[发明专利]一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装及方法

说明书

技术领域

本发明创造涉及一种焊接工装，特别是一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装。

背景技术

空心结构可以减少工件的自重并实现轻量化，因此空心阶梯杆广泛应用于轴类、杆类的机械装置中，但是空心阶梯杆的结构复杂，其阶梯杆间的焊接可以采用激光焊接。而对于材质为中碳钢的工件，其在常温下可焊性较差，且焊接过程极易产生缺陷，若采用现有的设备和工艺直接对材质为中碳钢的工件进行空心阶梯杆之间的焊接很难完成焊接任务或达到焊接技术要求。因此研发一种适用于中碳钢空心阶梯杆的焊接工装及工艺是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明创造针对现有技术不足，提供一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，该焊接工装通过预热焊接系统与装夹机构的配合同时完成对工件的定位、夹紧、旋转、预热和焊接，具有预热和焊接过程联动的优点，不仅提高工件焊接自动化程度和工作效率，还简化工件制造工艺，节约制造成本。

本发明创造采用的技术方案为：

一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，具有承力框架，承力框架内设有装夹机构，预热焊接系统安装在承力框架上并与装夹机构配合；

所述承力框架包括立柱，立柱由上至下依次设有上支撑板，中支撑板和下支撑板；

所述装夹机构包括安装在上支撑板下方的夹紧气缸，位于夹紧气缸下方并与夹紧气缸可拆式连接的定位套，定位套的内径与中碳钢空心阶梯杆中细空心杆的外径相匹配，定位套的内部设有辅助旋转的钢球，定位套的下方设有与定位套同轴线的空心定位件，空心定位件的外径与中碳钢空心阶梯杆中粗空心杆的内径相匹配，空心定位件为有色金属空心定位件并通过止推轴承设置在中支撑板上，空心定位件的下方设有伺服电机，伺服电机安装在下支撑板上并通过轴与空心定位件连接；

所述预热焊接系统包括电磁感应加热器，激光焊接器，温度传感器，所述激光焊接器和温度传感器分别安装在立柱上，其安装位置分别与细空心杆和粗空心杆连接处的焊缝位置相对应。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，所述空心定位件为中空薄壁结构，空心定位件的下端设有与空心定位件内部连通的冷却介质管。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，所述空心定位件的热膨胀系数与粗空心杆热膨胀系数的比为1:0.34-0.95。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，所述空心定位件为锌及其合金空心定位件，铅及其合金空心定位件，铝及其合金空心定位件，铜及其合金空心定位件。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，所述温度传感器分别与电磁感应加热器，激光焊接器，伺服电机线连接。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装，所述温度传感器为非接触式测温温度传感器。

本发明创造还提供一种中碳钢空心阶梯杆的焊接方法，应用一种中碳钢空心阶梯杆的焊接工装进行焊接，包括以下步骤，

1)装夹，将粗空心杆套设在空心定位件上，细空心杆置于定位套中，通过夹紧气缸控制定位套将细空心杆与粗空心杆进行轴向定位；

2)预热夹紧，将电磁感应加热器套设在粗空心杆的外部，对粗空心杆进行预热，空心定位件受热膨胀对粗空心杆产生径向夹紧；

3)焊接，温度传感器对焊缝的温度进行监测，并将监测的温度信号传输给激光焊接器和伺服电机，伺服电机根据接受的温度信号驱动空心定位件旋转；同时激光焊接器根据接受的温度信号对焊缝进行焊接，直至完成焊接；

4)解除装夹，冷却使空心定位件松开对粗空心杆的径向装夹，定位套在夹紧气缸的带动下上移，松开对中碳钢空心阶梯杆的轴向装夹，取出已完成焊接的中碳钢空心阶梯杆。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接方法，所述步骤4)解除装夹中的冷却，是通过冷却介质管向空心定位件内部注入冷却介质，使空心定位件迅速冷却收缩，松开对粗空心杆的径向装夹。

所述的一种中碳钢空心阶梯杆的焊接方法，所述步骤2)对粗空心杆进行预热至温度250℃-300℃。

本发明创造具有以下有益效果：