本發(fā)明屬火工品裝配
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種金屬容腔的焊接裝置。
背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)對裝有易燃易爆藥劑金屬容腔的高壓充氣，大多采用機械結(jié)構(gòu)的方法，即給此類容腔上裝上如單向閥之類的組件進行充氣，充完后該組件作為產(chǎn)品上的結(jié)構(gòu)件，隨產(chǎn)品一同使用，結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，體積、質(zhì)量增大，成本增加。國外大多采用非標設(shè)備，先向容腔內(nèi)充氣，達到要求壓力后再放封堵充氣孔的鋼球，再焊接，將高壓氣體封堵在金屬容腔內(nèi)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種方法需要將充氣焊接的產(chǎn)品、夾具、放鋼球裝置、焊接電極等放入一個較大的密封腔體中，在此密封腔體上開一個門，用于取產(chǎn)品。此密封腔體空間較大，且要耐高壓。鋼球輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)較復雜。在取產(chǎn)品時將大量的氣體排放在工房內(nèi)，若要回收需再增加氣體回收設(shè)備?？傮w成本較高。故這種方法不適宜小金屬容腔的高壓充氣焊接。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高壓充氣焊接裝置，滿足小金屬容腔的充氣、堵焊要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括焊接移動正極、充氣腔體、定位模具、焊接負極、夾緊機構(gòu)和高壓充氣系統(tǒng)。所述的夾緊機構(gòu)采用防扭轉(zhuǎn)氣缸，通過焊接負極連接定位夾具；金屬容腔固定在定位夾具中；所述的焊接負極與循環(huán)冷卻水連接；所述的充氣腔體采用一個T型三通件，三通件的兩個直通端分別連接金屬容腔進氣口和焊接移動正極，側(cè)通端連通高壓充氣系統(tǒng)；將鋼球放在金屬容腔進氣口的臺階孔上，高壓充氣系統(tǒng)通過鋼球與臺階孔的空隙向金屬容腔內(nèi)充氣，達到要求壓力；然后焊接移動正極與焊接負極共同作用，將鋼球與金屬容腔進氣口進行焊接密封。本發(fā)明還包括防護罩，采用角鋼骨架覆蓋聚碳酸脂塑料板，將所述的焊接移動正極、充氣腔體、找正機構(gòu)、定位模具、焊接負極和夾緊機構(gòu)封閉在內(nèi)。所述的焊接移動正極采用銅銀合金TAg0.1制成，為臺階圓柱體，軸向中部的直徑大于充氣腔體連通焊接移動正極一端的內(nèi)徑。所述的充氣腔體采用40Cr鍛件作為外殼體，與高壓氣路及產(chǎn)品進氣口連通的端口采取聚四氟乙烯進行端面密封，與焊接移動正極連通的一端采用O型密封圈進行密封。所述的焊接負極采用銅銀合金TAg0.1制成。所述的定位夾具上增加了防轉(zhuǎn)徑向彈性夾緊機構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是：能夠在如圖3所示的裝有易燃易爆的金屬容腔中充入7.5—15MPa的氬/氦混合氣體，然后用鋼球?qū)⒊錃饪锥潞?，充氣孔為金屬容腔上的一個偏心孔。整個焊接過程中被焊接件溫升不大于160℃，不將焊接火花等高溫物體進入容腔內(nèi)。本發(fā)明還能夠在此基礎(chǔ)上擴展到裝有易燃易爆藥劑的較大金屬容腔的高壓(20—25MPa)充氣焊接產(chǎn)品上。附圖說明圖1是裝有單向閥的金屬容腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有焊接裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是裝有鋼球的金屬容腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的焊接裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的充氣腔體結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)是主視圖，(b)是俯視圖，(c)是剖視圖；圖7是本發(fā)明的找正結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)是主視圖，(b)是俯視圖；圖8是本發(fā)明的定位模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的焊接負極結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是自由充氣測試工裝；圖11是焊接樣件金相分析圖，其中(a)是4#50×-1腐蝕后，(b)是6#50×-1腐蝕后，(c)是×50×-1腐蝕后，(d)是×150×-2腐蝕后；圖中，1-管殼，2-藥劑，3-擊發(fā)裝置，4-單向閥，5-焊機正極，6-密封腔體，7-鋼球運送機構(gòu)，8-充氣孔，9-鋼球，10-產(chǎn)品，11-焊機負極，12-找正機構(gòu)，13-門，14-鋼球，15-需要焊接的部位，16-高壓氣體充入口鋼球封堵口，17-焊機機頭，18-焊機移動正極，19-出氣口，20-找正機構(gòu)，21-產(chǎn)品，22-定位模具，23-焊機負極，24-焊機負極連接線，25-夾緊氣缸，26-負極連接件，27-高壓氣體進氣孔，28-電極腔體，29-O型密封圈，30-O型密封圈，31-高壓進氣口，32-充氣腔體，33-立柱，34-套，35-找正桿，36-彈簧，37-頂柱，38-產(chǎn)品固定套，39-找正板，40-產(chǎn)品，41-產(chǎn)品固定套，42-彈簧，43-頂珠，44-冷卻水接口，45-泄爆口，46-產(chǎn)品接觸面，47-鋼球，48-充氣口，49-連接管，50-手動滑閥，51-氣壓表，52-樣件。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。本發(fā)明提供一種如圖4所示的裝置，包括焊接移動正極、充氣腔體、找正機構(gòu)、定位模具、焊接負極、夾緊機構(gòu)、防護罩、工作臺、高壓充氣系統(tǒng)、焊接單元、控制系統(tǒng)等零件、組件和機構(gòu)，采用電阻焊接技術(shù)實現(xiàn)了對裝有易燃易爆小金屬腔體的高壓充氣焊接。此裝置的主要特征是：1)先放鋼球，再充氣焊接先將鋼球放在產(chǎn)品充氣入口的臺階孔上，充氣時氣體經(jīng)過鋼球與臺階孔的空隙進入產(chǎn)品腔體，達到要求壓力。該火工品放鋼球的臺階孔系鉆削加工，幾何精度和表面粗糙度較低。鉆削加工孔徑的精度一般為1T12-13級，表面粗糙度Ra12.5um。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看臺階孔過渡處無過渡斜面。而要滿足金屬鋼球硬密封的條件應(yīng)是：(1)對孔的要求是：密封孔的孔徑精度應(yīng)在1T7級以上；孔口應(yīng)有450倒角與鋼球形成密封環(huán)帶；密封環(huán)帶的表面粗糙度Ra0.1-0.4之間；材質(zhì)硬度應(yīng)低于鋼球的硬度。(2)對鋼球的要求是：鋼球應(yīng)有一定的硬度，一般為HRC38-45；鋼球的尺寸精度應(yīng)在1T7級以上；表面粗糙度應(yīng)在Ra0.1-0.4范圍內(nèi)；鋼球和通孔的直徑之比為1:0.6-0.8。由此可見本產(chǎn)品密閉腔體封口處和鋼球連接處不可能硬封閉。所以放在臺階孔上的鋼球和臺階孔之間存在縫隙，這一縫隙粗略計算肯定大于0.01mm寬，而氣體的分子的直徑大概是0.3nm，不是一個數(shù)量級的縫隙給氣體分子提供了進出的通道。又根據(jù)同一個容器中的氣體壓力平衡原理和文丘里原理可知，高壓氣體會通過此縫隙迅速進入產(chǎn)品中直至產(chǎn)品內(nèi)外壓力平衡為止，同時在腔內(nèi)氣體平衡過程中壓差越大，達到平衡的速度越快。為封閉腔內(nèi)氣體充氣爭取了時間。以上兩點充分證明了這種充氣方法的可行性。2)移動正極采用TAg0.1(銅銀合金)材料，即滿足了良好的導電性，又具有一定的硬度。提高了使用壽命。電極的軸向有一段精度和光潔度較高的圓柱面實現(xiàn)密封，結(jié)構(gòu)如圖5所示。3)充氣腔體將高壓充氣和焊接集合在同一較小的密封腔體中進行，且使高壓充氣及夾緊機構(gòu)的金屬管路與焊接回路有效分離，結(jié)構(gòu)如圖6所示。首先要將移動焊極、高壓氣路、產(chǎn)品進氣口這三者的通路要集合在一個組件上。本發(fā)明設(shè)計了一個三通件作為充氣腔。該充氣腔要滿足：(1)要有足夠的強度(能承受15—20MPa的高壓)。本發(fā)明選取了40Cr鍛件作為外殼體。(2)充氣腔的各接口和相對運動口應(yīng)密封。(高壓氣進口應(yīng)牢固連接并密封；與產(chǎn)品進氣口的接觸面應(yīng)密封，本發(fā)明采取了聚四氟乙烯進行端面密封；移動電極應(yīng)在三通管的一通中移動且密封，本發(fā)明采用了O型密封圈進行密封)。(3)移動電極應(yīng)與除負極的其他連接件間絕緣。(本發(fā)明采用在鋼件中鑲嵌聚四氟乙烯件，形成組合件的方法對移動電極進行絕緣)。4)找正機構(gòu)由于產(chǎn)品上的充氣孔是一個偏心孔，所以充氣、焊接前必須將其在夾具中找正，以便于移動電極壓緊鋼球并焊接，結(jié)構(gòu)如圖7所示。本發(fā)明利用固定充氣腔的導柱作為導桿，在導桿上連接可上下移動的定尺，定尺上有一固定找正頭。放產(chǎn)品時，將移動找正頭插入于產(chǎn)品偏心孔，產(chǎn)品即找正。找正后將定尺向上移并旋轉(zhuǎn)到離開產(chǎn)品的位置。5)定位模具為防止產(chǎn)品在夾緊過程中轉(zhuǎn)位，本發(fā)明在定位夾具上增加了防轉(zhuǎn)徑向彈性夾緊機構(gòu)。產(chǎn)品在夾緊運動中相對夾具不會產(chǎn)生運動，結(jié)構(gòu)如圖8所示。6)焊接負極焊接負極設(shè)計在定位夾具的下端夾緊機構(gòu)的上端，與定位夾具、夾緊機構(gòu)相連接，結(jié)構(gòu)如圖9所示。焊接負極采用TAg0.1(銅銀合金)材料，既滿足了良好的導電性，又具有一定的硬度。提高了使用壽命。在結(jié)構(gòu)上采用了圓環(huán)面定位。與產(chǎn)品上強度較高的圓弧面相吻合，便于承受焊接時的壓力。在電極上設(shè)計以兩端帶螺紋的通孔與循環(huán)冷卻水連接，以降低電極在連續(xù)工作時的溫升。確保焊接質(zhì)量。7)夾緊機構(gòu)采用防扭轉(zhuǎn)氣缸夾緊，保證了夾緊過程中產(chǎn)品的正確位置。8)防護罩采用角鋼骨架，聚碳酸脂塑料板(防彈玻璃)作為防護罩。既滿足了防護強度要求，又滿足了可視需求。9)工作臺采用鋼結(jié)構(gòu)件，頂面連接一經(jīng)加工的鋼板作為安裝定位基準。10)高壓充氣系統(tǒng)采用電磁控制閥控制充氣和關(guān)閉。在接近產(chǎn)品的地方連接一電子壓力表。便于觀察和控制充氣時間。11)焊接單元采用米亞基(日本公司)公司生產(chǎn)的電阻焊接單元(含電源、變壓器、檢測儀、機頭等)，保證了焊接所需的各種參數(shù)，并可實時檢測、儲存各種參數(shù)，便于質(zhì)量追溯。12)控制系統(tǒng)采用PLC控制和觸摸屏，實現(xiàn)了從開門—放產(chǎn)品—找正—夾緊—充氣—焊接—開門，全過程的自動化。增加觸摸屏實現(xiàn)了人機對話。本發(fā)明的效果如下：1)自由充氣實驗證明這種充氣方法的可行性：把如圖10所示測試工裝放入0.4MPa氣體的容器中，2秒時間氣壓表壓力顯示0.4MPa，氣壓表的顯示說明高壓氣體通過鋼球周邊已經(jīng)進入產(chǎn)品腔體中。這一充氣測試裝置充分說明了先放鋼球再充氣的可行性。2)焊接方法的氣密性、安全性和焊接強度的研究和測試：2.1)氣密性測試：取如圖10中的產(chǎn)品兩發(fā)，進行自由充氣、焊接后，在正常大氣壓下放置48小時后，充氣測試裝置中的氣壓表幾乎沒有變化，說明這種焊接幾乎不漏氣，氣密性可靠。同時這種火工品5發(fā)，我們對通過此焊接機焊接的產(chǎn)品樣件充氣7.5MPa，并進行氦質(zhì)譜檢漏密封試驗。結(jié)果如表1。表1焊接火工品密封性測試表通過測試可看出，焊接后的氣密性基本沒有變化，都在同一數(shù)量級內(nèi)。這些結(jié)果說明焊接后的氣密性良好。滿足產(chǎn)品的要求。2.2)安全性實驗：產(chǎn)品的密閉容腔中裝有易燃易爆的藥劑，焊接的溫升和焊接時產(chǎn)生的火花直接影響到產(chǎn)品的安全。所以，我們進行了火花和焊接區(qū)域溫度測試實驗。取樣件4件，每次焊接都用高速攝影儀進行檢測，均無飛濺火花。同時進行焊接區(qū)域溫度測試。因焊接時間只有50ms，在如此短的時間內(nèi)焊接區(qū)域始終測到的都是常溫。這進一步說明此種焊接方法適宜此種火工品的焊接。2.3)焊接強度的測試：密封腔體內(nèi)密封的是高壓氣體，所以焊接處的強度必須能夠承受高壓氣體的壓力，于是取樣件11發(fā)，進行如表2中的焊接強度試驗，同時進行金相分析，結(jié)果如表3，金相分析圖片如圖11，對比分析結(jié)果如下：表2焊接強度試驗表表3金相分析表編號裂紋空洞組織狀態(tài)備注4無無良好6無無良好x無無良好X1無無良好這些實驗結(jié)果充分證明了焊接強度牢固，表明這一焊接方法可靠。3)工件夾持、高壓充氣、焊接等工藝過程實現(xiàn)自動化，使得產(chǎn)品在加工時安全、可靠，設(shè)備操作的人性化方面都有很大程度的改善和提高。打開防護門，將產(chǎn)品放入夾持模具中找正，充高壓氣體的孔口放入鋼球，按下啟動按鈕，防護門自動關(guān)閉，高壓充氣閥打開啟動充氣，氣壓到達設(shè)定的氣壓值后延時1S；電阻焊機移動焊極下移壓緊鋼球進行焊接；焊接完成后移動焊極自動上升，夾緊氣缸帶產(chǎn)品下移；防護門打開，手動將成品取出。整個過程實現(xiàn)了自動控制。4)焊接時精確的熔深和熔焊溫度的控制：采用IS-120B的大容量的點焊及熱壓焊接裝置，同時使用MM-370B多功能檢測儀和控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制，實時檢測和調(diào)節(jié)焊接質(zhì)量，確保焊接滿足加工產(chǎn)品時所需要的焊接強度及160℃溫度和無火花的要求。當前第1頁1 2 3