一种用于T型结构件的激光焊接夹具

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一种用于T型结构件的激光焊接夹具
申请号	CN201410460965.9	申请日	2014-09-11	公开(公告)号	CN104259661B	公开(公告)日	2016-08-24
申请人	上海飞机制造有限公司; 中国商用飞机有限责任公司;			发明人	陈磊; 陈彦宾; 张澐龙; 刘红兵; 陶汪; 邓景煜;
摘要	本发明提供一种用于T型结构件的激光焊接夹具，所述T型结构件包括蒙皮和桁条，所述激光焊接夹具包括：底板，其用于支撑所述蒙皮；压条，其用于按压所述蒙皮，以使所述蒙皮紧靠所述底板；以及弯角压块，其分别设置于每根桁条的两端，所述弯角压块的一端连接到所述桁条，另一端连接到所述底板。该激光焊接夹具不仅可以有效控制桁条的挠曲变形，还可以抑制激光焊接结尾点结晶裂纹的产生和扩展。
权利要求	1.一种用于T型结构件的激光焊接夹具，所述T型结构件包括蒙皮(50)和桁条(60)，其特征在于，所述激光焊接夹具包括：底板(10)，其用于支撑所述蒙皮(50)；压条(30)，所述压条(30)两端的螺栓使所述压条(30)紧固在所述底板(10)上，所述压条(30)中间的螺栓使所述蒙皮(50)紧紧地贴在所述底板(10)上；以及弯角压块(20)，其分别设置于每根桁条(60)的两端，所述弯角压块(20)的一端连接到所述桁条(60)，另一端连接到所述底板(10)。 2.根据权利要求1所述的激光焊接夹具，其特征在于，当将所述桁条(60)焊接到所述蒙皮(50)上的不同位置时，所述压条(30)的位置是不同的。 3.根据权利要求2所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述激光焊接夹具还包括垫板(40)，所述垫板(40)布置在所述压条(30)和所述蒙皮(50)之间。 4.根据权利要求1到3中任一项所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述蒙皮(50)的四周采用螺栓铆接形式固定于所述底板(10)。 5.根据权利要求1到3中任一项所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述T型结构件的材料为铝合金。 6.根据权利要求1到3中任一项所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述底板(10)为15～30mm厚的铝板。 7.根据权利要求1到3中任一项所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述弯角压块(20)具有Z形横截面。 8.根据权利要求1到3中任一项所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述弯角压块(20)的材料为45号钢。 9.根据权利要求1到3中任一项所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述压条(30)的材料为45号钢。 10.根据权利要求3所述的激光焊接夹具，其特征在于，所述垫板(40)为2～3mm厚的橡胶垫。
说明书全文	一种用于T型结构件的激光焊接夹具技术领域 [0001] 本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种大型薄壁T型结构件的激光焊接夹具，尤其适用于机身蒙皮-桁条结构的焊接。背景技术 [0002] 2001年，小型空客飞机A318的某些机身壁板成功应用了激光焊接技术，而这些机身壁板中存在大量蒙皮-桁条的薄壁T型结构。该激光焊接技术成功代替了传统铆接技术，使得机身减重效果显著、生产成本大幅度下降、生产效率大大提高，这也使得该技术在机身壁板加工制造中得到有效推广。 [0003] 然而，机身壁板T型结构件属于薄壁构件，在焊接过程中容易产生焊接变形，虽然采用的激光焊接热输入比弧焊小，但鉴于薄壁T型结构件的尺寸较大，热输入在整体壁板上得到较大体现，使得焊接变形不可忽视。为满足机身壁板的服役条件，必须设计合理的激光焊接夹具来有效控制T型结构件的焊接变形。发明内容 [0004] 为了控制经过激光双侧同步焊接而成的大型薄壁T型结构件的焊接变形，尤其是由蒙皮和桁条组成的铝合金T型接头，本发明提出一种新的激光焊接夹具，其结构简单、使用方便，能够减小装配间隙，从而使激光焊接过程稳定、焊缝成形均匀连续，并且最大程度地控制激光双侧同步焊接后薄壁T型结构件的焊接变形。 [0005] 具体地，本发明提供一种用于T型结构件的激光焊接夹具，所述T型结构件包括蒙皮和桁条，所述激光焊接夹具包括： [0006] 底板，其用于支撑所述蒙皮； [0007] 压条，其用于按压所述蒙皮，以使所述蒙皮紧靠所述底板；以及[0008] 弯角压块，其分别设置于每根桁条的两端，所述弯角压块的一端连接到所述桁条，另一端连接到所述底板。 [0009] 进一步，当将所述桁条焊接到所述蒙皮上的不同位置时，所述压条的位置是不同的。 [0010] 进一步，所述激光焊接夹具还包括垫板，所述垫板布置在所述压条和所述蒙皮之间。 [0011] 进一步，所述蒙皮的四周采用螺栓铆接形式固定于所述底板上。 [0012] 进一步，所述T型结构件的材料为铝合金。 [0013] 进一步，所述底板为15～30mm厚的铝板。 [0014] 进一步，所述弯角压块具有Z形横截面。 [0015] 进一步，所述弯角压块的材料为45号钢。 [0016] 进一步，所述压条的材料为45号钢。 [0017] 进一步，所述垫板为2～3mm厚的橡胶垫。 [0018] 本发明具有以下优点： [0019] 第一、本发明的激光焊接夹具采用了弯角压块，不仅可以有效控制桁条的挠曲变形，还可以抑制激光焊接结尾点结晶裂纹的产生和扩展； [0020] 第二、本发明的激光焊接夹具采用了压条和垫板，不仅可以有效控制蒙皮薄板的焊接变形，还可以防止螺栓压紧蒙皮薄板时划伤蒙皮表面。 [0021] 经过研究验证，相比于仅固定蒙皮和桁条端部、未固定蒙皮边缘、未采用压条固定蒙皮中段的焊接夹具，本发明有效控制了桁条过大的挠曲变形及蒙皮过大的角变形，从而减小蒙皮和桁条的装配间隙。 [0022] 本发明使得激光焊接过程稳定、焊缝成形均匀连续，具有结构简单、使用方便等特点。附图说明 [0023] 本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中： [0024] 图1示出了根据本发明的大型薄壁T型结构件的激光焊接夹具示意图； [0025] 图2示出了根据本发明的大型薄壁T型结构件的激光焊接夹具示意图； [0026] 图3示出了图1中的底板的示意图； [0027] 图4示出了图1中的A处的局部放大示意图； [0028] 图5示出了图1中的弯角压块的结构示意图； [0029] 图6示出了图1中的去除桁条的B处的局部放大示意图；以及 [0030] 图7示出了图1中的压条的结构示意图。具体实施方式 [0031] 下面详细描述本发明的具体实施例的实施和使用。然而，应当理解，所描述的具体实施例仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。 [0032] 如图1和图2所示，根据本发明的大型薄壁T型结构件的激光焊接夹具包括底板10、弯角压块20、压条30。其中，底板10用于支撑薄壁蒙皮50，压条30用于按压薄壁蒙皮50，以使薄壁蒙皮50紧靠底板10。结合图4-图5中所示，弯角压块20分别设置于每根桁条60的两端并使桁条60紧靠薄壁蒙皮50，弯角压块20的一端连接到桁条60，例如穿过桁条60或采用其它已知的连接方式，而弯角压块20的另一端连接到底板10，例如通过螺栓或采用其它已知的固定方式。 [0033] 优选地，当将桁条60焊接到薄壁蒙皮50上的不同位置时，压条20的位置是不同的，即，压条30的位置根据桁条60的焊接位置而改变。优选地，该激光焊接夹具还包括垫板40，垫板40布置在压条30和薄壁蒙皮50之间。 [0034] 其中，在薄壁蒙皮50的四周采用螺栓铆接形式使薄壁蒙皮50固定在底板10上，采用4组弯角压块20和螺栓铆接形式使桁条60固定在薄壁蒙皮50上；采用压条30、垫板40和螺栓铆接形式压紧薄壁蒙皮50；压条30两端的螺栓使压条30紧固在底板10上，压条30中间的螺栓通过挤压下侧的垫板40使薄壁蒙皮50紧紧地贴在底板10上。 [0035] 焊接过程中，固定薄壁蒙皮50和桁条60的螺栓和弯角压块20不用拆除，直到所有桁条60焊接完成后才拆除；而压条30和垫板40在焊接不同位置的桁条60时，需要拆除并重新固定在底板10上。 [0036] 具体地，参见图1-图3，焊接桁条61时，压条30两侧的螺栓紧固在底板10的螺纹孔12和15上；焊接桁条62时，压条30两侧的螺栓紧固在底板10的螺纹孔11和14上；焊接桁条63时，压条30两侧的螺栓紧固在底板10的螺纹孔13和16上；焊接桁条64时，压条30两侧的螺栓紧固在底板10的螺纹孔12和15上。 [0037] 即，在焊接不同位置的桁条60时，压条30和垫板40的位置也会相应改变，这样，采用双激光束双侧同步焊接蒙皮-桁条T型结构可以很好控制结构件的焊接变形。 [0038] 参见图4-图5，优选地，弯角压块20具有近似Z形的横截面，包括相互平行的上水平部分、下水平部分和连接两部分的垂直部分，其中下水平部分上设有供螺栓穿过的孔。 [0039] 图6示出了图1中的去除桁条的B处的局部放大示意图，图7示出了图1中的压条的结构示意图。 [0040] 优选地，T型结构件为由蒙皮50和桁条60组成的T型接头；T型结构件的材料为铝合金。优选地，底板10为15～30mm厚的铝板。 [0041] 优选地，弯角压块20和压条30的材料为45号钢。优选地，垫板40为2～3mm厚的橡胶垫。 [0042] 本发明的优点是采用了弯角压块，不仅可以有效控制桁条的挠曲变形，还可以抑制激光焊接结尾点结晶裂纹的产生和扩展；采用了压条和垫板，不仅可以有效控制蒙皮薄板的焊接变形，还可以防止螺栓压紧蒙皮薄板时划伤蒙皮表面。 [0043] 本发明可以有效控制大型薄壁T型结构件的焊接变形，减小蒙皮和桁条的装配间隙从而使得激光焊接过程稳定、焊缝成形均匀连续，具有结构简单、使用方便等特点。 [0044] 在上面例举的实施例中，T型结构件的材料为铝合金。然而，本领域的技术人员应当可以理解，本发明所述的激光焊接夹具并不限于铝合金T型结构的激光焊接，也可以对其它物理化学属性类似于铝合金(及钛合金)的其它(航空航天)材料的T型结构依照本方法进行激光焊接。 [0045] 本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都属于本发明的保护范围。