焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102221423 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102221423 A *CN102221423A* (21)申请号 201110100966.9 (22)申请日 2011.04.22 G01K 13/08(2006.01) G01K 7/02(2006.01) (71)申请人 中国航空工业集团公司北京航空制 造工程研究所 地址 100095 北京市 340 号信箱 (72)发明人 付鹏飞 付刚 胡元枧 毛智勇 巩水利 陈俐 李晋炜 (74)专利代理机构 中国航空专利中心 11008 代理人 陈宏林 (54) 发明名称 焊接或热处理过程中旋转构。

2、件温度测量装置 (57) 摘要 本发明是一种焊接或热处理过程中旋转构件 温度测量装置， 包括一个转盘和为转盘提供旋转 驱动力的电机， 转轴的一端安装在转盘上， 转轴上 安装有待测量的筒形或环形零件， 转轴的另一端 与顶尖相抵， 其特征在于 ： 在筒形或环形零件的 圆周面上设置有用于温度测量的热电偶， 热电偶 的测量数据线连接到一个接线端子上， 接线端子 随转轴一起转动， 接线端子的输出信号线缠绕在 转轴上形成一匝， 该输出信号线可随转轴的顺、 逆 时针的转动而收放。本发明装置适用于环形及筒 形旋转构件焊接、 热处理的测温需要， 其技术措施 主要是测温热电偶的安装及测温信号的引出， 提 高了温度。

3、测量的稳定性和精度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102221434 A1/1 页 2 1. 焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置， 该装置包括一个转盘 (3) 和为转盘 (3) 提供旋转驱动力的电机 (5)， 转轴 (16) 的一端安装在转盘 (3) 上， 转轴 (16) 上安装有 待测量的筒形或环形零件 (20)， 转轴 (16) 的另一端与顶尖 (15) 相抵， 其特征在于 ： 在筒形 或环形零件 (20) 的圆周面上设置有用于温度测量的热电偶 (2)， 热电偶 (2) 的测。

4、量数据线 连接到一个接线端子 (17) 上， 接线端子 (17) 随转轴 (16) 一起转动， 接线端子 (17) 的输出 信号线 (8) 缠绕在转轴 (16) 上形成一匝， 该输出信号线 (8) 可随转轴 (16) 的顺、 逆时针的 转动而收放。 2. 根据权利要求 1 所述的焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置， 其特征在于 ： 输出信号线(8)的一部分缠绕在转轴(16)上形成一匝， 另一部分缠绕在一个具有弹性回位 功能的线轴 (14) 上。 3. 根据权利要求 2 所述的焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置， 其特征在于 ： 线轴(14)是主要包括一个带槽的中心轴(21)、 绕线轴(。

5、23)、 绕线槽(24)和弹性钢片(25)， 其中， 弹性钢片 (25) 的一端插装在中心轴 (21) 芯部的条形槽 (22) 内， 另一端固定在绕线 轴 (23) 的内侧面上， 输出信号线 (8) 缠绕在绕线轴 (23) 外侧面上的绕线槽 (24) 内。 权 利 要 求 书 CN 102221423 A CN 102221434 A1/4 页 3 焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置 技术领域 0001 本发明是一种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置， 属于产品的结构技术 领域， 适用于焊接或热处理中环形及筒形构件旋转运动过程中温度的测量。 背景技术 0002 随着焊接及热处理等热加工。

6、技术的发展， 航空、 航天、 船舶、 兵器、 电子等行业复杂 构件的制造技术得到迅速的发展。 在构件的制造过程中， 环形及筒形结构属于一种常见的、 典型的结构形式。 在焊接、 热处理等热加工过程中， 无法避免地要涉及到环形或筒形构件的 旋转运动及必要的温度测试， 甚至是基于加热温度控制的工艺调控， 因此， 温度测试和监控 对于构件性能和技术水平的提高起着至关重要的作用。 0003 目前， 大部分热加工技术测温主要是采用测量环境气氛温度的方法， 这种方法不 适用于焊接、 局部热处理及表面处理等局部加热技术。 0004 在航空航天等领域， 环形或鼓筒构件在热加工过程中迫切需要对温度进行监测， 以便。

7、工艺调控和优化。特别是鼓筒类零件的电子束焊、 激光焊等自动焊接及局部热处理工 艺技术。 0005 对于高温钛合金、 钛铝合金以及超高强度钢等易裂材料的旋转构件， 在激光、 电子 束焊接加工中， 一般需要采用焊前电子束或激光预热来降低裂纹产生几率。但预热的温度 需要严格控制， 否则极易产生负面影响， 降低接头力学性能。 0006 对于近缝区母材表面涂覆、 电镀或渗入了特殊功能物质的旋转构件， 在焊接中除 了严格控制焊缝宽度外， 还需严格监控近缝区域的温度， 以免影响焊缝和近缝区的组织、 成 分及性能。 0007 上述实际的工程应用均是在旋转运动过程中进行热加工， 旋转运动中需要保持测 温传感器与。

8、构件的相对位置关系， 因此， 温度测试存在一定的难度。 0008 为了提高温度测量的稳定性和精确性， 一般采用接触式的热电偶测温。对于旋转 构件的温度测试， 需要解决运动中热电偶线或信号线与零件的相对位置关系问题， 保持热 电偶与测点紧密接触， 热电偶不会因为受到较大的拉力而脱落、 测温失效。 0009 国外对于旋转构件的测温研究以美国为主。美国的 OMEGA 公司研发了热电偶测温 电刷结构， 在专用的旋转电机及减速器以及空心轴类工装辅助条件下， 可实现旋转构件的 测温。如图 1 所示， 热电偶 2 的一端连接到工件 1 测点， 另一端通过转盘 3 及空心轴 4 在外 部减速器位置引出热电偶触。

9、点 6 与环形电刷 7 接触， 从电刷引出信号线 8 连接到温度记录 仪 9 ； 电机 5 带动转盘 3、 工件 1、 热电偶 2 及空心轴 4 转动， 热电偶触点 6 与电刷 7 摩擦接 触， 将微弱的热电势信号输入到测温仪 9 进行测温。 0010 这种方法设计相对巧妙， 在旋转过程中通过触点间的相对摩擦接触， 解决了热电 偶与信号线的连接、 测量信号的输出问题 ； 保证了热电偶与工件紧密接触 ； 通过空心轴的 引出， 可应用真空环境的热加工 ； 特别适用于尺寸小、 重量轻零件的热加工， 如 EDPVD 制备 叶片涂层等。 说 明 书 CN 102221423 A CN 102221434。

10、 A2/4 页 4 0011 由于实际工程应用中旋转构件的测温难度较大， 国内主要依靠工艺经验来进行热 加工制造。 因此， 国内对于辅助测温装置的研发活动较少， 成都发动机有限公司申请了一项 关于 “旋转式自动测温的装置” 实用新型， 用于测定发动机 10 运转中排气 12 的温度场， 热 电偶 2 不与发动机 10 构件直接相连。如图 2 所示， 旋转支架 11 的转动， 带动支架上的多个 热电偶 2 运动， 测量排出气体 12 的温度场。该专利主要涉及信号数据的采集传输设计、 电 机减速器结构的设计以及三叉旋转支架的设计。 0012 国内自主研发及进口的先进的热加工设备， 主要源于德国等欧。

11、洲国家， 采用 OMEGA 电机、 减速器组件的设备很少。目前， 设备运动系统及工装设计与 OMEGA 测温装置的匹配性 不好。由于采用接触式电刷结构， OMEGA 测温装置受触点部位的接触压力、 压紧程度及摩擦 磨损等多种因素影响， 输出的弱热电势信号稳定性和精确性较差， 易产生波动， 需要一定的 外部补偿和调节 ； 电刷的摩擦生热也会带来一定的测量误差 ； 由于结构形式的限制， 在一 次热加工测温中， OMEGA 测温装置一般采用一套电刷结构及一根热电偶， 针对工件上的一点 进行温度测量， 对于多点温度测试及温度场的测量存在一定的难度 ； 适用于小型零部件测 温， 对于日趋复杂化、 大型化。

12、及整体化的构件， OMEGA 测温装置是不适用的 ； 对于 OMEGA 测温 装置， 需要设计专用的空心轴类工装， 采用专用的电刷、 电机、 减速器， 整体上价格较高， 大 概价格 5000 7000 美元。虽然 OMEGA 电刷式测温装置适用于小型零部件的热加工测温， 具有一定的应用前景。随着热加工制造技术的发展和温度测量的高精度要求， 该装置已无 法满足更高的要求。 0013 成都发动机有限公司的实用新型设计主要针对发动机构件排出气体温度进行检 测， 热电偶不会与零件发生干涉， 不涉及加工制造技术 ； 而一般的热加工设备都存在一定的 空间或真空条件限制， 且热电偶与构件需要接触连接， 因此。

13、，“旋转式自动测温的装置” 实用 新型不适合热加工过程中使用。 发明内容 0014 本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种焊接或热处理过 程中旋转构件温度测量装置， 其目的是为了满足飞速发展的焊接、 热处理等热加工技术及 更高的测温精度要求， 适用于环形及筒形旋转构件焊接、 热处理的测温需要， 其技术措施主 要是测温热电偶的安装及测温信号的引出， 提高了温度测量的稳定性和精度， 扩展热电偶 接触测温在科研及生产中的应用范围， 优化工艺提高焊接、 热处理等热加工技术水平。 0015 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 ： 0016 该种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置，。

14、 包括一个转盘和为转盘提供旋 转驱动力的电机， 转轴的一端安装在转盘上， 转轴上安装有待测量的筒形或环形零件， 转轴 的另一端与顶尖相抵， 其特征在于 ： 在筒形或环形零件的圆周面上设置有用于温度测量的 热电偶， 热电偶的测量数据线连接到一个接线端子上， 接线端子随转轴一起转动， 接线端子 的输出信号线缠绕在转轴上形成一匝， 该输出信号线可随转轴的顺、 逆时针的转动而收放。 0017 输出信号线的一部分缠绕在转轴形成一匝， 另一部分缠绕在一个具有弹性回位功 能的线轴上。 0018 线轴是主要包括一个带槽的中心轴、 弹性钢片、 绕线轴和绕线槽， 其中， 弹性钢片 的一端插装在中心轴芯部的条形槽内。

15、， 另一端固定在绕线轴的内侧面上， 输出信号线缠绕 说 明 书 CN 102221423 A CN 102221434 A3/4 页 5 在绕线轴外侧面上的绕线槽内。 附图说明 0019 图 1 为现有电刷式测温结构示意图 0020 图 2 为现有发动机排气的测温结构示意图 0021 图 3 为本发明装置的整体结构示意图 0022 图 4 为本发明装置中线轴的结构示意图 具体实施方式 0023 以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述 ： 0024 参见附图34所示， 该种焊接或热处理过程中旋转构件温度测量装置， 包括一个 转盘3和为转盘3提供旋转驱动力的电机5， 转轴16的一端安。

16、装在转盘3上， 待测量的筒形 或环形零件 20 通过工装夹具盘 19 装配到带三爪夹具的转盘 3， 转轴 16 的另一端与顶尖 15 相抵， 其特征在于 ： 在筒形或环形零件 20 的圆周面上设置有用于温度测量的热电偶 2， 热电 偶 2 的测量数据线通过工装夹具盘 19 上的孔引出， 利用活动绑带 18 将热电偶 2 与轴 16 固 定， 热电偶 2 连接到一个接线端子 17 上， 接线端子 17 随转轴 16 一起转动， 接线端子 17 的 输出信号线 8 缠绕在转轴 16 的线槽位置上形成一匝， 该输出信号线 8 可随转轴 16 的顺、 逆 时针的转动而收放。 0025 输出信号线8的一。

17、部分缠绕在转轴16上形成一匝， 另一部分缠绕在一个具有弹性 回位功能的线轴 14 上。线轴 14 固定在线轴支座 13 上， 输出信号线 8 通过线轴 14 引出连 接到记录仪 18 上。 0026 线轴14是主要包括一个带槽的中心轴21、 绕线轴23、 绕线槽24和弹性钢片25， 其 中， 弹性钢片 25 的一端插装在中心轴 21 芯部的条形槽 22 内， 绕中心轴 21 顺时针紧密缠绕 若干圈绷紧， 弹性钢片 25 另一端固定在绕线轴 23 的内侧面上， 输出信号线 8 顺时针缠绕在 绕线轴 23 外侧面上的绕线槽 24 内。 0027 在焊接、 热处理等过程中， 逆时针旋转零件 20， 。

18、转轴 16 上的输出信号线 8 绕线， 拉 动线轴 14 自动放线 ； 顺时针旋转， 转轴 16 上的输出信号线 8 放线， 线轴 14 自动收线 ； 在旋 转过程中， 始终保持热电偶 2 和接线端子 17 固定不动， 通过上述装置将测量的热电势信号 传输到记录仪 9 进行测温。 0028 由于弹性钢片 25 拉力的存在， 保证了绕线轴 23 绕中心轴 21 自动的放线和收线， 避免了脱线、 打结、 绕线紊乱等问题的发生。 0029 上述测温装置实现了热电偶 2 测温输出信号线 8 的自动伸缩收放， 解决了待测量 的筒形或环形零件 20 与输出信号线 8 之间的干涉问题， 保证了热电偶 2 与。

19、筒形或环形零件 20 测点位置相对固定的位置关系 ； 在筒形或环形零件 20 上可安装多个热电偶 2， 进行多点 的同步温度测试 ； 筒形或环形零件 20 的测点、 热电偶 2、 测温输出信号线 8 及测温记录仪 9 采用直接接触式连接， 线轴 14 可顺时针及逆时针两个方向收放输出信号线 8， 减少了输出 信号线 8 的长度， 降低了热电偶 2 测量的热电势信号的损失， 降低了温度测量的误差， 提高 了测量的稳定性和测试精度。 0030 本发明装置与现有装置相比， 具有以下优点 ： 说 明 书 CN 102221423 A CN 102221434 A4/4 页 6 0031 1、 本装置适。

20、合焊接、 热处理等过程中， 可实现 0 1200mm/min 转动速度条件下加 热温度的测试。 0032 2、 不受零件直径尺寸的限制， 在拉力的作用下线轴可自动放线或收线， 可实现逆 时针和顺时针两个方向旋转。 0033 3. 与国外旋转件测温装置相比， 结构形式完全不同， 结构更简洁， 测温方式更直 接， 测温更稳定更精确， 操作更加简单， 适用范围更广泛， 达到了国外工具的实效。 0034 4. 在焊接、 热处理等热加工条件下， 可实现多个热电偶的多点同步测温， 将扩展热 电偶接触测温在科研及生产中的应用范围， 优化工艺提高技术水平。 0035 5. 本发明具有一定的经济效益前景。整套装置的制造成本可控制 600 800 元。 与国外产品相比， 本发明间接可节约成本 6500 美元以上。 0036 本发明的装置和方法既可实现中小尺寸零件的温度测量， 又可以实现发动机等大 直径尺寸组件旋转测温， 可弥补了现有技术的不足。 说 明 书 CN 102221423 A CN 102221434 A1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102221423 A CN 102221434 A2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102221423 A 。