[发明专利]一种薄壁铝合金管端封焊装置及焊接方法

权利要求书

1.一种薄壁铝合金管端封焊装置，其特征在于：包括用于支撑薄壁铝合金管和铝合金棒的滚轮架组，所述铝合金棒的一端通过安装在旋转夹具上的中空的卡盘固定，铝合金棒穿过卡盘的一端安装有顶尖，铝合金棒另一端为直径小于铝合金棒的轴身，轴身与铝合金棒形成轴肩，轴身插入到薄壁铝合金管中，轴身与薄壁铝合金管为过盈配合，在薄壁铝合金管上方安装有搅拌头，通过搅拌摩擦焊，在薄壁铝合金管上形成H型焊缝，从而实现薄壁铝合金管端的封焊。

2.根据权利要求1所述的薄壁铝合金管端封焊装置，其特征在于：所述轴身与薄壁铝合金管的过盈量为δ，δ＝(t-t₀)×α×l-δ₀，其中，δ₀＝(1～2)*δ，t为装配时薄壁铝合金管的温度，t₀为加热前的环境温度，α为加热时工件的径向膨胀系数，l--被加热孔的内径。

3.根据权利要求2所述的薄壁铝合金管端封焊装置，其特征在于：所述轴身的长度不小于搅拌头直径的3.5倍，搅拌针长度不小于1.5倍的薄壁铝合金管壁厚。

4.根据权利要求3所述的薄壁铝合金管端封焊装置，其特征在于：所述H型焊缝包括第一道环焊缝和第二道环焊缝，第一道环焊缝完成了铝合金管与轴肩的搭接焊，第二道环焊缝完成铝合金管与铝合金棒的对接焊。

5.一种如所述的权利要求4所述的薄壁铝合金管端封焊装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据实际需要，利用δ＝(t-t₀)×α×l-δ₀确定过盈量δ和轴身的直径，选取合适的轴身长度，加工符合要求的铝合金棒，根据薄壁铝合金管壁厚选择合适的搅拌针的长度；

(2)将薄壁铝合金管加热至100℃，然后迅速装配薄壁铝合金管和铝合金棒并快速冷却后风干；

(3)将装配好的工件穿过旋转夹具并用卡盘固定，其余部分则安装在滚轮架组上随旋转夹具运转，调整搅拌头使其垂直向下对准薄壁铝合金管及铝合金棒的中轴线，并且搅拌针距离轴身边缘的距离要大于等于D，其中D为搅拌头的直径，搅拌头位于轴身端部的正上方；

(4)先启动搅拌头，并使其缓缓的压入被焊区域进行预热，预热结束后开始旋转卡盘，当卡盘旋转一周后搭接环焊缝的焊接完成，此时停止卡盘的旋转，搅拌针继续保持高速转动并且沿铝合金棒轴线向铝合金棒一侧水平焊接一段距离，直到铝合金管与铝合金棒对接处停止移动，准备开始对接环焊缝的焊接；

(5)再次缓慢转动卡盘且旋转方向与之前一致，当卡盘旋转一周后对接环焊缝的焊接完成，此时停止卡盘的旋转，搅拌头继续保持高速转动并且向铝合金棒一侧水平移动一小段距离后，缓缓提升搅拌头，直到搅拌针完全脱离焊缝后再停止搅拌头的旋转，该侧管端焊接结束；

(6)按照步骤(1)和(2)，加工相同的轴身，装配好薄壁铝合金管和铝合金棒；

(7)再一次将装配好的薄壁铝合金管和铝合金棒重复步骤(3)至(5)，即可完成薄壁铝合金管两端的封焊。

6.根据权利要求5所述的薄壁铝合金管端封焊装置，其特征在于：所述步骤(4)或步骤(5)中搅拌头和铝合金棒沿着X轴正向观察卡盘的旋转方向，同时沿Z轴负向观察搅拌头的旋转方向，若卡盘逆时针方向旋转，则搅拌针须顺时针方向旋转或若从左视图的角度观察卡盘顺时针方向旋转，则从俯视图的角度观察搅拌针须逆时针方向旋转，其中，X轴为铝合金棒的轴线，远离薄壁铝合金管为正向，Z轴为搅拌针的轴线，远离铝合金棒为正向。