一種薄壁鋁合金管端封焊裝置及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄壁鋁合金管端封焊裝置及焊接方法，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]攪拌摩擦焊(Frict1n Stir Welding，簡稱FSW)是英國焊接研究所(The WeldingInstitute)于1991年發(fā)明的專利焊接技術(shù)。攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)夕卜，還可以進(jìn)行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。攪拌摩擦焊技術(shù)已經(jīng)在航空、航天、船舶、列車、電力和重型兵器等方面得到成功應(yīng)用，然而當(dāng)前在薄壁鋁合金管的焊接方面仍然存在一些問題。
[0003]當(dāng)管壁趨小時(shí)，焊接難度變大。專利(201410729971.X)提出了采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊，解決小口徑薄壁鋁合金管材的連接問題；專利(201010524846.7)提出一種小直徑管嘴與鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)的焊接方法，對小直徑管嘴與鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)結(jié)合處進(jìn)行焊接，同樣也是采用弧焊方法進(jìn)行焊接。實(shí)際上，采用弧焊方法進(jìn)行焊接(如交流鎢極氬弧焊)對鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)，極易導(dǎo)致裂紋和氣孔，尤其在薄壁管件焊接時(shí)，焊接變形更為嚴(yán)重，廢品率甚至達(dá)到70%。為了改進(jìn)焊接質(zhì)量，專利(201310096100.4)提出了一種熱栗用小口徑超薄壁高頻焊接鋁合金管的生產(chǎn)方法，但焊接電流較高，達(dá)到230?235A，同時(shí)高頻焊接的電效率低(約為50%左右)，工作電壓電流太高，安全性差。鄭英等人(專利號:201510118191.6,201510118211.X)提出了一種鋁合金超大直徑薄壁耐壓管的生產(chǎn)方法，通過攪拌摩擦焊接的方法進(jìn)行縱向焊縫焊接。但沒有涉及鋁合金管的端面封焊技術(shù)。李輝等人(出自:AWJT2005，0ctober20-23，Dalian，China，A42-A47)提出了一種薄壁鋁合金筒體焊縫的攪拌摩擦焊接方法，但在焊接過程中，需要采用內(nèi)部漲緊的裝備保證焊件不變形，同時(shí)還需要從兩邊頂緊端蓋，且所提出的方法適用于鋁合金筒體端面具有開口的情況，即當(dāng)端面要求徹底封閉時(shí)，所提出的方法將無法完成任務(wù)。
[0004]可見，當(dāng)薄壁鋁合金管(壁厚小于Imm)需要端面封閉焊接時(shí)，面臨著焊接難題，體現(xiàn)在:1、壁厚較薄導(dǎo)致剛度和抗扭性能較差，難以直接夾持轉(zhuǎn)動焊接；2、鋁合金端面封閉的要求，導(dǎo)致內(nèi)部漲緊裝置難以放入薄壁管件內(nèi)部，從而由于缺乏內(nèi)部支撐導(dǎo)致攪拌摩擦焊接失敗。因此提出一種有效的薄壁鋁合金管端封焊方法和裝置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種薄壁鋁合金管端封焊裝置及焊接方法，不使用內(nèi)部漲緊裝置將薄壁鋁合金管和鋁合金棒連接，通過旋轉(zhuǎn)攪拌頭焊接薄壁鋁合金管和鋁合金棒，克服了薄壁鋁合金管抗扭性能差的缺點(diǎn)。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種薄壁鋁合金管端封焊裝置，包括夾持鋁合金棒的三爪卡盤、支撐鋁合金棒的滾輪架組，所述鋁合金棒插入到薄壁鋁合金管內(nèi)，薄壁鋁合金管通過薄壁夾具夾持在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)筒通過軸承與固定筒連接，固定筒通過支架安裝在工作臺上，旋轉(zhuǎn)筒的外壁上設(shè)有若干圈齒條，齒條與齒輪嚙合，齒輪通過齒輪軸安裝在電機(jī)上，電機(jī)固定在工作臺上，所述旋轉(zhuǎn)筒外壁上固定連接有可伸縮的旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂的端部安裝有攪拌頭，攪拌頭下方安裝有攪拌針，鋁合金棒一端為直徑小于鋁合金棒的為軸身，軸身與鋁合金棒形成軸肩，軸身插入到薄壁鋁合金管中，軸身與薄壁鋁合金管為過盈配合，通過攪拌摩擦焊，在薄壁鋁合金管上形成H型焊縫，從而實(shí)現(xiàn)薄壁鋁合金管端的封焊。
[0007]作為優(yōu)選，所述軸身與薄壁鋁合金管的過盈量為δ，δ =X α Xl-δ。，其中，δ。= (I?2)* δ，t為裝配時(shí)薄壁鋁合金管的溫度，t。為加熱前的環(huán)境溫度，α為加熱時(shí)工件的徑向膨脹系數(shù)，1-薄壁鋁合金管的內(nèi)徑。
[0008]作為優(yōu)選，所述軸身的長度不小于攪拌頭直徑的3.5倍，攪拌頭上安裝有攪拌針，攪拌針長度不小于1.5倍的薄壁鋁合金管壁厚。
[0009]作為優(yōu)選，所述H型焊縫包括第一道環(huán)焊縫和第二道環(huán)焊縫，第一道環(huán)焊縫完成了鋁合金管與軸肩的搭接焊，第二道環(huán)焊縫完成鋁合金管與鋁合金棒的對接焊。
[0010]一種如上述的薄壁鋁合金管端封焊裝置的焊接方法，包括以下步驟:
[0011](I)根據(jù)實(shí)際需要，利用δ = (t-t0) X α χ?-δ。確定過盈量δ和軸身的直徑，選取合適的軸身長度，加工符合要求的鋁合金棒，根據(jù)薄壁鋁合金管壁厚選擇合適的攪拌針的長度；
[0012](2)將薄壁鋁合金管油浴加熱至100°C，然后迅速裝配薄壁鋁合金管和鋁合金棒并快速冷卻后風(fēng)干；
[0013](3)將裝配好的工件中鋁合金棒一端安裝在三爪卡盤上，另一端薄壁鋁合金管通過薄壁夾具固定，調(diào)整攪拌頭使其垂直向下對準(zhǔn)薄壁鋁合金管及鋁合金棒的中軸線，并且攪拌針距離軸身邊緣的距離要大于等于D，其中D為攪拌頭的直徑，攪拌頭位于軸身端部的正上方；
[0014](4)先啟動攪拌頭，并使其緩緩的壓入被焊區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱結(jié)束后，啟動電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動，從而帶動攪拌頭轉(zhuǎn)動，攪拌頭攪拌一周后，電機(jī)停止工作，伸縮臂伸長，攪拌針繼續(xù)保持高速轉(zhuǎn)動并且沿鋁合金棒軸線向鋁合金棒一側(cè)水平焊接一段距離，直到鋁合金管與鋁合金棒對接處停止移動，準(zhǔn)備開始對接環(huán)焊縫的焊接；
[0015](5)再次啟動電機(jī)且旋轉(zhuǎn)方向與之前一致，旋轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周后對接環(huán)焊縫的焊接完成，此時(shí)停止電機(jī)，攪拌頭繼續(xù)保持高速轉(zhuǎn)動并且向鋁合金棒一側(cè)水平移動一小段距離后，緩緩提升攪拌頭，直到攪拌針完全脫離焊縫后再停止攪拌頭的旋轉(zhuǎn)，該側(cè)管端焊接結(jié)束；
[0016](6)按照步驟(I)和(2)，加工相同的軸身，裝配好薄壁鋁合金管和鋁合金棒；
[0017](7)再一次將裝配好的薄壁鋁合金管和鋁合金棒重復(fù)步驟(3)至(5)，即可完成薄壁鋁合金管兩端的封焊。
[0018]本發(fā)明中，薄壁鋁合金管沒有采用夾持或支撐裝置，僅僅與鋁合金棒過盈配合，保證初始焊接時(shí)，一方面，鋁合金管與鋁合金棒之間能夠緊密貼合；另一方面，通過過盈配合阻止兩者之間軸向相對移動；正常焊接時(shí)，已完成的焊縫會逐步加強(qiáng)鋁合金管與鋁合金棒之間的連接強(qiáng)度。該過盈配合的選擇與機(jī)械中常用的方法相比，不需要較大的過盈量，攪拌針插入搭接焊縫內(nèi)部，攪拌針本身就起著“釘扎”作用，不需要太強(qiáng)的力量來阻止兩者的軸向相對移動，此外焊接過程中過盈配合處處于高溫(500°C左右)，過大的過盈量會造成鋁合金管上很強(qiáng)的拉應(yīng)力，不利于焊縫成形。而選擇常規(guī)鋁合金材料的過盈量時(shí)，由于在1000C的溫度下，鋁合金較之鋼而言，是比較軟的，因此，需要有較大的過盈量。
[0019]有益效果:本發(fā)明的薄壁鋁合金管端封焊裝置，利用對薄壁鋁合金管油浴加熱使得薄壁鋁合金管膨脹，將低于室溫的鋁合金棒插入到薄壁鋁合金管中，不使用內(nèi)部漲緊裝置，在其他材料薄壁管件的焊接中具有通用性；采用H型焊縫一次性完成焊接，保證了焊接的精準(zhǔn)度的同時(shí)又保證焊接的質(zhì)量及鋁合金管的氣密性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為H型焊縫主視圖；
[0022]圖3為H型焊縫A-A截面示意圖；
[0023]圖4為焊接接頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種薄壁鋁合金管I端封焊裝置，包括夾持鋁合金棒5的三爪卡盤17、支撐鋁合金棒5的滾輪架組7，所述鋁合金棒5插入到薄壁鋁合金管I內(nèi)，薄壁鋁合金管I通過薄壁夾具9夾持在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)筒通過軸承11與固定筒12連接，固定筒12通過支架13安裝在工作臺14上，旋轉(zhuǎn)筒的外壁上設(shè)有若干圈齒