一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置及方法制造方法及图纸

一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置及方法，装置：两个测量滑块均套装在测量牵引杆上，测量牵引杆连接在控制器内的拉力传感器上，测量牵引杆设置在矩形凹槽中，每个矩形开口中设置一个牵引滑块，且两个牵引滑块均与传动板连接，传动板与丝杠螺纹连接，丝杠的输入端与步进电机的输出轴连接，两个圆柱滑杆对称设置在丝杠的两侧，两个圆柱滑杆均与传动板滑动连接，每个圆柱滑杆的两端分别与其对应的滑杆固定座连接，控制器通过数据线与步进电机连接。方法：一、在蒙皮上加工定位圆孔；二、对蒙皮进行定位装卡；三、设置预拉伸应力值并对蒙皮进行预拉伸；四、对长桁和预拉伸的蒙皮进行连续的双侧激光填丝焊接。本发明专利技术用于T型结构件焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种T型结构件的焊接装置及方法，具体涉及一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置及方法。
技术介绍
在飞机制造业中，长桁和蒙皮组成的机身壁板T型结构件主要依靠传统的铆接技术进行连接。为了克服铆接存在的机身重量增加和生产效率较低的局限性，德国空中客车有限公司率先开展了双侧激光同步焊接技术的研究以代替传统的铆接技术，以实现机身壁板轻质、高效、低成本的加工制造。经过十余年的发展，该技术于2003年首先应用在空客A318的批量化生产中，在相同的结构刚度情况下，机身重量减轻约20％，制造成本降低约25％，同时，生产效率得到大幅度提高。目前，这一技术已成功应用在空客A318、A340、A350、A380等型号的批量化生产过程中。目前，由长桁和蒙皮构成的机身壁板T型结构件主要采用铝锂合金制成，然而这类材料的热膨胀系数较大，导致材料体积受温度影响较大；此外，双侧激光焊接过程中激光束对蒙皮和长桁的加热极不均匀，导致在焊缝、热影响区及母材区存在较大的温度梯度，焊缝凝固后各区域材料产生了不同程度的收缩变形，特别是焊缝内的收缩变形最为明显；加之，T型结构件中长桁的刚度较大，无法通过T型结构件产生整体收缩形变来释放残余应力，导致在焊缝中存在较大的残余拉应力场；以上诸多因素共同造成长桁-蒙皮T型焊接结构的焊缝上出现明显的热裂纹缺陷。如图8所示，热裂纹4主要垂直于焊接方向分布，将显著削弱长桁1-蒙皮2(T型结构件)的强度，影响机身的服役性能，在服役过程中热裂纹甚至会继续向热影响区和母材区扩展，并将最终导致机身壁板的破坏断裂。现有T型结构件焊接采用双侧激光焊接，为了抑制焊接热裂纹，往往采用焊后激光补焊的方法对双侧焊缝内热裂纹进行修补，但必须重复加热热裂纹附近的焊缝组织从而造成焊缝软化，并且依然容易在补焊处萌生新的热裂纹缺陷，从而进一步降低焊缝的承载性能。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的T型结构件采用双侧激光焊接，为了抑制焊接热裂纹，需要对双侧焊缝内热裂纹进行修补，导致补焊处萌生新的热裂纹缺陷，从而降低焊缝的承载性能的问题，而提出了一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置及方法。装置：一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置包括平台、测量牵引杆、控制器、步进电机、丝杠、传动板、轴承座、两个牵引滑块、两个测量滑块、两个圆柱滑杆、四个滑杆固定座和四个底座支架，四个底座支架分别固定在平台下面的四角处，平台上设有矩形凹槽和两个矩形开口，矩形凹槽位于平台的前端，两个矩形开口位于平台的后端，两个矩形开口相对平台纵向中心线对称设置，两个测量滑块均套装在测量牵引杆上，测量牵引杆连接在控制器内的拉力传感器上，控制器固定在平台上，测量牵引杆设置在矩形凹槽中，每个矩形开口中设置一个牵引滑块，且两个牵引滑块均与传动板连接，牵引滑块的上端面设有牵引滑块圆柱定位销，测量滑块的上端面设有测量滑块圆柱定位销，传动板设置在平台的下面，传动板与丝杠螺纹连接，丝杠的一端设置在轴承座中，丝杠的另一端与步进电机的输出轴连接，两个圆柱滑杆对称设置在丝杠的两侧，两个圆柱滑杆均与传动板滑动连接，每个圆柱滑杆的两端分别与其对应的滑杆固定座连接，滑杆固定座固定在平台下面，控制器通过数据线与步进电机连接。方法：一种抑制T型结构件焊接热裂纹的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、在蒙皮上加工定位圆孔：根据蒙皮尺寸确定四个定位圆孔的水平距离a和竖直距离b，并利用钻床在蒙皮待焊位置线两侧对称加工四个定位圆孔；步骤二、对蒙皮进行定位装卡：利用蒙皮上预加工的四个定位圆孔分别与两个牵引滑块圆柱定位销和两个测量滑块圆柱定位销配合，将蒙皮定位安装于平台、牵引滑块、测量滑块的上端面，使蒙皮上的待焊位置线与平台上的纵向中心线重合；步骤三、设置预拉伸应力值并对蒙皮进行预拉伸：将蒙皮的宽度c、厚度d、设定的预拉伸应力值σ输入控制器中，通过控制器控制步进电机和丝杠转动，传动板沿丝杠运动，传动板带动两个牵引滑块向平台的后侧运动，拉伸蒙皮并带动平台前端的两个测量滑块运动，测量滑块经由测量牵引杆将实时拉力传递给控制器中的拉力传感器，并由控制器计算出实时拉伸应力值σ′，将实时拉伸应力值σ′与预拉伸应力值σ进行比较，实现对步进电机和丝杠转动进行反馈控制；步骤四、对长桁和预拉伸的蒙皮进行连续的双侧激光填丝焊接：将长桁竖直放置于蒙皮上并与待焊位置线重合，将两个焊丝、两个激光束、两个保护气喷嘴分别对称放置于长桁两侧，同侧的保护气喷嘴、激光束、焊丝的顺序为由前至后依次设置，对长桁与蒙皮进行连续的双侧激光填丝焊接，获得无热裂纹的T型结构件。本专利技术与现有方法相比具有以下有益效果：一、在长桁-蒙皮组焊之前，利用本专利技术的装置及方法对蒙皮进行预拉伸，然后实施焊接，从而抑制了双侧焊缝内热裂纹，焊后无需对焊缝组织进行重熔或二次加热，避免了现有技术中由于焊后需要用激光束对热裂纹缺陷组织进行重熔补焊所引起的焊缝组织软化、晶粒长大、焊缝强度下降、焊缝夹杂等焊接问题。因此，本专利技术提高了焊缝的承载性能。二、本专利技术能够与双侧激光填丝同步焊接系统进行整合，预拉伸后的蒙皮不必进行二次装卡，直接放置长桁后即可进行最终组焊，与焊后补焊和双向预置应力方法相比，能够明显提高机身壁板生产效率。三、本专利技术的工作原理简单，普适性强，对T型结构件的材料没有严格的限制，如铝合金、铝锂合金、镁合金、钛合金、不锈钢等材料均可。附图说明图1是本专利技术装置的整体结构立体图；图2是图1的仰视立体图；图3是具体实施方式六中步骤一在蒙皮2上加工定位圆孔2-1相对位置的示意图；图4是具体实施方式六中步骤二对蒙皮2进行定位装卡的示意图；图5是具体实施方式六中步骤四长桁1竖直放置于蒙皮2上并与待焊位置线N-N重合的示意图；图6是具体实施方式六中步骤四将双保护气喷嘴20、双激光束19、双焊丝18置于T型结构两侧接合缝处并对T型结构整体进行连续的双侧激光填丝焊接的示意图；图7是图6的I局部放大图；图8是现有方法焊接长桁-蒙皮获得的T型结构件存在内热裂纹4的示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括平台5、测量牵引杆9、控制器10、步进电机11、丝杠12、传动板16、轴承座17、两个牵引滑块7、两个测量滑块8、两个圆柱滑杆15、四个滑杆固定座14和四个底座支架6，四个底座支架6分别固定在平台5下面的四角处，每个底座支架6上都设有一个通孔6-1，螺栓能够穿过通孔6-1而将底座支架6固定于地面或其他平台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置，所述装置包括平台(5)、测量牵引杆(9)、控制器(10)、步进电机(11)、丝杠(12)、传动板(16)、轴承座(17)、两个牵引滑块(7)、两个测量滑块(8)、两个圆柱滑杆(15)、四个滑杆固定座(14)和四个底座支架(6)，四个底座支架(6)分别固定在平台(5)下面的四角处，平台(5)上设有矩形凹槽(5‑1)和两个矩形开口(5‑2)，矩形凹槽(5‑1)位于平台(5)的前端，两个矩形开口(5‑2)位于平台(5)的后端，两个矩形开口(5‑2)相对平台纵向中心线(M‑M)对称设置，两个测量滑块(8)均套装在测量牵引杆(9)上，测量牵引杆(9)连接在控制器(10)内的拉力传感器上，控制器(10)固定在平台(5)上，测量牵引杆(9)设置在矩形凹槽(5‑1)中，每个矩形开口(5‑2)中设置一个牵引滑块(7)，且两个牵引滑块(7)均与传动板(16)连接，牵引滑块(7)的上端面设有牵引滑块圆柱定位销(7‑1)，测量滑块(8)的上端面设有测量滑块圆柱定位销(8‑1)，传动板(16)设置在平台(5)的下面，传动板(16)与丝杠(12)螺纹连接，丝杠(12)的一端设置在轴承座(17)中，丝杠(12)的另一端与步进电机(11)的输出轴连接，两个圆柱滑杆(15)对称设置在丝杠(12)的两侧，两个圆柱滑杆(15)均与传动板(16)滑动连接，每个圆柱滑杆(15)的两端分别与其对应的滑杆固定座(14)连接，滑杆固定座(14)固定在平台(5)下面，控制器(10)通过数据线与步进电机(11)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置，所述装置包括平台(5)、测量牵引杆(9)、
控制器(10)、步进电机(11)、丝杠(12)、传动板(16)、轴承座(17)、两个牵引滑块(7)、
两个测量滑块(8)、两个圆柱滑杆(15)、四个滑杆固定座(14)和四个底座支架(6)，四
个底座支架(6)分别固定在平台(5)下面的四角处，平台(5)上设有矩形凹槽(5-1)
和两个矩形开口(5-2)，矩形凹槽(5-1)位于平台(5)的前端，两个矩形开口(5-2)位
于平台(5)的后端，两个矩形开口(5-2)相对平台纵向中心线(M-M)对称设置，两个
测量滑块(8)均套装在测量牵引杆(9)上，测量牵引杆(9)连接在控制器(10)内的拉
力传感器上，控制器(10)固定在平台(5)上，测量牵引杆(9)设置在矩形凹槽(5-1)
中，每个矩形开口(5-2)中设置一个牵引滑块(7)，且两个牵引滑块(7)均与传动板(16)
连接，牵引滑块(7)的上端面设有牵引滑块圆柱定位销(7-1)，测量滑块(8)的上端面
设有测量滑块圆柱定位销(8-1)，传动板(16)设置在平台(5)的下面，传动板(16)与
丝杠(12)螺纹连接，丝杠(12)的一端设置在轴承座(17)中，丝杠(12)的另一端与
步进电机(11)的输出轴连接，两个圆柱滑杆(15)对称设置在丝杠(12)的两侧，两个
圆柱滑杆(15)均与传动板(16)滑动连接，每个圆柱滑杆(15)的两端分别与其对应的
滑杆固定座(14)连接，滑杆固定座(14)固定在平台(5)下面，控制器(10)通过数据
线与步进电机(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置，其特征在于：牵引
滑块(7)的上表面、测量滑块(8)的上表面与平台(5)的上表面位于同一平面内。
3.根据权利要求1或2所述的一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置，其特征在于：
牵引滑块(7与传动板(16)的配合表面、测量滑块(8)与测量牵引杆(9)的配合表面、
圆柱滑杆(15)与传动板(16)的配合表面均采用精确铣、磨削加工而成。
4.根据权利要求3所述的一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置，其特征在于：所述
装置还包括两个加强筋(13)，两个加强筋(13)对称固定在两个圆柱滑杆(15)的外侧且
固装在平台(5)上。
5.根据权利要求4所述的一种抑制T型结构件焊接热裂纹的装置，其特征在于：所述
轴承座(17)、两个加强筋(13)、四个滑杆固定座(14)和四个底座支架(6)与平台(5)
制成一体。
6.一种利用权利要求1所述装置实现抑制T型结构件焊接热裂纹的方法，其特征在于：
所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、在蒙皮(2)上加工定位圆孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，陶汪，陈彦宾，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23