一種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(jiǎn)稱FSW)是英國(guó)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(wèn)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(wèn)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(duì)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(duì)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(hào):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(guò)攪拌摩擦焊接的方法進(jìn)行縱向焊縫焊接。但沒(méi)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(guò)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(wú)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(dòng)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)明提供一種鋁合金管端封焊裝置及焊接方法，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)量及招合金管的氣密性。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種鋁合金管端封焊裝置，包括用于固定鋁合金棒的三爪卡盤和固定薄壁鋁合金管的薄壁夾具，所述三爪卡盤位于第一旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)，第一旋轉(zhuǎn)筒一部分位于安裝在工作臺(tái)上的第一支撐筒內(nèi)，第一旋轉(zhuǎn)筒與第一支撐筒之間安裝有第一軸承，在第一旋轉(zhuǎn)筒位于第一支撐筒內(nèi)的一端延伸有第一凸臺(tái)，在第一支撐筒的頂端安裝有限制第一軸承運(yùn)動(dòng)的第一限位板，在第一旋轉(zhuǎn)筒的外壁上安裝有第一齒條，在工作臺(tái)上安裝有第一電機(jī)，第一電機(jī)與第一齒輪軸連接，第一齒輪軸與第一齒條嗤合；所述薄壁夾具位于第二旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)，第二旋轉(zhuǎn)筒一部分位于安裝在滑板上的第二支撐筒內(nèi)，第二旋轉(zhuǎn)筒與第二支撐筒之間安裝有第二軸承，在第二旋轉(zhuǎn)筒位于第二支撐筒內(nèi)的一端延伸有第二凸臺(tái)，在第二支撐筒的頂端安裝有限制第二軸承運(yùn)動(dòng)的第二限位板，在第二旋轉(zhuǎn)筒的外壁上安裝有第二齒條，在滑板上安裝有第二電機(jī)，第二電機(jī)與第二齒輪軸連接，第二齒輪軸與第二齒條嚙合；所述滑板通過(guò)移動(dòng)裝置沿工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，在鋁合金棒下方靠近薄壁鋁合金管設(shè)有支撐鋁合金棒的滾輪架組；在鋁合金棒與薄壁鋁合金管配合處的上方安裝有攪拌頭，鋁合金棒一端為直徑小于鋁合金棒的軸身，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(guò)盈配合，在薄壁鋁合金管上方安裝有攪拌頭，通過(guò)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，所述移動(dòng)裝置包含伺服電機(jī)和直線滑臺(tái)，伺服電機(jī)與滑動(dòng)軸連接，滑動(dòng)軸與直線滑臺(tái)螺紋連接，直線滑臺(tái)的兩側(cè)設(shè)有直線導(dǎo)軌，直線導(dǎo)軌上安裝有軌道滑塊，滑板與直線滑臺(tái)和軌道滑塊固定連接，伺服電機(jī)帶動(dòng)直線滑臺(tái)移動(dòng)，從而帶動(dòng)滑板移動(dòng)
[0008]作為優(yōu)選，所述軸身與薄壁鋁合金管的過(guò)盈量為δ，δ = (t-t。)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)，I薄壁鋁合金管的內(nèi)徑。
[0009]作為優(yōu)選，所述軸身的長(zhǎng)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(zhǎng)度不小于1.5倍的薄壁鋁合金管壁厚。
[0010]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(duì)接焊。
[0011]—種上述的鋁合金管端封焊裝置的焊接方法，包括以下步驟:
[0012](I)根據(jù)實(shí)際需要，利用δ = (t-t0) X α Xl-δ。確定過(guò)盈量δ和軸身的直徑，選取合適的軸身長(zhǎng)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(zhǎng)度；
[0013](2)將薄壁鋁合金管加熱至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；
[0014](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(guò)薄壁夾具固定，調(diào)整攪拌頭使其垂直向下對(duì)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；
[0015](4)先啟動(dòng)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)束后同時(shí)啟動(dòng)第一電機(jī)和第二電機(jī)，使工件旋轉(zhuǎn)一周后第一電機(jī)和第二電機(jī)停止工作，攪拌針繼續(xù)保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)接處停止移動(dòng)，準(zhǔn)備開始對(duì)接環(huán)焊縫的焊接；
[0016](5)再次啟動(dòng)第一電機(jī)和第二電機(jī)且旋轉(zhuǎn)方向與之前一致，當(dāng)?shù)谝恍D(zhuǎn)筒和第二旋轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周后對(duì)接環(huán)焊縫的焊接完成，此時(shí)停止第一電機(jī)和第二電機(jī)，攪拌頭繼續(xù)保持高速轉(zhuǎn)動(dòng)并且向鋁合金棒一側(cè)水平移動(dòng)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；
[0017](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；
[0018](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。
[0019]作為優(yōu)選，所述步驟(4)或步驟(5)中攪拌頭和鋁合金棒沿著X軸正向觀察第一旋轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)沿Z軸負(fù)向觀察攪拌頭的旋轉(zhuǎn)方向，若第一旋轉(zhuǎn)筒逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則攪拌針須順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)或若第一旋轉(zhuǎn)筒順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則攪拌針須逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，其中，X軸為鋁合