[實用新型]用于Invar模具鋼板焊接的隨焊冷卻裝置

有效

• 申請號: 201720837204.X
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN207139134U
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王玉華;劉紅兵;陳潔;晏冬秀;蔡文侃;鄧景煜;徐艷
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 蘇娟,徐年康

技術領域

本實用新型涉及一種用于Invar模具鋼板焊接的隨焊冷卻裝置。

背景技術

復合材料因其比強度高、疲勞性能好等特點，已成為制造大型飛機的基本材料之一，復材的制備技術也成為研制先進的大型飛機的關鍵技術之一。飛機復材零件主要是在特定的模具中進行熱壓成形，之后零件的外型面一般不再進行機加，因此對模具材料提出了較高的要求：與復材相近的熱膨脹系數、變溫及真空穩定性良好、制造成本低等等。Invar鋼作為一種含Ni 35-36％的鐵鎳合金，具有與復材相近的極低的熱膨脹系數且成本僅為其他符合要求模具的10-30％，特別適用于制造大尺寸飛機復材零件的成型模具。

焊接是Invar鋼大型模具的制造中的最重要的一項工藝流程。搭載于高精度機器人的熔化極氣體保護焊(MIG焊)作為一種相對智能、高精度、成熟且經濟的焊接方法，配合開坡口的多層多道填充策略，能夠較好地解決大厚度大尺寸金屬板材的的連接問題，已應用于復材模具的制造。而大厚度大尺寸Invar模具鋼板的焊接目前主要存在以下幾個受焊接熱流影響的與焊縫組織、焊接變形和焊接效率相關的問題：

●大厚度(20mm)Invar鋼板的多層多道焊接至少需要5道及以上的焊縫填充，多次的焊接熱循環以及Invar鋼材料自身較低的熱導率導致嚴重的焊后熱積累效應，造成較差的焊縫微觀組織，如熱影響區過寬，晶粒粗化嚴重，從而降低Invar鋼板的力學性能和服役周期；

●Invar鋼的MIG焊熱輸入較高，多道焊縫連續焊接引起嚴重的熱變形，最終導致平板的翹曲變形嚴重，這將使后續環節中模具的裝配因過量的尺寸偏差而無法進行；

●大尺度Invar鋼板的多層多道焊接由于材料本身較低的熱導率和散熱系數，焊后散熱慢；為了控制層間溫度以保證焊接質量，每道焊縫結束后等待焊縫冷卻至指定溫度區間的時間長，大大降低了多層多層焊的焊接速率；

針對Invar鋼板焊后翹曲變形嚴重的問題，改善厚板焊接變形的措施分為焊前預防、隨焊敲擊以及焊后矯正。焊前預防包括預設反變形角、使用可靠夾具、設計合理的焊接工藝參數；熔池凝固后焊縫表面的應力主要以拉應力的形式存在，隨焊敲擊法主要利用鋼錘敲擊焊縫表面產生的壓應力來抵消焊后參與的拉應力，達到釋放參與應力的效果，最終減小焊后變形；焊后矯形方法主要有錘擊、噴丸、局部熱處理等。考慮到厚板焊后矯形困難、成本較高，一般情況下不優先選擇該方法。此外，焊后及時冷卻以減少焊接熱積累的時間對于控制焊接變形也具有重要意義。

針對因控制層間溫度而導致焊接速率低的問題，可以采用隨焊冷卻的方法。由于鋼板與水流之間的散熱系數高于鋼板與空氣之間的散熱系數，因而采用流水散熱的方法，提高鋼板焊后的冷卻速度，減少多道焊控制層間溫度的等待時間，大大提高焊接效率；隨焊冷卻方法主要有噴水法、水冷銅塊法等。其中采用噴水法冷卻效果好，但水流方向難以控制，易造成焊縫淬火。此外噴水法對冷卻裝置的硬件控制要求較高，更會惡化焊接環境；水冷銅塊法散熱的效果次之，但由于銅塊價格高昂，對于大尺寸鋼板的隨焊冷卻該方法的原料成本很高。

綜上所述，解決大厚度大尺寸Invar模具鋼板的焊接存在的受焊接熱流影響的與焊縫組織、焊接變形和焊接效率相關的問題，在目前國產大飛機項目進展的如火如荼、復合材料的使用比重日益增加的大環境下，具有重要意義。但目前所研究的方法中尚沒有可以完全移植而又能達到預期效果的解決措施。因而，設計出造價低廉、又能有效降低大厚度大尺寸Invar模具鋼板焊后變形、提高多道焊焊接效率的裝備和系統，以完善大厚度大尺寸Invar模具鋼板的焊接工藝，對于實現大型Invar鋼模具制造的國產化具有一定的戰略意義。

實用新型內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供一種用于Invar模具鋼板焊接的隨焊冷卻裝置，主要針對飛機復材模具制造原料-Invar鋼大尺寸厚板自動多層多道焊接，以提高散熱速度，減少焊接缺陷并降低焊接變形，提高焊接效率。

根據本實用新型的技術方案，用于Invar模具鋼板焊接的隨焊冷卻裝置包括：

進水設備，其用于流入用于冷卻的水流；

儲水設備，其與所述進水設備連接，用于儲存水流，待冷卻的Invar模具鋼板放置在所述儲水設備的下方；以及

出水設備，其與所述儲水設備連接，用于排出水流。

其中，所述進水設備包括入口軟管、出口軟管和連接所述入口軟管和所述出口軟管的連接管，其中，所述入口軟管和所述連接管之間設有節流閥。