[发明专利]应用于大尺寸Invar钢模具的自动焊接装备以及焊接方法

说明书

本发明提供了一种应用于大尺寸Invar钢模具的自动焊接装备以及焊接方法，方法包括：S1、提供若干段拼接在一起Invar钢模具，Invar钢模具在焊缝边缘上表面有凸台；S2、在Invar钢模具的背面的焊缝处粘贴U形陶瓷衬垫；S3、采用K‑TIG深熔焊工艺对焊缝进行一次性焊透；在焊接过程中，对当前K‑TIG焊枪的焊接轨迹以及焊接角度进行实时修正；S4、焊接完成后，揭掉U形陶瓷衬垫，并对焊缝上表面进行打磨。本发明可以实现大尺寸分段加工模具型面的一次性连续焊接成形，有效的提高了焊接效率和焊接质量。

技术领域

本发明涉及模具制造，尤其是应用于大尺寸Invar钢模具的自动焊接装备以及焊接方法。

背景技术

由于复合材料具有高比刚度、高比强度、重量轻以及抗疲劳、耐腐蚀等优点在飞机结构件制造得到越来越多地应用，且零件尺寸也越来越大越长，如A350飞机机翼壁板使用全复材结构，单侧机翼长度近30米。随着飞机上使用复合材料零件的数量和尺寸规格的增大，对制备复合材料的成型模具提出了更高的要求：良好的成形和尺寸稳定性，结构重量轻，低的热膨胀系数，模具表面气密性良好，热循环服役条件下长寿命等。综合考虑目前最适合的复合材料成型模具材料是Invar钢合金，该模具一般采用框架式结构焊接制造，其中型面厚度约8mm-12mm厚。

大型客机机身或机翼壁板成型用Invar钢(殷瓦合金，也称为殷钢)模具尺寸过大，一方面对模具装夹定位及加工设备要求过高，另一方面，运输难度及运输成本过大，因此最合适的方法是对模具进行分段加工后运输到客户现场焊接拼装，要求焊缝具有良好的气密性以及较低的焊接变形以免影响整体模具的尺寸精度。

目前，常规的氩弧焊和气体保护焊接方法加工存在模具型面较厚需要填丝多层多道焊，焊接效率低，焊接需要控制层间温度等待时间长，焊接变形大需要焊后进行热处理，且手工焊接时易出现气孔缺陷等问题。另外，由于该大型模具需要在客户现场进行焊接拼装，因此对焊接装备要求具有一定的可移动性，而大功率的电子束焊接和激光焊接装备无法满足要求。为解决上述问题，必须研发新的焊接方法以及相应的焊接装备，可以实现分段模具单次单道自熔化焊接需要，在满足整体模具的气密性和尺寸精度要求前提下，提高焊接效率和降低焊接成本。

发明内容

本发明提供了一种应用于大尺寸Invar钢模具的自动焊接装备，所述Invar钢模具的表面为弧面，所述自动焊接装备包括：

移动支架，移动支架安装在Invar钢模具的上表面或者安装在Invar钢模具一侧的地面上，该移动支架与Invar钢模具中的焊缝平行设置；

行走机构，所述行走机构滑动安装在所述移动支架上；

焊接设备主体，所述焊接设备主体固定在所述行走机构上，该焊接设备主体设置有一万向吊臂，在所述万向吊臂的末端且位于所述焊缝的正上方设置有视觉检测装置、位置角度传感器、焊接头调节机构、K-TIG(Keyhole TIG)焊枪，所述K-TIG焊枪安装在焊接头调节机构上；

控制装置，所述控制装置与行走机构、视觉检测装置、位置角度传感器、焊接头调节机构、K-TIG焊枪相连。

进一步的，位置角度传感器设置有两个测距激光头，该两个测距激光头用于同时发射两束呈α夹角的激光至Invar钢模具的表面；

K-TIG焊枪的焊接角度与第一激光束的发射角度一致，第二激光束在Invar钢模具的照射点在K-TIG焊枪行进方向上位于当前K-TIG焊枪焊接点的前方。

进一步的，所述控制装置搭载有修正系统，所述修正系统与视觉检测装置、位置角度传感器、焊接头调节机构相连。

同时本发明还提供了一种大尺寸Invar钢模具的自动焊接方法，包括如下步骤：

S1、提供若干段拼接在一起的弧面大尺寸Invar钢模具，所述Invar钢模具在靠近拼接处焊缝的边缘上表面有凸台；