[发明专利]一种钛合金直管的接缝焊接夹具及接缝焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于机械制造及加工工艺技术领域，具体地说,涉及一种钛合金直管的接缝焊接夹具及接缝焊接方法。

背景技术

钛合金具有优良的抗腐蚀性，而且具有比重小、强度高的特点。随着我国航空工业的不断发展，钛合金板料在飞机制造中的用量在不断增长；通常,在飞机零部件加工中，有大量的油气管路零件，特别是大型飞机中，这种油气管路的直径越来越大。因而，大直径管路的制造一般是通过板料冷弯成形，然后对成形后直管接缝处进行焊接得到钛合金管件。这种加工大直径管件的方法具有工艺简单，材料利用率高，成本低的优势。

由于钛合金在高温下对氧、氮、氢、碳气体具有极大的亲和力，这给焊接带来一定困难，不但焊缝熔池需要保护，焊接件内部也要保护。在专利CN201900394U中公开了一种小直径钛管焊接气体保护罩，这种筒状保护罩将待焊接管件密封，在密封区内通有保护气体，使焊接区域形成保护性气体氛围，从而有效地消除钛管焊接氧化危害；但不足之处在于无法克服焊缝和近缝区局部温度过高导致材料变软而出现焊缝处局部塌陷问题及热影响区的扩大引起焊接应力增加导致的波浪式翘曲变形问题，影响形状精度。钛合金的导热系数较低，焊缝和近缝区因在高温环境停留时间长，导致该区域材料变软，如果材料内侧没有辅助支撑，材料会因变软而塌陷；另外，由于热影响区的扩大，焊接应力增加引起失稳变形十分严重，如果材料外侧没有夹持会出现波浪式翘曲变形，焊接冷却后，钛合金硬度又很大，这种带局部塌陷及波浪式翘曲变形零件很难通过后续的校形工序变成合格零件，因而对形状精度要求高的钛合金管件焊接时，不但焊缝熔池、焊接件内部，焊缝及热影响区域需要进行惰性气体保护，而且需要在焊缝和近缝区材料易发生变软塌陷及焊接应力增加导致的波浪式翘曲变形的地方进行辅助支撑和夹持来克服焊接变形，故需要一种能保证钛合金直管的接缝焊接质量和形状精度的方法。

发明内容

为了克服现有技术的焊缝和近缝区因在高温环境停留时间长,导致材料容易发生变软而引起的局部塌陷及热影响区的扩大引起焊接应力增加导致的波浪式翘曲变形问题，本发明提出一种钛合金直管的接缝焊接夹具及接缝焊接方法，目的是通过在钛合金管内部进行辅助支撑和夹持，以及采用惰性气体对焊接影响区域进行保护来保证钛合金直管的接缝焊接质量和精度。首先在第一通气管两端用密封胶带将铜套与钛合金直管配合处进行密封，第一通气管上有两排圆孔使保护气通向焊缝处；然后在第一通气管上用强力胶固连一个也有两排圆孔的弧形铜块形成一个整体部件，对焊接区进行辅助支撑；钛合金直管外侧焊缝通过保护罩进行气体保护，焊枪固定在保护罩上，通过移动保护罩带动焊枪移动，在钛合金直管上形成移动保护区，对未焊接的接缝处用密封胶带进行密封，随焊枪的移动，渐进撕下密封胶带；为保证焊接的连续性，钛合金直管采用圆弧形卡具进行夹持。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:钛合金直管的接缝焊接夹具包括通气嘴、封堵板、铜套、焊枪、保护罩、弧形铜块、第一通气管、圆弧形卡具，所述第一通气管为圆筒形，两端有外螺纹,第一通气管壁上沿轴向有两排等间距直径相同的圆孔,封堵板位于第一通气管内两端，封堵板外径与第一通气管内径相同，且为过盈配合，其中,一端的封堵板中心有通气嘴安装孔；所述弧形铜块上沿轴向有两排等间距直径为2mm的圆孔，弧形铜块的弧度小于半圆弧,弧形铜块固定在第一通气管上，弧形铜块内侧圆弧面与第一通气管外侧面采用强力胶贴合，弧形铜块上的两排圆孔与第一通气管上的两排圆孔尺寸相同，弧形铜块上的圆孔与第一通气管上的圆孔同轴一一对应；所述铜套为阶梯形圆筒结构，铜套内侧有螺纹，两铜套位于第一通气管两端，铜套与第一通气管通过螺纹连接；保护罩位于弧形铜块上面中间部位，钛合金直管安装在夹具上，钛合金直管内侧圆柱面与弧形铜块的外圆弧面贴合，钛合金直管的焊缝位于弧形铜块上的两排圆孔的轴向对称面上，圆弧形卡具将钛合金直管夹持住，圆弧形卡具的内侧圆弧面与钛合金直管的外侧圆弧面贴合；所述保护罩包括罩体、卡环、第二通气管、铜丝网、耐高温橡胶块，焊枪通过卡环固定在罩体上,罩体上部有螺孔安装通气嘴与第二通气管相连通，第二通气管上沿轴向有多个圆孔，铜丝网位于第二通气管与焊缝区之间，耐高温橡胶块采用强力胶固连在罩体底部两侧及后端面，且与钛合金直管接触配合。

一种采用所述钛合金直管的接缝焊接夹具进行钛合金直管的接缝焊接方法，其特征在于包括以下步骤: