機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出的一種機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，通用性強(qiáng)，壓力恒定，不需要大型的升控溫裝置和復(fù)雜的零件夾持裝置的機(jī)械加載擴(kuò)散焊裝置。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：加熱爐(16)通過(guò)內(nèi)置高頻感應(yīng)加熱電源加熱裝置組成加熱系統(tǒng)，為被焊零件表面原子擴(kuò)散提供能量，設(shè)置在加熱爐(16)內(nèi)的載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)通過(guò)傳力桿(14)，連接在上球形連接座(19)與下球形連接座(13)之間，齒輪傳動(dòng)副(10)通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪(12)或微調(diào)手輪(11)，帶動(dòng)升降絲桿(9)，通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力；加載系統(tǒng)通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具將加載系統(tǒng)的拉力轉(zhuǎn)換為對(duì)焊接表面的壓力進(jìn)行焊接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對(duì)塑性差或熔點(diǎn)及耐熱材料的同種和異種材料、多層材料間連接的擴(kuò)散焊裝置，具體涉及一種帶載荷轉(zhuǎn)向夾具的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新材料不斷涌現(xiàn)。在生產(chǎn)應(yīng)用中，經(jīng)常遇到異種金屬的連接問(wèn)題。焊接異種金屬的方法較多，主要有超聲波焊接、熔焊、固相壓力焊、熔焊-釬焊及液相過(guò)渡焊等。一些型面復(fù)雜薄壁工件的焊接工藝，因焊接面積大、焊縫強(qiáng)度要求高，實(shí)現(xiàn)這樣的焊接工藝通常采用擴(kuò)散焊接。擴(kuò)散焊接不僅能完成同種材料的焊接，而且可完成異種材料之間的焊接，是一種獲得整體接頭的固相連接方法。它的焊接強(qiáng)度是一般釬焊焊接強(qiáng)度的幾倍。擴(kuò)散焊具有:(I)擴(kuò)散焊接頭的顯微組織和性能與母材接近或相同，不存在熔化缺陷；(2)焊接溫度低，母材損傷??；(3)可進(jìn)行內(nèi)部及多點(diǎn)、大面積焊接；(4)微變形、小應(yīng)力、高精密；(5)適合于塑性差或熔點(diǎn)及耐熱材料的同種和異種、多層材料間連接；(6)表面制備要求高；(7)焊接和輔助時(shí)間長(zhǎng)；(8)設(shè)備一次性投資大，工件尺寸受到設(shè)備限制的焊接特性。擴(kuò)散焊工藝通常復(fù)雜，設(shè)備體積大。薄壁件要完成內(nèi)外層之間的焊接，在高溫條件下自然會(huì)產(chǎn)生較大的變形，若水平放置，在重力作用下，就會(huì)產(chǎn)生橢圓變形；若垂直放置，就會(huì)產(chǎn)生下部堆壓變形。為提高焊縫強(qiáng)度，防止焊接面的氧化，內(nèi)外壁之間的夾層必須抽真空或通入惰性氣體進(jìn)行氣氛保護(hù)。因此在焊接中，通常是將工件安裝在專(zhuān)用的裝置上使其懸空，并慢速均勻旋轉(zhuǎn)來(lái)控制焊接過(guò)程中工件變形。再次，根據(jù)材料在不同溫度下的性能確定升溫速率和保溫時(shí)間。擴(kuò)散焊是在真空或惰性氣氛環(huán)境下，將兩個(gè)待焊試件緊密接觸，加熱至低于固相線溫度(T = 0.5-0.8TJ。被焊材料在高溫和壓力作用下產(chǎn)生微觀塑性流變而達(dá)到緊密接觸，使界面處原子相互擴(kuò)散或固相反應(yīng)，產(chǎn)生原子結(jié)合從而形成牢固的整體接頭。同時(shí)，升溫過(guò)程中工件“心表”溫差不能太大，并且爐內(nèi)氣氛不能被污染，以減少氧化和殘余應(yīng)力。上述復(fù)雜的工藝過(guò)程使得加熱設(shè)備也變得復(fù)雜。
[0003]擴(kuò)散焊接必須在擴(kuò)散焊溫度條件下在同種或異種材料焊接面上施加一定的擠壓力，擠壓力的大小因焊接材料的不同而不同。接頭界面組織結(jié)構(gòu)界面局部接觸塑性變形，促使氧化膜破碎分解。當(dāng)達(dá)到凈面接觸時(shí)，發(fā)生焊接材料原子間擴(kuò)散，同時(shí)界面上的氧化物被溶解吸收，繼而再結(jié)晶組織生長(zhǎng)，晶界移動(dòng)，有時(shí)出現(xiàn)聯(lián)生晶及金屬間化合物，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后構(gòu)成牢固一體的焊接接頭。擴(kuò)散連接接頭的形成大致可以分為三個(gè)階段，第一階段是材料表面的物理接觸，為了兩個(gè)待焊試件獲得理想的連接，必須使它們盡量接近到足以建立金屬鍵的距離之內(nèi)?；ハ嘟佑|的微觀不平的表面在高溫及壓力的作用下，微觀凸起部位會(huì)發(fā)生塑性變形，不均勻的接觸面會(huì)被碾平，實(shí)際的接觸面積不斷增大。第二階段是接觸界面原子間的相互擴(kuò)散，實(shí)際的接觸面形成后繼續(xù)加熱和塑性變形會(huì)使晶格中原子的能量和迀移率增加，接頭區(qū)的原子會(huì)被激活而發(fā)生迀移，由原來(lái)的平衡位置進(jìn)入新的平衡位置，進(jìn)行互相擴(kuò)散，連接的深度逐漸擴(kuò)大，牢固的結(jié)合層不斷形成，部分小空隙仍殘留在晶粒內(nèi)。第三階段是可靠接頭的形成。由于材料在高溫下會(huì)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，此階段將消除殘余的微觀不連續(xù)性和缺陷，接觸階段形成的結(jié)合層逐漸向體積方向發(fā)展，最終形成可靠的連接接頭。其中焊接頭因未焊合而形成的孔洞是接頭的初始缺陷，孔微孔洞隨循環(huán)次數(shù)的增多沿加載軸向變寬；洞擴(kuò)展并導(dǎo)致承載面積減小是接頭疲勞失效的主要原因。
[0004]傳統(tǒng)的真空擴(kuò)散焊爐設(shè)計(jì)采用電液伺服系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)相對(duì)成熟，但仍然存在一些固有的缺點(diǎn)，如:真空加熱系統(tǒng)壓力裝置調(diào)閥值高、低壓力值控制精度差、電液裝置中的液壓油對(duì)環(huán)境存在一定的污染等，因此，電液伺服系統(tǒng)不能滿(mǎn)足新型擴(kuò)散焊接的技術(shù)要求。擴(kuò)散焊接裝置對(duì)被焊接表面要求提供穩(wěn)定而適中的壓力，接合面間的壓力是消除或減少表面微觀凹凸不平、增加材料直接接觸表面積，以至于達(dá)到原子間距的重要條件，主要影響第一階段。施加的壓力存在需要一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?，過(guò)大和過(guò)小都不利于接頭強(qiáng)度的提高。若壓力過(guò)低，被焊表面的塑性變形不足，物理接觸表面原子間距大于建立金屬鍵的距離，原子間排斥力起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致原子擴(kuò)散不足，界面上殘留的孔洞過(guò)大且過(guò)多；過(guò)高的擴(kuò)散壓力可產(chǎn)生較大的表面塑性變形，會(huì)使被焊表面再結(jié)晶溫度減低，加速晶界迀移，也將使液態(tài)金屬擠出過(guò)多，接頭中剩余的液態(tài)中間層過(guò)少，不能與母材產(chǎn)生一定程度的相互作用(潤(rùn)濕、填充、溶解、擴(kuò)散)，同樣降低擴(kuò)散效果，導(dǎo)致接頭性能變差。因此，擴(kuò)散焊接裝置提供的壓力將直接影響擴(kuò)散焊結(jié)果。如用氣囊充氣加壓或加墊板加壓，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，擴(kuò)散連接面若保護(hù)不好會(huì)導(dǎo)致氧化，影響連接強(qiáng)度。
[0005]擴(kuò)散焊的加壓機(jī)構(gòu)一般有機(jī)械(液壓)式占65%、熱膨脹式占ll%、HIP(HotIsostatic Pressing)式占24%。傳統(tǒng)機(jī)械式擴(kuò)散焊的壓力夾具一般由上夾板，下夾板，型腔體，導(dǎo)柱和螺帽組成。壓力通過(guò)旋緊螺帽以拉緊導(dǎo)柱，從而帶動(dòng)上、下夾板將拉緊力施加到被焊接表面。其不足之處在于，預(yù)加載時(shí)施加的壓力在壓力裝置連同焊接零件受熱后，發(fā)生熱膨脹，作用在被焊接表面的壓力將下降，導(dǎo)致被焊表面原子擴(kuò)散不足，焊接后強(qiáng)度降低，甚至結(jié)合不上；若在加熱前提供過(guò)大預(yù)壓力，加熱膨脹后壓力不僅無(wú)法測(cè)量，還會(huì)造成被焊接零件表面產(chǎn)生大的塑性變形，不僅影響零件尺寸還可能降低焊接強(qiáng)度。理化性能相差較大的鈦合金與銅合金擴(kuò)散連接研宄上也遇到很大困難，尤其是多元精密摩擦付類(lèi)套筒結(jié)構(gòu)件(先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)恒速裝置)至今尚未獲得成功。此外，傳統(tǒng)擴(kuò)散焊接設(shè)備通用性較差，成本較高。尤其是真空擴(kuò)散焊爐存在體積龐大、壓力起調(diào)閥值高、加熱到金屬熔化溫?zé)崃W(xué)溫工作周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、油污染等問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決傳統(tǒng)擴(kuò)散焊裝置因加熱導(dǎo)致的壓力不足和無(wú)法精確控制的缺點(diǎn)，本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，通用性強(qiáng)，壓力恒定，不需要大型的升控溫裝置和復(fù)雜的零件夾持裝置的機(jī)械加載擴(kuò)散焊裝置。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，包括加載系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)和提供焊接壓力的載荷轉(zhuǎn)換夾具，加載系統(tǒng)主要包括固聯(lián)在放大杠桿2與基座5之間的前立柱18、后立柱3和通過(guò)齒輪傳動(dòng)副10轉(zhuǎn)動(dòng)的升降絲桿9，控溫系統(tǒng)主要包括控溫系統(tǒng)主要包括垂直于基座5上方，通過(guò)固定軸15固聯(lián)的加熱爐16，其特征在于:加熱爐16通過(guò)內(nèi)置高頻感應(yīng)加熱電源加熱裝置組成加熱系統(tǒng)，為被焊零件表面原子擴(kuò)散提供能量，設(shè)置在加熱爐16內(nèi)的載荷轉(zhuǎn)換夾具17通過(guò)傳力桿14，連接在上球形連接座19與下球形連接座13之間，齒輪傳動(dòng)副10通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪12或微調(diào)手輪11，帶動(dòng)升降絲桿9，通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具17將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力；加載系統(tǒng)通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具將加載系統(tǒng)的拉力轉(zhuǎn)換為對(duì)焊接表面的壓力進(jìn)行焊接。
[0008]與現(xiàn)有的擴(kuò)散焊裝置相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明利用一種將拉力轉(zhuǎn)換成壓力的載荷轉(zhuǎn)換夾具使得擴(kuò)散焊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，制造成本低，通用性強(qiáng)，不需要大型的升控溫裝置和復(fù)雜的零件夾持裝置，操作簡(jiǎn)便。
[0009]本發(fā)明采用齒輪傳動(dòng)副10通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪12或微調(diào)手輪11，帶動(dòng)升降絲桿9，通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具17將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力，對(duì)待焊零件之間施加一定的壓力，使得待焊零件表面之間實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接，此連接過(guò)程材料接觸面積大，保壓時(shí)間長(zhǎng)，保持連接工件的均勻接觸。本發(fā)明在升溫階段加壓可使局部表面凸起部位被壓平，等效于改善了表面粗糙度；同時(shí)發(fā)生塑性流動(dòng)的部位氧化膜得以機(jī)械破碎。在加入中間層的量一定的情況下，加壓還可以消除等溫凝固末期的縮松與縮孔，使對(duì)接工件的間隙均勻，保證焊縫各處性能一致。
[0010]2.焊接成本低。本發(fā)明僅需要對(duì)焊接零件的焊接區(qū)域加熱，節(jié)能高效，焊接效果好，合格率高。本發(fā)明通過(guò)檢測(cè)接頭處的缺陷，如空洞、夾雜物、殘留在接頭中的氣體等來(lái)評(píng)價(jià)氣氛對(duì)接頭力學(xué)性能的影響，對(duì)擴(kuò)散連接處接頭顯微組織進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明:連接處焊合率較大，最大達(dá)到99.5%，最小為88.89%。(I)連接的焊縫較窄，無(wú)鑄造組織，其冶金、力學(xué)性能與基體材料基本相同；(2)焊縫邊緣比較平滑，對(duì)后續(xù)超塑成形過(guò)程有利；(3)毛坯組裝方便，焊接容易。
[0011]3.焊接過(guò)程中壓力穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)平裝置，調(diào)節(jié)合適的壓力，使液體金屬原子的運(yùn)動(dòng)較為自由，且易于在母材表面原子產(chǎn)生的勢(shì)能場(chǎng)中形成穩(wěn)定的原子排列而凝固，使界面的緊密接觸變得相當(dāng)容易；可大幅度降低焊接壓力，縮短焊接時(shí)間。合適的調(diào)節(jié)壓力對(duì)破碎氧化膜、提高接頭的致密性，避免了因焊接零件和夾具的熱膨脹引起的壓力大幅衰減。壓力值可控且精度高，壓力精度達(dá)0.5%。在適當(dāng)?shù)臏囟群秃附訒r(shí)間等參數(shù)下，焊接表面無(wú)任何缺陷。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]圖1是本發(fā)明機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置的構(gòu)造示意圖。
[0014]圖2是圖1載荷轉(zhuǎn)換夾具的構(gòu)造示意圖。
[0015]圖中:1.平衡鉈，2.放大杠桿，3.后立柱，4.砝碼，5.基座，6.水平調(diào)節(jié)螺栓，7.穩(wěn)定砝碼，8.前擋板，9.升降絲桿，10.齒輪傳動(dòng)副，11.微調(diào)手輪，12.調(diào)節(jié)手輪，13.下球形連接座，14.傳力桿，15.加熱裝置固定軸，16.加熱爐，17.載荷轉(zhuǎn)換夾具，18.前立柱，19.上球形連接座，20.平衡指針，21.平衡標(biāo)尺，22.前支點(diǎn)掛鉤，23.平衡支點(diǎn)，24.后支點(diǎn)掛鉤，25.長(zhǎng)吊桿，26.傳力桿連接銷(xiāo)孔，27.上連接板，28.緊固螺母，29.導(dǎo)向桿，30.下壓板，31.上壓板，32.型腔體，33.下連接板。

【具體實(shí)施方式】
[0016]參閱圖1。在以下描述的實(shí)施例中，機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置主要包括，加載系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)和提供焊接壓力的載荷轉(zhuǎn)換夾具?？販丶訜嵯到y(tǒng)主要由加熱裝置固定軸15、加熱爐16和加熱爐位移調(diào)節(jié)的調(diào)整環(huán)組成，為被焊零件表面原子擴(kuò)散提供能量。加載系統(tǒng)主要包括固聯(lián)在放大杠桿2與基座5之間的前立柱18、后立柱3、通過(guò)齒輪傳動(dòng)副10轉(zhuǎn)動(dòng)的升降絲桿9。載荷轉(zhuǎn)換夾具的主要作用是將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力。所述載荷轉(zhuǎn)換夾具設(shè)置在加熱爐16內(nèi)，并通過(guò)傳力桿14連接在上球形連接座19與下球形連接座13之間，齒輪傳動(dòng)副10通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪12，帶動(dòng)升降絲桿9，通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具17將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力。
[0017]加載系統(tǒng)主要由平衡鉈I，放大杠桿2，后立柱3，砝碼4，基座5，水平調(diào)節(jié)螺栓6，穩(wěn)定砝碼7，前擋板8，升降絲桿9，齒輪傳動(dòng)副10，微調(diào)手輪11，調(diào)節(jié)手輪12，下球形連接座13，傳力桿14，載荷轉(zhuǎn)換夾具17，前立柱18和上球形連接座19組成，其中，微調(diào)手輪11通過(guò)基座5上端平面連接齒輪傳動(dòng)副10，齒輪傳動(dòng)副10連接升降絲桿9，升降絲桿9通過(guò)調(diào)節(jié)手輪12同軸連接下球形連接座13，球形連接座13連接在傳力桿14的下端，傳力桿14通過(guò)加熱爐16，連接載荷轉(zhuǎn)換夾具17再相連上球形連接座19，同時(shí)通過(guò)設(shè)置在加載系統(tǒng)裝置中的萬(wàn)向接頭相連放大杠桿2，位于加載系統(tǒng)裝置外側(cè)的平衡鉈I通過(guò)放大杠桿2尾端相連立桿連接拉起砝碼4。前立柱18和后立柱3是支撐設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)，支撐在壓力系統(tǒng)裝置與基座5之間。基座5提供操作平臺(tái)，底部設(shè)有調(diào)節(jié)整套設(shè)備水平的水平調(diào)節(jié)螺栓6，基座內(nèi)腔設(shè)有穩(wěn)定設(shè)備重心，避免因過(guò)大的載荷導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生偏斜的穩(wěn)定砝碼7?；?前端前擋板8是標(biāo)明設(shè)備型號(hào)、規(guī)格、噸位等參數(shù)的維護(hù)窗口。升降絲桿9通過(guò)齒輪傳動(dòng)副10相連的微調(diào)手輪11和同軸相連的調(diào)節(jié)手輪12的共同作用，調(diào)節(jié)位于加熱爐16中心的載荷轉(zhuǎn)換夾具17對(duì)待焊零件上的壓力，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手輪12或微調(diào)手輪11會(huì)帶動(dòng)升降絲桿9上升或下降，然后通過(guò)下球形連接座13、傳力桿14、載荷轉(zhuǎn)換夾具17和上球形連接座19將絲桿的運(yùn)動(dòng)傳遞到放大杠桿2，通過(guò)杠桿效應(yīng)再使得平衡指針20向下或向上運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)平衡指針20的指示位置，使平衡指針位于平衡標(biāo)尺21的平衡紅線處。分別連接在傳力桿14上下方上的下球形連接座13和上球形連接座19采用自位調(diào)心球形連接結(jié)構(gòu)，保證傳力桿14與載荷轉(zhuǎn)換夾具17的同軸度，以提供高精度力值。自位調(diào)心球形連接結(jié)構(gòu)主要由球支撐座、鋼球、球面沉孔銷(xiāo)和外環(huán)組成，在承受外部載荷作用時(shí)，外環(huán)帶動(dòng)球面沉孔銷(xiāo)對(duì)鋼球和球支撐座施加壓向力，通過(guò)鋼球在球支撐座和球面沉孔中的球面接觸，進(jìn)行自位調(diào)心，從而保證了較高的同軸度。為免使用大量砝碼造成設(shè)備剛度不足，平衡鉈I通過(guò)放大杠桿2放大砝碼的力值，調(diào)平放大杠桿2支點(diǎn)后部設(shè)備零部件產(chǎn)生的力矩。砝碼4根據(jù)放大杠桿的系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)計(jì)算好施加的載荷后，根據(jù)標(biāo)定后的砝碼載荷進(jìn)行組合。將組合后的砝碼放置在砝碼托盤(pán)上，此時(shí)砝碼的重力作用在后傳力桿上，后傳力桿帶動(dòng)放大杠桿后端下降，經(jīng)放大杠桿的杠桿效應(yīng)，放大杠桿前端將上升，從而帶動(dòng)前傳力桿上升，因下球形連接座被固定在升降絲桿上，在上下傳力桿之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向拉力，載荷轉(zhuǎn)換夾具17將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力。
[0018]加熱爐16通過(guò)垂直固聯(lián)在基座5上端平面上的固定軸15固定連接，加熱爐16通過(guò)內(nèi)置高頻感應(yīng)加熱電源加熱裝置組成加熱系統(tǒng)，為被焊零件表面原子擴(kuò)散提供能量。高頻感應(yīng)加熱與傳統(tǒng)的擴(kuò)散焊機(jī)采用的工頻電阻絲加熱方式相比，具有非接觸加熱、加熱速度快、加熱范圍集中，提高加熱深度，保證焊接性能均勻的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于高頻具有集膚效應(yīng)的特點(diǎn)，尤為適于焊管。加熱速度快有利于提高生產(chǎn)率，適宜于分散、單個(gè)的焊接。
[0019]在基座5上設(shè)有調(diào)節(jié)過(guò)程簡(jiǎn)單，相連傳力桿14的調(diào)平裝置。調(diào)平裝置主要包括.相連齒輪傳動(dòng)副10的升降絲桿9和連接在升降絲桿9的調(diào)節(jié)手輪12，以及同軸連接在升降絲桿9上的下球形連接座13，下球形連接座13通過(guò)傳力桿14相連載荷轉(zhuǎn)換夾具17，載荷轉(zhuǎn)換夾具17通過(guò)加熱爐上端口連接上球形連接座19，上球形連接座19垂直通過(guò)前支點(diǎn)掛鉤22與橫向放大杠桿2相連，放大杠桿2尾端相連的平衡標(biāo)尺21通過(guò)后支點(diǎn)掛鉤24與平衡指針20和長(zhǎng)吊桿25相連。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手輪12帶動(dòng)升降絲桿9上升或下降，然后通過(guò)下球形連接座19、拉桿、載荷轉(zhuǎn)換夾具17和上球形連接座19將升降絲桿9的運(yùn)動(dòng)傳遞到放大杠桿2，通過(guò)杠桿效應(yīng)驅(qū)動(dòng)平衡指針20向下或向上運(yùn)動(dòng)，直到平衡指針20指到平衡標(biāo)尺21的平衡紅線處即可。
[0020]參閱圖2。載荷轉(zhuǎn)換夾具主要包括兩端制有連接銷(xiāo)孔26的傳力桿14，位于傳力桿中部上連接板27、下連接板33、緊固螺母28、導(dǎo)向桿29、下壓板30、上壓板31和型腔體32，其中，三根前后相互平行的導(dǎo)向桿29通過(guò)上連接板27和下壓板30的裝配孔相連，形成一個(gè)連接組件，另三根相互平行的導(dǎo)向桿29通過(guò)下連接板33和上壓板31的裝配孔相連，形成另一個(gè)連接組件，該兩個(gè)組件交叉連接后即在上、下壓板間形成一個(gè)型腔體32。上、下壓板處于上、下連接板之間，兩組導(dǎo)向桿的裝配方向相反。將裝配好待焊零件的載荷轉(zhuǎn)換夾具與傳力桿連接，傳力桿再與下球形連接座13和上球形連接座19相連，構(gòu)成一個(gè)完整的加載系統(tǒng)。載荷轉(zhuǎn)換夾具的主要作用是將加載系統(tǒng)的拉力轉(zhuǎn)換成對(duì)焊接表面的壓力，其主要原理是當(dāng)加載系統(tǒng)通過(guò)傳力桿對(duì)載荷轉(zhuǎn)換夾具施加拉伸載荷時(shí)，將帶動(dòng)上、下連接板向上和向下運(yùn)動(dòng)，因?qū)驐U與連接板使用緊固螺母固連，會(huì)帶動(dòng)導(dǎo)向桿一起運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)壓板運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)壓板之間的距離將減小，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接零件施加壓力。
[0021]本發(fā)明的具體實(shí)施主要包含以下步驟:
1.焊前準(zhǔn)備?？刂坪附颖砻娲植诙萊aS 0.8 μπκ平行度<0.05，檢查零件表面無(wú)裂紋、沙眼或成群的氣孔，無(wú)因機(jī)加工造成的氧化層。使用(2%-3%冊(cè)+(4%-6%)圓03的混合酸液清洗被焊表面(2-4min)，將零件放入裝有丙酮溶液的超聲波清洗儀中清洗(15-20min，清洗完成后迅速將待焊接面使用吹風(fēng)吹干并將待焊接面緊密貼合。
[0022]2.安裝待焊零件。將焊接表面預(yù)處理好后的零件放入下壓板30和上壓板31間的型腔體32中。
[0023]3.施加壓力。安裝好載荷轉(zhuǎn)換夾具后，先將合適的砝碼放置在砝碼座上，然后旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪12，通過(guò)手輪與絲桿的螺紋配合運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)升降絲桿9向下運(yùn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)下球形連接座，下球形連接座再帶動(dòng)載荷轉(zhuǎn)換夾具和傳力桿，從而帶動(dòng)放大杠桿前端下降，放大杠桿后端上升，拉起砝碼座，并拉起砝碼4，直至砝碼座上的調(diào)節(jié)平衡指針20指向平衡標(biāo)尺21的中心刻度線，完成壓力施加。
[0024]4.加熱。在固定軸15上通過(guò)調(diào)整環(huán)調(diào)整加熱爐16的位置，直至待焊零件位于加熱爐16的有效加熱區(qū)中間，閉合加熱爐16，設(shè)定加熱溫度并開(kāi)始加熱。
[0025]5.卸載。待焊接零件完成焊接且冷卻至室溫后，打開(kāi)加熱爐16，旋松載荷轉(zhuǎn)換夾具17上的緊固螺母28，取下導(dǎo)向桿29和上連接板27、下連接33，從上壓板31和下壓板30中的型腔體32中取出待焊接零件，完成焊接。
[0026]在前述說(shuō)明書(shū)中已經(jīng)闡述了本發(fā)明的多個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)，包括拉力-壓力轉(zhuǎn)換裝置和加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)。對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)上述所公開(kāi)的擴(kuò)散焊接裝置可實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。因此本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所公開(kāi)的具體實(shí)施例，這些多種改變不偏離所附權(quán)利要求書(shū)精神和范圍的程度上，它們屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，包括加載系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)和提供焊接壓力的載荷轉(zhuǎn)換夾具，加載系統(tǒng)主要包括固聯(lián)在放大杠桿(2)與基座(5)之間的前立柱(18)、后立柱(3)和通過(guò)齒輪傳動(dòng)副(10)轉(zhuǎn)動(dòng)的升降絲桿(9)，控溫系統(tǒng)主要包括垂直固聯(lián)基座(5)上方，通過(guò)固定軸(15)固聯(lián)的加熱爐(16)，其特征在于:加熱爐(16)通過(guò)內(nèi)置高頻感應(yīng)加熱電源加熱裝置組成加熱系統(tǒng)，為被焊零件表面原子擴(kuò)散提供能量，設(shè)置在加熱爐(16)內(nèi)的載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)通過(guò)傳力桿(14)，連接在上球形連接座(19)與下球形連接座(13)之間，齒輪傳動(dòng)副(10)通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手輪(12)或微調(diào)手輪(11)，帶動(dòng)升降絲桿(9)，通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)將加載系統(tǒng)提供的拉力轉(zhuǎn)換成待焊零件的壓力；加載系統(tǒng)通過(guò)載荷轉(zhuǎn)換夾具將加載系統(tǒng)的拉力轉(zhuǎn)換為對(duì)焊接表面的壓力進(jìn)行焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:在加載系統(tǒng)中，微調(diào)手輪(11)通過(guò)基座(5)上端平面連接齒輪傳動(dòng)副(10)，齒輪傳動(dòng)副(10)連接升降絲桿(9)，升降絲桿(9)通過(guò)調(diào)節(jié)手輪(12)同軸連接下球形連接座(13)，球形連接座(13)連接在傳力桿(14)的下端，傳力桿(14)通過(guò)加熱爐(16)，連接載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)再相連上球形連接座(19)，同時(shí)通過(guò)設(shè)置在加載系統(tǒng)裝置中的萬(wàn)向接頭相連放大杠桿(2)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:位于加載系統(tǒng)裝置外側(cè)的平衡鉈(I)通過(guò)放大杠桿(2)尾端相連立桿連接拉起砝碼(4)。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:前立柱(18)和后立柱(3)是支撐設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)，支撐在壓力系統(tǒng)裝置與基座(5)之間。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:基座(5)提供操作平臺(tái)，底部設(shè)有調(diào)節(jié)整套設(shè)備水平的水平調(diào)節(jié)螺栓￠)，基座內(nèi)腔設(shè)有穩(wěn)定設(shè)備重心，避免過(guò)大載荷產(chǎn)生偏斜的穩(wěn)定砝碼(7)。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:升降絲桿(9)通過(guò)齒輪傳動(dòng)副(10)相連的微調(diào)手輪(11)和同軸相連的調(diào)節(jié)手輪(12)的共同作用，調(diào)節(jié)位于加熱爐(16)中心的載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)對(duì)待焊零件上的壓力，通過(guò)下球形連接座(13)、傳力桿(14)、載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)和上球形連接座(19)將絲桿的運(yùn)動(dòng)傳遞到放大杠桿(2)，通過(guò)杠桿效應(yīng)帶動(dòng)平衡指針(20)運(yùn)動(dòng)，使平衡指針位于平衡標(biāo)尺(21)的平衡處。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:分別連接在傳力桿(14)上下方上的下球形連接座(13)和上球形連接座(19)采用自位調(diào)心球形連接結(jié)構(gòu)，保證傳力桿(14)與載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)的同軸度。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:自位調(diào)心球形連接結(jié)構(gòu)主要由球支撐座、鋼球、球面沉孔銷(xiāo)和外環(huán)組成，在承受外部載荷作用時(shí)，外環(huán)帶動(dòng)球面沉孔銷(xiāo)對(duì)鋼球和球支撐座施加壓向力，通過(guò)鋼球在球支撐座和球面沉孔中的球面接觸，進(jìn)行自位調(diào)心，保證同軸度。
9.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:在基座(5)上設(shè)有調(diào)節(jié)過(guò)程簡(jiǎn)單，相連傳力桿(14)的調(diào)平裝置，調(diào)平裝置主要包括相連齒輪傳動(dòng)副10的升降絲桿(9)和連接在升降絲桿(9)的調(diào)節(jié)手輪(12)，以及同軸連接在升降絲桿(9)上的下球形連接座(13)，下球形連接座(13)通過(guò)傳力桿(14)相連載荷轉(zhuǎn)換夾具(17)，載荷轉(zhuǎn)換夾具17通過(guò)加熱爐上端口連接上球形連接座19，上球形連接座19垂直通過(guò)前支點(diǎn)掛鉤22與橫向放大杠桿2相連，與放大杠桿2尾端相連的平衡標(biāo)尺21通過(guò)后支點(diǎn)掛鉤24與平衡指針20和長(zhǎng)吊桿25相連。
10.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械加載擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于:載荷轉(zhuǎn)換夾具主要包括兩端制有連接銷(xiāo)孔(26)的傳力桿(14)，位于傳力桿中部上連接板(27)、下連接板(33)、緊固螺母(28)、導(dǎo)向桿(29)、下壓板(30)、上壓板(31)和型腔體(32)，其中，三根前后相互平行的導(dǎo)向桿(29)通過(guò)上連接板(27)和下壓板(30)的裝配孔相連，形成一個(gè)連接組件，另三根相互平行的導(dǎo)向桿(29)通過(guò)下連接板(33)和上壓板(31)的裝配孔相連，形成另一個(gè)連接組件，該兩個(gè)組件交叉連接后即在上、下壓板間形成一個(gè)型腔體(32)。
【文檔編號(hào)】B23K20/26GK104493357SQ201410676974
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】向巧, 何勇, 蘇雷, 張曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第五七一九工廠