一种可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具

摘要

一种可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具，本发明涉及电子束辅助热源作用连接方法的一种焊接夹具。本发明是要决某些材料传统熔化焊接技术时产生的金属烧损严重、界面反应等问题，从而提供了可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具。一种可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具由夹具外壳、夹具底座、垂直固定装置和水平固定装置构成。工作原理：本发明的焊接夹具的使用是通过对母材接触面施加一定压力，同时利用散焦电子束对焊缝进行圆形扫描，往复扫描多次并控制焊接速度，进而实现增加焊接温度和保温时间的效果，即以散焦电子束作为热源，实现母材的局部连接。属于焊接辅助工具领域。

说明书

技术领域

本发明涉及电子束辅助热源作用连接方法的一种焊接夹具，属于焊接辅助工具领域。

背景技术

对于某些材料，如复合材料，传统熔化焊接手段难以实现优良的连接效果，会产生金 属烧损严重、界面反应，故需采用固相扩散焊等手段实现优良连接，但传统扩散焊除了对 接头部位进行加热外，还需要对焊件整体进行加热，这样就会对焊件母材整体施加额外的 热作用，影响母材的整体性能。故考虑只针对焊接接头部位进行局部热作用连接，而不对 母材整体进行焊接加热，这就需要采用热源作用区域小的高能量密度焊接手段，如激光焊、 电子束焊。但现有高能焊接设备不配套相应的施压辅助夹持工具，本发明即为一种小型的 焊接辅助夹持工具，可实现薄板型焊件的局部热作用连接，同时可以在夹持过程中施加数 值确定的持续的顶锻压力，使两焊接件界面紧密接触。

发明内容

本发明是要决某些材料传统熔化焊接技术时产生的金属烧损严重、界面反应等问题， 从而提供了可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具。

一种可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具由夹具外壳、夹具底座、垂直固定 装置和水平固定装置构成，其中所述夹具外壳固定连接在夹具底座上，夹具外壳的两个相 对的侧壁上设置有滑动导槽，夹具外壳的后壁上设置有限位孔，所述垂直固定装置设在夹 具外壳内部前端，垂直固定装置由垂直固定杆和底部垫板构成，所述垂直固定杆两端通过 紧固螺丝卡合在夹具外壳两侧壁上，底部垫板设在垂直固定杆正下方，其中，底部垫板上 设有两个凸起的固定条并与垂直固定杆相对，所述水平固定装置设在夹具外壳内部后端， 水平固定装置由限位螺丝、滑动前挡板、滑动后挡板和弹簧构成，其中，滑动前挡板的两 端设置有前挡板凸起，滑动前挡板侧面设有第一弹簧限位销，滑动后挡板的两端设置有后 挡板凸起，滑动后挡板侧面设有第二弹簧限位销，滑动前挡板两端的前挡板凸起与滑动后 挡板的后挡板凸起都嵌入滑动导槽中，弹簧通过第一弹簧限位销与第二弹簧限位销固定在 滑动前挡板与滑动后挡板之间，限位螺丝穿过限位孔顶靠在滑动后挡板上。

工作原理：本发明主要应用于需两侧界面紧密贴合的两块薄板焊接件的焊接过程。本 发明焊接夹具主体材料采用具有铁磁性的304不锈钢，夹具底座材料采用不具有铁磁性的 6061铝合金。

用可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具进行焊接的方法如下：

一、将两块薄板焊接件分别放置在垂直固定装置垂直固定杆与底部垫板之间，调整两 块薄板焊接件的相对位置，使得两块薄板焊接件的对接面的错边小于0.2mm，并且对接 面之间的缝隙小于0.1mm，通过垂直固定装置垂直固定杆与底部垫板保持两块薄板焊接 件在垂直方向上的相对位置不变，然后通过调节紧固螺丝将垂直固定杆两端锁紧在夹具外 壳两侧；

二、通过水平固定装置限位螺丝、滑动前挡板、滑动后挡板和弹簧施加压力进行水平 挤压；首先，通过调整滑动前挡板与滑动后挡板在滑动导槽中的相对距离来压缩滑动前挡 板与滑动后挡板之间的弹簧，然后通过限位螺丝固定位置，当弹簧压缩达到固定收缩量时， 便可得此时弹簧对母材接触面施加的压力，利用此压力以及已知的接触面面积，便可知接 触面上产生的压强大小，将焊接电子束流采用上散焦模式打到两块薄板焊接件的对接面处 进行焊接，同时添加圆形扫描，调整好各工艺参数，在设定的压力值下进行焊接试验；

其中，所述弹簧自然长度L＝66mm，最大收缩量ΔL＝36mm，弹性系数K＝12.7N/mm， 可提供的最大弹力F＝457.2N，本夹具采用两根相同规格的弹簧，故最大可提供 Fmax＝2F＝914.4N的压力，即可以对焊接件施加的最大压强为其中L、W、H分别为焊接件的长、宽、高，尺寸范围分别为：长度L为0～280mm，宽 度W为10mm～50mm，厚度H为0～20mm；针对尺寸为2mm×20mm×70mm的焊接件， 此夹具可提供的最大接触面压强为最大压强

发明效果：

本发明主要应用于需两侧界面紧密贴合的(薄板焊接件)薄板型母材的焊接过程。本 发明的焊接夹具的使用是通过对母材接触面施加一定压力，同时利用散焦电子束对焊缝进 行圆形扫描，往复扫描多次并控制焊接速度，进而实现增加焊接温度和保温时间的效果， 即以散焦电子束作为热源，实现母材的局部连接。利用此夹具实现的局部热作用连接方法 可解决某些材料传统熔化焊接技术时产生的金属烧损严重、界面反应等问题，获得优质的 焊接接头。

附图说明

图1是本发明的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具的结构示意图；

图2是本发明的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具中夹具外壳示意图；

图3是本发明的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具中垂直固定杆示意图；

图4是本发明的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具中底部垫板示意图；

图5是本发明的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具中滑动前挡板示意图；

图6是本发明的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具中滑动后挡板示意图；

图7是本发明试验1中的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具使用示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具由 由夹具外壳1、夹具底座2、垂直固定装置和水平固定装置构成，其中所述夹具外壳1固 定连接在夹具底座2上，夹具外壳1的两个相对的侧壁上设置有滑动导槽1-1，夹具外壳 1的后壁上设置有限位孔1-2，所述垂直固定装置设在夹具外壳1内部前端，垂直固定装 置由垂直固定杆3和底部垫板4构成，所述垂直固定杆3两端通过紧固螺丝3-1卡合在夹 具外壳1两侧壁上，底部垫板4设在垂直固定杆3正下方，其中，底部垫板4上设有两个 凸起的固定条4-1并与垂直固定杆3相对，所述水平固定装置设在夹具外壳1内部后端， 水平固定装置由限位螺丝5、滑动前挡板6、滑动后挡板7和弹簧8构成，其中，滑动前 挡板6的两端设置有前挡板凸起6-1，滑动前挡板6侧面设有第一弹簧限位销6-2，滑动 后挡板7的两端设置有后挡板凸起7-1，滑动后挡板7侧面设有第二弹簧限位销7-2，滑 动前挡板6两端的前挡板凸起6-1与滑动后挡板7的后挡板凸起7-1都嵌入滑动导槽1-1 中，弹簧8通过第一弹簧限位销6-2与第二弹簧限位销7-2固定在滑动前挡板6与滑动后 挡板7之间，限位螺丝5穿过限位孔1-2顶靠在滑动后挡板7上。

本实施方式工作原理：主要应用于需两侧界面紧密贴合的两块薄板焊接件的焊接过 程。本发明焊接夹具主体材料采用具有铁磁性的304不锈钢，夹具底座材料采用不具有铁 磁性的6061铝合金。

用本实施方式的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具进行焊接的方法如下：

一、将两块薄板焊接件分别放置在垂直固定装置垂直固定杆与底部垫板之间，调整两 块薄板焊接件的相对位置，使得两块薄板焊接件的对接面的错边小于0.2mm，并且对接 面之间的缝隙小于0.1mm，通过垂直固定装置垂直固定杆与底部垫板保持两块薄板焊接 件在垂直方向上的相对位置不变，然后通过调节紧固螺丝将垂直固定杆两端锁紧在夹具外 壳两侧；

二、通过水平固定装置限位螺丝、滑动前挡板、滑动后挡板和弹簧施加压力进行水平 挤压；首先，通过调整滑动前挡板与滑动后挡板在滑动导槽中的相对距离来压缩滑动前挡 板与滑动后挡板之间的弹簧，然后通过限位螺丝固定位置，当弹簧压缩达到固定收缩量时， 便可得此时弹簧对母材接触面施加的压力，利用此压力以及已知的接触面面积，便可知接 触面上产生的压强大小，将焊接电子束流采用上散焦模式打到两块薄板焊接件的对接面处 进行焊接，同时添加圆形扫描，调整好各工艺参数，在设定的压力值下进行焊接试验；

其中，所述弹簧自然长度L＝66mm，最大收缩量ΔL＝36mm，弹性系数K＝12.7N/mm， 可提供的最大弹力F＝457.2N，本夹具采用两根相同规格的弹簧，故最大可提供 Fmax＝2F＝914.4N的压力，即可以对焊接件施加的最大压强为其中L、W、H分别为焊接件的长、宽、高，尺寸范围分别为：长度L为0～280mm，宽 度W为10mm～50mm，厚度H为0～20mm；针对尺寸为2mm×20mm×70mm的焊接件， 此夹具可提供的最大接触面压强为最大压强

本实施方式发明效果：

本实施方式发明主要应用于需两侧界面紧密贴合的(薄板焊接件)薄板型母材的焊接 过程。本发明的焊接夹具的使用是通过对母材接触面施加一定压力，同时利用散焦电子束 对焊缝进行圆形扫描，往复扫描多次并控制焊接速度，进而实现增加焊接温度和保温时间 的效果，即以散焦电子束作为热源，实现母材的局部连接。利用此夹具实现的局部热作用 连接方法可解决某些材料传统熔化焊接技术时产生的金属烧损严重、界面反应等问题，获 得优质的焊接接头。

本实施方式中的主要部件进行装配成型，且各部件均可独立拆卸、替换；

本实施方式中可将弹簧拆卸替换成弹性系数更大的弹簧，增加弹簧可提供的最大弹性 压力，在更大压力下进行焊接试验；

本实施方式中可将焊接件替换为尺寸，进行不同尺寸焊接件的焊接试验，扩大此夹具 适用范围。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：夹具外壳1主体材料采用 不具有铁磁性的不锈钢。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：夹具底座2材料采用 不具有铁磁性的6061铝合金。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：底部垫板4材料 采用不具有铁磁性的6061铝合金。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：可施加压力进行 电子束辅助热作用连接的工具自身长为100mm～300mm、宽为100mm～200mm、高为 30mm～50mm。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：滑动前挡板6、 滑动后挡板7长度为90mm。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

通过以下试验验证本发明有益效果：

试验一：用具体实施方式一所述的可施加压力进行电子束辅助热作用连接的工具进行 焊接的方法如下：

一、将两块薄板焊接件分别放置在垂直固定装置垂直固定杆3与底部垫板4之间，调 整两块薄板焊接件的相对位置，使得两块薄板焊接件的对接面的错边小于0.2mm，并且 对接面之间的缝隙小于0.1mm，通过垂直固定装置垂直固定杆3与底部垫板4保持两块 薄板焊接件在垂直方向上的相对位置不变，然后通过调节紧固螺丝3-1将垂直固定杆两端 锁紧在夹具外壳1两侧；

二、通过水平固定装置限位螺丝5、滑动前挡板6、滑动后挡板7和弹簧8施加压力 进行水平挤压；首先，通过滑动导槽1-1调整滑动前挡板6与滑动后挡板7相对距离来压 缩滑动前挡板6与滑动后挡板7之间的弹簧8，然后通过限位螺丝5固定位置，当弹簧8 压缩达到固定收缩量时，便可得此时弹簧对母材接触面施加的压力，利用此压力以及已知 的接触面面积，便可知接触面上产生的压强大小，将焊接电子束流采用上散焦模式打到两 块薄板焊接件的对接面处进行焊接，同时添加圆形扫描，调整好各工艺参数，在设定的压 力值下进行焊接试验；

其中，所述弹簧自然长度L＝66mm，最大收缩量ΔL＝36mm，弹性系数K＝12.7N/mm， 可提供的最大弹力F＝457.2N，本夹具采用两根相同规格的弹簧，故最大可提供 Fmax＝2F＝914.4N的压力，即可以对焊接件施加的最大压强为其中L、W、H分别为焊接件的长、宽、高，尺寸范围分别为：长度L为0～280mm，宽 度W为10mm～50mm，厚度H为0～20mm；针对尺寸为2mm×20mm×70mm的焊接件， 此夹具可提供的最大接触面压强为最大压强

本试验结构示意图如图7所示，其中，9为薄板焊接件；

本试验中夹具外壳1主体材料采用不具有铁磁性的不锈钢其化学牌号为06Cr19Ni10；

本试验中夹具底座2材料采用不具有铁磁性的6061铝合金，其属Al-Mg-Si合金。