本發明屬火工品裝配
技術領域：
，涉及一種金屬容腔的焊接裝置。
背景技術：
：目前，國內對裝有易燃易爆藥劑金屬容腔的高壓充氣，大多采用機械結構的方法，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品上的結構件，隨產品一同使用，結構如圖1所示。該結構使產品結構復雜，體積、質量增大，成本增加。國外大多采用非標設備，先向容腔內充氣，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，結構如圖2所示。這種方法需要將充氣焊接的產品、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，用于取產品。此密封腔體空間較大，且要耐高壓。鋼球輸送機構結構較復雜。在取產品時將大量的氣體排放在工房內，若要回收需再增加氣體回收設備。總體成本較高。故這種方法不適宜小金屬容腔的高壓充氣焊接。技術實現要素：為了克服現有技術的不足，本發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。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括焊接移動正極、充氣腔體、定位模具、焊接負極、夾緊機構和高壓充氣系統。所述的夾緊機構采用防扭轉氣缸，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，側通端連通高壓充氣系統；將鋼球放在金屬容腔進氣口的臺階孔上，高壓充氣系統通過鋼球與臺階孔的空隙向金屬容腔內充氣，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、定位模具、焊接負極和夾緊機構封閉在內。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徑向彈性夾緊機構。本發明的有益效果是：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，然后用鋼球將充氣孔堵焊，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。本發明還能夠在此基礎上擴展到裝有易燃易爆藥劑的較大金屬容腔的高壓(20—25MPa)充氣焊接產品上。附圖說明圖1是裝有單向閥的金屬容腔結構示意圖；圖2是現有焊接裝置結構示意圖；圖3是裝有鋼球的金屬容腔結構示意圖；圖4是本發明的焊接裝置結構示意圖；圖5是本發明的電極結構示意圖；圖6是本發明的充氣腔體結構示意圖，其中(a)是主視圖，(b)是俯視圖，(c)是剖視圖；圖7是本發明的找正結構示意圖，其中(a)是主視圖，(b)是俯視圖；圖8是本發明的定位模具結構示意圖；圖9是本發明的焊接負極結構示意圖；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-擊發裝置，4-單向閥，5-焊機正極，6-密封腔體，7-鋼球運送機構，8-充氣孔，9-鋼球，10-產品，11-焊機負極，12-找正機構，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，21-產品，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-產品固定套，39-找正板，40-產品，41-產品固定套，42-彈簧，43-頂珠，44-冷卻水接口，45-泄爆口，46-產品接觸面，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合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。本發明提供一種如圖4所示的裝置，包括焊接移動正極、充氣腔體、找正機構、定位模具、焊接負極、夾緊機構、防護罩、工作臺、高壓充氣系統、焊接單元、控制系統等零件、組件和機構，采用電阻焊接技術實現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品充氣入口的臺階孔上，充氣時氣體經過鋼球與臺階孔的空隙進入產品腔體，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。從產品結構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是：(1)對孔的要求是：密封孔的孔徑精度應在1T7級以上；孔口應有450倒角與鋼球形成密封環帶；密封環帶的表面粗糙度Ra0.1-0.4之間；材質硬度應低于鋼球的硬度。(2)對鋼球的要求是：鋼球應有一定的硬度，一般為HRC38-45；鋼球的尺寸精度應在1T7級以上；表面粗糙度應在Ra0.1-0.4范圍內；鋼球和通孔的直徑之比為1:0.6-0.8。由此可見本產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，不是一個數量級的縫隙給氣體分子提供了進出的通道。又根據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品中直至產品內外壓力平衡為止，同時在腔內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密封，結構如圖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的金屬管路與焊接回路有效分離，結構如圖6所示。首先要將移動焊極、高壓氣路、產品進氣口這三者的通路要集合在一個組件上。本發明設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密封。(高壓氣進口應牢固連接并密封；與產品進氣口的接觸面應密封，本發明采取了聚四氟乙烯進行端面密封；移動電極應在三通管的一通中移動且密封，本發明采用了O型密封圈進行密封)。(3)移動電極應與除負極的其他連接件間絕緣。(本發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)找正機構由于產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，結構如圖7所示。本發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。放產品時，將移動找正頭插入于產品偏心孔，產品即找正。找正后將定尺向上移并旋轉到離開產品的位置。5)定位模具為防止產品在夾緊過程中轉位，本發明在定位夾具上增加了防轉徑向彈性夾緊機構。產品在夾緊運動中相對夾具不會產生運動，結構如圖8所示。6)焊接負極焊接負極設計在定位夾具的下端夾緊機構的上端，與定位夾具、夾緊機構相連接，結構如圖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。在結構上采用了圓環面定位。與產品上強度較高的圓弧面相吻合，便于承受焊接時的壓力。在電極上設計以兩端帶螺紋的通孔與循環冷卻水連接，以降低電極在連續工作時的溫升。確保焊接質量。7)夾緊機構采用防扭轉氣缸夾緊，保證了夾緊過程中產品的正確位置。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)工作臺采用鋼結構件，頂面連接一經加工的鋼板作為安裝定位基準。10)高壓充氣系統采用電磁控制閥控制充氣和關閉。在接近產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，并可實時檢測、儲存各種參數，便于質量追溯。12)控制系統采用PLC控制和觸摸屏，實現了從開門—放產品—找正—夾緊—充氣—焊接—開門，全過程的自動化。增加觸摸屏實現了人機對話。本發明的效果如下：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進入產品腔體中。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中的產品兩發，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，我們對通過此焊接機焊接的產品樣件充氣7.5MPa，并進行氦質譜檢漏密封試驗。結果如表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，都在同一數量級內。這些結果說明焊接后的氣密性良好。滿足產品的要求。2.2)安全性實驗：產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生的火花直接影響到產品的安全。所以，我們進行了火花和焊接區域溫度測試實驗。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。同時進行焊接區域溫度測試。因焊接時間只有50ms，在如此短的時間內焊接區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，進行如表2中的焊接強度試驗，同時進行金相分析，結果如表3，金相分析圖片如圖11，對比分析結果如下：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自動化，使得產品在加工時安全、可靠，設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，防護門自動關閉，高壓充氣閥打開啟動充氣，氣壓到達設定的氣壓值后延時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，夾緊氣缸帶產品下移；防護門打開，手動將成品取出。整個過程實現了自動控制。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形成閉環控制，實時檢測和調節焊接質量，確保焊接滿足加工產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