所述定位板为长方形，支撑杆分别固装在定位板下面的四个角上。
8.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，两块所述压紧板的相对面为向上的斜面。
9.根据权利要求1所述的基于平面位置的电子束焊接夹具，其特征在于，所述键槽通孔和通边槽孔与螺柱均为间隙配合，用于调整压紧板与焊试件焊接接口的距离。
10.一种如权利要求1-9中任意一种基于平面位置的电子束焊接夹具在电子束焊接TC4钛合金中的应用，其特征在于，将所述平板形的TC4钛合金放到定位板和压紧板之间，使引导槽的开口与TC4钛合金的焊接接口的位置相对应，旋转螺母给压紧板施加向下的压力，实现对TC4钛合金的夹持，其中，根据螺母旋转的圈数，改变夹持力的大小；两个压紧板的相对面的底边距离焊接接口的距离均为5-20mm，加速电压为50-70kV，聚焦电流为2400-2600mA，电子束电流为36～40mA，焊接速度为0.8-1.2m/min；完成电子束焊接后，TC4钛合金的焊接接口被焊透，焊缝均匀一致，焊缝深宽比大，TC4钛合金表面光洁平滑，较为平整，且基本看不到因热输入过大导致的焊接角变形。
CN201610035352.XA 2016-01-19 2016-01-19 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用 Pending CN105499882A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610035352.XA CN105499882A (zh) 2016-01-19 2016-01-19 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610035352.XA CN105499882A (zh) 2016-01-19 2016-01-19 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105499882A true CN105499882A (zh) 2016-04-20

Family

ID=55708382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610035352.XA Pending CN105499882A (zh) 2016-01-19 2016-01-19 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105499882A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105834645A (zh) * 2016-05-05 2016-08-10 河南平高电气股份有限公司 导电管焊装焊接工装
CN111085766A (zh) * 2019-12-27 2020-05-01 哈尔滨工业大学 薄板NiTi合金电子束焊接急冷凝固细晶装置及其焊接方法
CN113547190A (zh) * 2021-08-10 2021-10-26 内蒙古第一机械集团股份有限公司 一种tc4钛合金板焊接的气体保护装置和工艺方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004017108A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Suzuki Motor Corp 板材溶接用クランプ治具
CN101274388A (zh) * 2008-05-05 2008-10-01 西北有色金属研究院 一种铌合金与钛合金厚板的电子束焊接方法
CN101890576A (zh) * 2010-08-19 2010-11-24 上海市激光技术研究所 不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置和方法
CN102528347A (zh) * 2012-01-12 2012-07-04 天津大学 用于铁素体不锈钢板焊接的约束式散热装置及焊接方法
CN202752784U (zh) * 2012-08-03 2013-02-27 中国核工业华兴建设有限公司 核电埋弧焊考试用工装夹具
CN102990266A (zh) * 2012-11-25 2013-03-27 天津大学 薄钢带对接钨极氩弧焊夹具及使用方法
CN103128472A (zh) * 2011-11-29 2013-06-05 大连船舶重工集团有限公司 锚固扁钢端部对焊用临时压紧装置
CN203579271U (zh) * 2013-09-12 2014-05-07 西安志越机电科技有限公司 液压驱动式多工位铣削夹具
JP5553462B1 (ja) * 2014-01-28 2014-07-16 彰久 村田 帯状金属薄板の突合せ溶接装置
CN204308475U (zh) * 2014-11-24 2015-05-06 番禺珠江钢管有限公司 一种平板对接焊接试验夹具
CN204546029U (zh) * 2015-02-10 2015-08-12 天津市宝洪源机械制造有限公司 一种链条主链节夹具
CN105234712A (zh) * 2015-11-17 2016-01-13 安徽江淮汽车股份有限公司 一种汽车转向节手动夹具
CN205290244U (zh) * 2016-01-19 2016-06-08 天津大学 基于平面位置的电子束焊接夹具

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004017108A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Suzuki Motor Corp 板材溶接用クランプ治具
CN101274388A (zh) * 2008-05-05 2008-10-01 西北有色金属研究院 一种铌合金与钛合金厚板的电子束焊接方法
CN101890576A (zh) * 2010-08-19 2010-11-24 上海市激光技术研究所 不锈钢或镍薄板激光拼焊对位装夹装置和方法
CN103128472A (zh) * 2011-11-29 2013-06-05 大连船舶重工集团有限公司 锚固扁钢端部对焊用临时压紧装置
CN102528347A (zh) * 2012-01-12 2012-07-04 天津大学 用于铁素体不锈钢板焊接的约束式散热装置及焊接方法
CN202752784U (zh) * 2012-08-03 2013-02-27 中国核工业华兴建设有限公司 核电埋弧焊考试用工装夹具
CN102990266A (zh) * 2012-11-25 2013-03-27 天津大学 薄钢带对接钨极氩弧焊夹具及使用方法
CN203579271U (zh) * 2013-09-12 2014-05-07 西安志越机电科技有限公司 液压驱动式多工位铣削夹具
JP5553462B1 (ja) * 2014-01-28 2014-07-16 彰久 村田 帯状金属薄板の突合せ溶接装置
CN204308475U (zh) * 2014-11-24 2015-05-06 番禺珠江钢管有限公司 一种平板对接焊接试验夹具
CN204546029U (zh) * 2015-02-10 2015-08-12 天津市宝洪源机械制造有限公司 一种链条主链节夹具
CN105234712A (zh) * 2015-11-17 2016-01-13 安徽江淮汽车股份有限公司 一种汽车转向节手动夹具
CN205290244U (zh) * 2016-01-19 2016-06-08 天津大学 基于平面位置的电子束焊接夹具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曾庆继等: "钛合金（TC4）电子束焊接模拟", 《钛合金（TC4）电子束焊接模拟》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105834645A (zh) * 2016-05-05 2016-08-10 河南平高电气股份有限公司 导电管焊装焊接工装
CN111085766A (zh) * 2019-12-27 2020-05-01 哈尔滨工业大学 薄板NiTi合金电子束焊接急冷凝固细晶装置及其焊接方法
CN111085766B (zh) * 2019-12-27 2021-06-22 哈尔滨工业大学 薄板NiTi合金电子束焊接急冷凝固细晶装置及其焊接方法
CN113547190A (zh) * 2021-08-10 2021-10-26 内蒙古第一机械集团股份有限公司 一种tc4钛合金板焊接的气体保护装置和工艺方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205290244U (zh) 基于平面位置的电子束焊接夹具
CN105499882A (zh) 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用
CN102699724B (zh) 焊接接头拉伸试样的加工工装夹具及其夹持定位方法
CN105772927B (zh) 一种afa3g燃料组件上管座电子束焊接方法
CN108406199B (zh) 一种保证钢化玻璃支架平面度的焊接工装
KR102308433B1 (ko) 용접부재의 수평 유지용 클램프
CN108247263A (zh) 一种燃料组件改进型上管座焊接夹具
CN104858593A (zh) 一种用于精密箱型传感器焊接的定位工装夹具及其使用方法
CN202861621U (zh) Ic装备铝合金结构件真空电子束焊接夹具
CN205166256U (zh) 一种钢管定位装置
CN206912561U (zh) 一种薄板对接焊工装卡具装置
CN210404010U (zh) 一种0Cr18Ni10Ti遥测天线焊接结构
CN206643723U (zh) 一种光电管方管的精密磨削设备
CN210024249U (zh) 一种焊接定位夹具
CN211227232U (zh) 一种复杂结构感应加热线圈位置度调校装置
CN113172329A (zh) 一种超声波焊接装置
CN210099355U (zh) 一种薄钢板焊接工装
CN204094370U (zh) 一种电子束焊接参数试板夹持装置
CN207267160U (zh) 一种薄壁零件的夹紧装置
CN206779786U (zh) 一种配焊法兰的辅助定位装置
CN109894787A (zh) 一种焊接治具交换平台
CN208099714U (zh) 一种焊接夹具的定位夹紧装置
CN210255285U (zh) 一种液压泥炮底座倾斜面的工装结构
CN214685041U (zh) 一种用于大直径弯头与管道自动化焊接的工装
CN114166085B (zh) 一种横梁管焊接总成检具

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160420