本發(fā)明涉及一種T型結(jié)構(gòu)件的焊接裝置及方法，具體涉及一種抑制T型結(jié)構(gòu)件焊接熱裂紋的裝置及方法。

背景技術(shù)：
在飛機(jī)制造業(yè)中，長桁和蒙皮組成的機(jī)身壁板T型結(jié)構(gòu)件主要依靠傳統(tǒng)的鉚接技術(shù)進(jìn)行連接。為了克服鉚接存在的機(jī)身重量增加和生產(chǎn)效率較低的局限性，德國空中客車有限公司率先開展了雙側(cè)激光同步焊接技術(shù)的研究以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接技術(shù)，以實現(xiàn)機(jī)身壁板輕質(zhì)、高效、低成本的加工制造。經(jīng)過十余年的發(fā)展，該技術(shù)于2003年首先應(yīng)用在空客A318的批量化生產(chǎn)中，在相同的結(jié)構(gòu)剛度情況下，機(jī)身重量減輕約20％，制造成本降低約25％，同時，生產(chǎn)效率得到大幅度提高。目前，這一技術(shù)已成功應(yīng)用在空客A318、A340、A350、A380等型號的批量化生產(chǎn)過程中。基于以上所述，公開號為CN106134313B的專利公開日為2014年2月9日的一種應(yīng)用于VPPA焊接的預(yù)拉伸方法，并公開了一種應(yīng)用于VPPA焊接的預(yù)拉伸方法，公開了第一夾持機(jī)構(gòu)、第二夾持機(jī)構(gòu)、拉伸傳感器、承立柱、待焊接零件、液壓機(jī)構(gòu)和反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)設(shè)置在承立柱底座平面上，其上設(shè)置帶槽道的墊塊，反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過軸座與承立柱連接固定，第一夾持機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)軸與反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的金屬杠桿連接，第二夾持機(jī)構(gòu)與拉力傳感器連接，第一夾持機(jī)構(gòu)、第二夾持機(jī)構(gòu)均為自鎖機(jī)構(gòu)，包含一個夾持塊和兩個楔形塊，夾持塊帶有帶有燕尾槽，楔形塊得到一面為45°斜面安裝于夾持塊的燕尾槽斜面上，楔形塊的另一面帶有尖齒，用于夾緊待焊接零件該文獻(xiàn)中沒有公開能進(jìn)行T型結(jié)構(gòu)雙側(cè)焊接的裝置和方法，以及沒有公開對焊接件進(jìn)行水平放置的裝置，沒有公開通過牽引滑塊圓柱定位銷和測量滑塊圓柱定位銷對蒙皮進(jìn)行局部拉伸固定的裝置和方法。目前，由長桁和蒙皮構(gòu)成的機(jī)身壁板T型結(jié)構(gòu)件主要采用鋁鋰合金制成，然而這類材料的熱膨脹系數(shù)較大，導(dǎo)致材料體積受溫度影響較大；此外，雙側(cè)激光焊接過程中激光束對蒙皮和長桁的加熱極不均勻，導(dǎo)致在焊縫、熱影響區(qū)及母材區(qū)存在較大的溫度梯度，焊縫凝固后各區(qū)域材料產(chǎn)生了不同程度的收縮變形，特別是焊縫內(nèi)的收縮變形最為明顯；加之，T型結(jié)構(gòu)件中長桁的剛度較大，無法通過T型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生整體收縮形變來釋放殘余應(yīng)力，導(dǎo)致在焊縫中存在較大的殘余拉應(yīng)力場；以上諸多因素共同造成長桁-蒙皮T型焊接結(jié)構(gòu)的焊縫上出現(xiàn)明顯的熱裂紋缺陷。如圖8所示，熱裂紋4主要垂直于焊接方向分布，將顯著削弱長桁1-蒙皮2(T型結(jié)構(gòu)件)的強(qiáng)度，影響機(jī)身的服役性能，在服役過程中熱裂紋甚至?xí)^續(xù)向熱影響區(qū)和母材區(qū)擴(kuò)展，并將最終導(dǎo)致機(jī)身壁板的破壞斷裂?，F(xiàn)有T型結(jié)構(gòu)件焊接采用雙側(cè)激光焊接，為了抑制焊接熱裂紋，往往采用焊后激光補(bǔ)焊的方法對雙側(cè)焊縫內(nèi)熱裂紋進(jìn)行修補(bǔ)，但必須重復(fù)加熱熱裂紋附近的焊縫組織從而造成焊縫軟化，并且依然容易在補(bǔ)焊處萌生新的熱裂紋缺陷，從而進(jìn)一步降低焊縫的承載性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的T型結(jié)構(gòu)件采用雙側(cè)激光焊接，對焊接材料進(jìn)行限制，焊接材料單一，為了抑制焊接熱裂紋，需要對雙側(cè)焊縫內(nèi)熱裂紋進(jìn)行修補(bǔ)，導(dǎo)致補(bǔ)焊處萌生新的熱裂紋缺陷，從而降低焊縫的承載性能的問題，而提出了一種抑制T型結(jié)構(gòu)件焊接熱裂紋的裝置及方法。裝置：一種抑制T型結(jié)構(gòu)件焊接熱裂紋的裝置包括平臺、測量牽引桿、控制器、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、傳動板、軸承座、兩個牽引滑塊、兩個測量滑塊、兩個圓柱滑桿、四個滑桿固定座和四個底座支架，四個底座支架分別固定在平臺下面的四角處，平臺上設(shè)有矩形凹槽和兩個矩形開口，矩形凹槽位于平臺的前端，兩個矩形開口位于平臺的后端，兩個矩形開口相對平臺縱向中心線對稱設(shè)置，兩個測量滑塊均套裝在測量牽引桿上，測量牽引桿連接在控制器內(nèi)的拉力傳感器上，控制器固定在平臺上，測量牽引桿設(shè)置在矩形凹槽中，每個矩形開口中設(shè)置一個牽引滑塊，且兩個牽引滑塊均與傳動板連接，牽引滑塊的上端面設(shè)有牽引滑塊圓柱定位銷，測量滑塊的上端面設(shè)有測量滑塊圓柱定位銷，傳動板設(shè)置在平臺的下面，傳動板與絲杠螺紋連接，絲杠的一端設(shè)置在軸承座中，絲杠的另一端與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接，兩個圓柱滑桿對稱設(shè)置在絲杠的兩側(cè)，兩個圓柱滑桿均與傳動板滑動連接，每個圓柱滑桿的兩端分別與其對應(yīng)的滑桿固定座連接，滑桿固定座固定在平臺下面，控制器通過數(shù)據(jù)線與步進(jìn)電機(jī)連接。方法：一種抑制T型結(jié)構(gòu)件焊接熱裂紋的方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：步驟一、在蒙皮上加工定位圓孔：根據(jù)蒙皮尺寸確定四個定位圓孔的水平距離a和豎直距離b，并利用鉆床在蒙皮待焊位置線兩側(cè)對稱加工四個定位圓孔；步驟二、對蒙皮進(jìn)行定位裝卡：利用蒙皮上預(yù)加工的四個定位圓孔分別與兩個牽引滑塊圓柱定位銷和兩個測量滑塊圓柱定位銷配合，將蒙皮定位安裝于平臺、牽引滑塊、測量滑塊的上端面，使蒙皮上的待焊位置線與平臺上的縱向中心線重合；步驟三、設(shè)置預(yù)拉伸應(yīng)力值并對蒙皮進(jìn)行預(yù)拉伸：將蒙皮的寬度c、厚度d、設(shè)定的預(yù)拉伸應(yīng)力值σ輸入控制器中，通過控制器控制步進(jìn)電機(jī)和絲杠轉(zhuǎn)動，傳動板沿絲杠運(yùn)動，傳動板帶動兩個牽引滑塊向平臺的后側(cè)運(yùn)動，拉伸蒙皮并帶動平臺前端的兩個測量滑塊運(yùn)動，測量滑塊經(jīng)由測量牽引桿將實時拉力傳遞給控制器中的拉力傳感器，并由控制器計算出實時拉伸應(yīng)力值σ′，將實時拉伸應(yīng)力值σ′與預(yù)拉伸應(yīng)力值σ進(jìn)行比較，實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)和絲杠轉(zhuǎn)動進(jìn)行反饋控制；步驟四、對長桁和預(yù)拉伸的蒙皮進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接：將長桁豎直放置于蒙皮上并與待焊位置線重合，將兩個焊絲、兩個激光束、兩個保護(hù)氣噴嘴分別對稱放置于長桁兩側(cè)，同側(cè)的保護(hù)氣噴嘴、激光束、焊絲的順序為由前至后依次設(shè)置，對長桁與蒙皮進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接，獲得無熱裂紋的T型結(jié)構(gòu)件。本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有以下有益效果：一、在長桁-蒙皮組焊之前，利用本發(fā)明的裝置及方法對蒙皮進(jìn)行預(yù)拉伸，然后實施焊接，從而抑制了雙側(cè)焊縫內(nèi)熱裂紋，焊后無需對焊縫組織進(jìn)行重熔或二次加熱，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于焊后需要用激光束對熱裂紋缺陷組織進(jìn)行重熔補(bǔ)焊所引起的焊縫組織軟化、晶粒長大、焊縫強(qiáng)度下降、焊縫夾雜等焊接問題。因此，本發(fā)明提高了焊縫的承載性能。二、本發(fā)明能夠與雙側(cè)激光填絲同步焊接系統(tǒng)進(jìn)行整合，預(yù)拉伸后的蒙皮不必進(jìn)行二次裝卡，直接放置長桁后即可進(jìn)行最終組焊，與焊后補(bǔ)焊和雙向預(yù)置應(yīng)力方法相比，能夠明顯提高機(jī)身壁板生產(chǎn)效率。三、本發(fā)明的工作原理簡單，普適性強(qiáng)，對T型結(jié)構(gòu)件的材料沒有嚴(yán)格的限制，如鋁合金、鋁鋰合金、鎂合金、鈦合金、不銹鋼等材料均可。附圖說明圖1是本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)立體圖；圖2是圖1的仰視立體圖；圖3是具體實施方式六中步驟一在蒙皮2上加工定位圓孔2-1相對位置的示意圖；圖4是具體實施方式六中步驟二對蒙皮2進(jìn)行定位裝卡的示意圖；圖5是具體實施方式六中步驟四長桁1豎直放置于蒙皮2上并與待焊位置線N-N重合的示意圖；圖6是具體實施方式六中步驟四將雙保護(hù)氣噴嘴20、雙激光束19、雙焊絲18置于T型結(jié)構(gòu)兩側(cè)接合縫處并對T型結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接的示意圖；圖7是圖6的I局部放大圖；圖8是現(xiàn)有方法焊接長桁-蒙皮獲得的T型結(jié)構(gòu)件存在內(nèi)熱裂紋4的示意圖。具體實施方式具體實施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式包括平臺5、測量牽引桿9、控制器10、步進(jìn)電機(jī)11、絲杠12、傳動板16、軸承座17、兩個牽引滑塊7、兩個測量滑塊8、兩個圓柱滑桿15、四個滑桿固定座14和四個底座支架6，四個底座支架6分別固定在平臺5下面的四角處，每個底座支架6上都設(shè)有一個通孔6-1，螺栓能夠穿過通孔6-1而將底座支架6固定于地面或其他平臺上，平臺5上設(shè)有矩形凹槽5-1和兩個矩形開口5-2，矩形凹槽5-1位于平臺5的前端，兩個矩形開口5-2位于平臺5的后端，兩個矩形開口5-2相對平臺縱向中心線M-M對稱設(shè)置，兩個測量滑塊8均套裝在測量牽引桿9上，測量牽引桿9連接在控制器10內(nèi)的拉力傳感器上，控制器10固定在平臺5上，測量牽引桿9設(shè)置在矩形凹槽5-1中，每個矩形開口5-2中設(shè)置一個牽引滑塊7，且兩個牽引滑塊7均與傳動板16連接，牽引滑塊7的上端面設(shè)有牽引滑塊圓柱定位銷7-1，測量滑塊8的上端面設(shè)有測量滑塊圓柱定位銷8-1，牽引滑塊圓柱定位銷7-1和測量滑塊圓柱定位銷8-1用于分別與蒙皮2上加工的定位圓孔2-1配合，將蒙皮2定位安裝于平臺5上，且牽引滑塊圓柱定位銷7-1的半徑、測量滑塊圓柱定位銷8-1的半徑與定位圓孔2-1的半徑相等；傳動板16設(shè)置在平臺5的下面，傳動板16與絲杠12螺紋連接，絲杠12的一端設(shè)置在軸承座17中，絲杠12的另一端與步進(jìn)電機(jī)11的輸出軸連接，兩個圓柱滑桿15對稱設(shè)置在絲杠12的兩側(cè)，兩個圓柱滑桿15均與傳動板16滑動連接，每個圓柱滑桿15的兩端分別與其對應(yīng)的滑桿固定座14連接，滑桿固定座14固定在平臺5下面，控制器10通過數(shù)據(jù)線與步進(jìn)電機(jī)11連接。控制器10、步進(jìn)電機(jī)11、絲杠12均可直接購置成品，其他零件均為鋼材加工而成，堅固耐用。兩個矩形開口5-2之間的隔筋5-3用于在雙側(cè)激光填絲焊接過程中為蒙皮2底部提供剛性支撐，防止長桁1和蒙皮2向下彎曲。牽引滑塊7、測量滑塊8能分別在傳動板16和測量牽引桿9上水平滑動，用于匹配蒙皮2上不同水平距離a的定位圓孔2-1。具體實施方式二：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的牽引滑塊7的上表面、測量滑塊8的上表面與平臺5的上表面位于同一平面內(nèi)。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式一相同。具體實施方式三：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的牽引滑塊7與傳動板16的配合表面、測量滑塊8與測量牽引桿9的配合表面、圓柱滑桿15與傳動板16的配合表面均采用精確銑、磨削加工而成，這樣設(shè)計可以滿足配合精度要求。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式一或二相同。具體實施方式四：結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式三不同的是它還增加有兩個加強(qiáng)筋13，兩個加強(qiáng)筋13對稱固定在兩個圓柱滑桿15的外側(cè)且固裝在平臺5上。這樣設(shè)計可以增加裝置的強(qiáng)度，以提高其穩(wěn)定性。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式三相同。具體實施方式五：結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的軸承座17、兩個加強(qiáng)筋13、四個滑桿固定座14和四個底座支架6與平臺5制成一體。這樣設(shè)計可提高裝置的穩(wěn)定性。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式四相同。具體實施方式六：結(jié)合圖3～圖7說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現(xiàn)的：步驟一、在蒙皮2上加工定位圓孔2-1：根據(jù)蒙皮2尺寸確定四個定位圓孔的水平距離a和豎直距離b，并利用鉆床在蒙皮2待焊位置線N-N兩側(cè)對稱加工四個定位圓孔2-1，見圖3，定位圓孔2-1的相對位置由水平距離a和豎直距離b確定，且與蒙皮2尺寸參數(shù)滿足關(guān)系：c/20≤a≤c/15及e/50≤(e-b)≤e/30，其中，c為蒙皮2的寬度，e為蒙皮2的長度；步驟二、對蒙皮2進(jìn)行定位裝卡：利用蒙皮2上預(yù)加工的四個定位圓孔2-1分別與兩個牽引滑塊圓柱定位銷7-1和兩個測量滑塊圓柱定位銷8-1配合，將蒙皮2定位安裝于平臺5、牽引滑塊7、測量滑塊8的上端面，使蒙皮2上的待焊位置線N-N與平臺5上的縱向中心線M-M重合，見圖4；步驟三、設(shè)置預(yù)拉伸應(yīng)力值并對蒙皮2進(jìn)行預(yù)拉伸：將蒙皮2的寬度c、厚度d、設(shè)定的預(yù)拉伸應(yīng)力值σ輸入控制器10中，通過控制器10控制步進(jìn)電機(jī)11和絲杠12轉(zhuǎn)動，傳動板16沿絲杠12運(yùn)動，傳動板16帶動兩個牽引滑塊7向平臺5的后側(cè)運(yùn)動，拉伸蒙皮2并帶動平臺5前端的兩個測量滑塊8運(yùn)動，測量滑塊8經(jīng)由測量牽引桿9將實時拉力傳遞給控制器10中的拉力傳感器，并由控制器10計算出實時拉伸應(yīng)力值σ′，將實時拉伸應(yīng)力值σ′與預(yù)拉伸應(yīng)力值σ進(jìn)行比較，實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)11和絲杠12轉(zhuǎn)動進(jìn)行反饋控制；步驟四、對長桁1和預(yù)拉伸的蒙皮2進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接：將長桁1豎直放置于蒙皮2上并與待焊位置線N-N重合，見圖5、圖6和圖7，將兩個焊絲18、兩個激光束19、兩個保護(hù)氣噴嘴20分別對稱放置于長桁1兩側(cè)，同側(cè)的保護(hù)氣噴嘴20、激光束19、焊絲18的順序為由前至后依次設(shè)置，對長桁1與蒙皮2進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接，獲得無熱裂紋4的T型結(jié)構(gòu)件。具體實施方式七：本實施方式是步驟三中蒙皮2的預(yù)制拉伸應(yīng)力值σ及實時拉伸應(yīng)力值σ′均應(yīng)小于蒙皮2的屈服強(qiáng)度σs。其它步驟與具體實施方式六相同。具體實施方式八：結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式是步驟四中，在進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接時，保持預(yù)置拉伸應(yīng)力值σ恒定不變。其它步驟與具體實施方式六相同。具體實施方式九：結(jié)合圖7和圖2說明本實施方式，本實施方式是步驟四中，在進(jìn)行連續(xù)的雙側(cè)激光填絲焊接的同時，通過控制器10控制步進(jìn)電機(jī)11和絲杠12轉(zhuǎn)動，使蒙皮2內(nèi)的實時拉伸應(yīng)力值σ′以恒定速率降低，即從焊接開始時的預(yù)拉伸應(yīng)力值σ恒速減小到焊接結(jié)束時的零。其它步驟與具體實施方式六、七或八相同。具體實施方式十：結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式是步驟四中，雙側(cè)激光填絲焊接時采用惰性氣體氬氣(Ar)或氦氣(He)對雙側(cè)激光焊縫3進(jìn)行實時保護(hù)。其它步驟與具體實施方式九相同。