[实用新型]用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置。

背景技术

复合材料因其比强度高、疲劳性能好等特点，已成为制造大型飞机的基本材料之一，复材的制备技术也成为研制先进的大型飞机的关键技术之一。飞机复材零件主要是在特定的模具中进行热压成形，之后零件的外型面一般不再进行机加，因此对模具材料提出了较高的要求：与复材相近的热膨胀系数、变温及真空稳定性良好、制造成本低等等。Invar钢作为一种含Ni 35-36％的铁镍合金，具有与复材相近的极低的热膨胀系数且成本仅为其他符合要求模具的10-30％，特别适用于制造大尺寸飞机复材零件的成型模具。

焊接是Invar钢大型模具的制造中的最重要的一项工艺流程。搭载于高精度机器人的熔化极气体保护焊(MIG焊)作为一种相对智能、高精度、成熟且经济的焊接方法，配合开坡口的多层多道填充策略，能够较好地解决大厚度大尺寸金属板材的的连接问题，已应用于复材模具的制造。而大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接目前主要存在以下几个受焊接热流影响的与焊缝组织、焊接变形和焊接效率相关的问题：

●大厚度(20mm)Invar钢板的多层多道焊接至少需要5道及以上的焊缝填充，多次的焊接热循环以及Invar钢材料自身较低的热导率导致严重的焊后热积累效应，造成较差的焊缝微观组织，如热影响区过宽，晶粒粗化严重，从而降低Invar钢板的力学性能和服役周期；

●Invar钢的MIG焊热输入较高，多道焊缝连续焊接引起严重的热变形，最终导致平板的翘曲变形严重，这将使后续环节中模具的装配因过量的尺寸偏差而无法进行；

●大尺度Invar钢板的多层多道焊接由于材料本身较低的热导率和散热系数，焊后散热慢；为了控制层间温度以保证焊接质量，每道焊缝结束后等待焊缝冷却至指定温度区间的时间长，大大降低了多层多层焊的焊接速率；

针对Invar钢板焊后翘曲变形严重的问题，改善厚板焊接变形的措施分为焊前预防、随焊敲击以及焊后矫正。焊前预防包括预设反变形角、使用可靠夹具、设计合理的焊接工艺参数；熔池凝固后焊缝表面的应力主要以拉应力的形式存在，随焊敲击法主要利用钢锤敲击焊缝表面产生的压应力来抵消焊后参与的拉应力，达到释放参与应力的效果，最终减小焊后变形；焊后矫形方法主要有锤击、喷丸、局部热处理等。考虑到厚板焊后矫形困难、成本较高，一般情况下不优先选择该方法。此外，焊后及时冷却以减少焊接热积累的时间对于控制焊接变形也具有重要意义。

针对因控制层间温度而导致焊接速率低的问题，可以采用随焊冷却的方法。由于钢板与水流之间的散热系数高于钢板与空气之间的散热系数，因而采用流水散热的方法，提高钢板焊后的冷却速度，减少多道焊控制层间温度的等待时间，大大提高焊接效率；随焊冷却方法主要有喷水法、水冷铜块法等。其中采用喷水法冷却效果好，但水流方向难以控制，易造成焊缝淬火。此外喷水法对冷却装置的硬件控制要求较高，更会恶化焊接环境；水冷铜块法散热的效果次之，但由于铜块价格高昂，对于大尺寸钢板的随焊冷却该方法的原料成本很高。

综上所述，解决大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接存在的受焊接热流影响的与焊缝组织、焊接变形和焊接效率相关的问题，在目前国产大飞机项目进展的如火如荼、复合材料的使用比重日益增加的大环境下，具有重要意义。但目前所研究的方法中尚没有可以完全移植而又能达到预期效果的解决措施。因而，设计出造价低廉、又能有效降低大厚度大尺寸Invar模具钢板焊后变形、提高多道焊焊接效率的装备和系统，以完善大厚度大尺寸Invar模具钢板的焊接工艺，对于实现大型Invar钢模具制造的国产化具有一定的战略意义。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置，主要针对飞机复材模具制造原料-Invar钢大尺寸厚板自动多层多道焊接，以提高散热速度，减少焊接缺陷并降低焊接变形，提高焊接效率。

根据本实用新型的技术方案，用于Invar模具钢板焊接的随焊冷却装置包括：

进水设备，其用于流入用于冷却的水流；

储水设备，其与所述进水设备连接，用于储存水流，待冷却的Invar模具钢板放置在所述储水设备的下方；以及

出水设备，其与所述储水设备连接，用于排出水流。

其中，所述进水设备包括入口软管、出口软管和连接所述入口软管和所述出口软管的连接管，其中，所述入口软管和所述连接管之间设有节流阀。