[实用新型]一种薄壁铝合金管端封焊装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种薄壁铝合金管端封焊装置，属于金属材料加工领域。

背景技术

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)是英国焊接研究所(TheWeldingInstitute)于1991年实用新型的专利焊接技术。搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。搅拌摩擦焊技术已经在航空、航天、船舶、列车、电力和重型兵器等方面得到成功应用，然而当前在薄壁铝合金管的焊接方面仍然存在一些问题。

当管壁趋小时，焊接难度变大。专利(201410729971.X)提出了采用钨极惰性气体保护焊，解决小口径薄壁铝合金管材的连接问题；专利(201010524846.7)提出一种小直径管嘴与铝合金薄壁结构的焊接方法，对小直径管嘴与铝合金薄壁结构结合处进行焊接，同样也是采用弧焊方法进行焊接。实际上，采用弧焊方法进行焊接(如交流钨极氩弧焊)对铝合金进行焊接时，极易导致裂纹和气孔，尤其在薄壁管件焊接时，焊接变形更为严重，废品率甚至达到70％。为了改进焊接质量，专利(201310096100.4)提出了一种热泵用小口径超薄壁高频焊接铝合金管的生产方法，但焊接电流较高，达到230～235A，同时高频焊接的电效率低(约为50％左右)，工作电压电流太高，安全性差。郑英等人(专利号：201510118191.6、201510118211.X)提出了一种铝合金超大直径薄壁耐压管的生产方法，通过搅拌摩擦焊接的方法进行纵向焊缝焊接。但没有涉及铝合金管的端面封焊技术。李辉等人(出自：AWJT2005，October20-23，Dalian，China，A42-A47)提出了一种薄壁铝合金筒体焊缝的搅拌摩擦焊接方法，但在焊接过程中，需要采用内部涨紧的装备保证焊件不变形，同时还需要从两边顶紧端盖，且所提出的方法适用于铝合金筒体端面具有开口的情况，即当端面要求彻底封闭时，所提出的方法将无法完成任务。

可见，当薄壁铝合金管(壁厚小于1mm)需要端面封闭焊接时，面临着焊接难题，体现在：1、壁厚较薄导致刚度和抗扭性能较差，难以直接夹持转动焊接；2、铝合金端面封闭的要求，导致内部涨紧装置难以放入薄壁管件内部，从而由于缺乏内部支撑导致搅拌摩擦焊接失败。因此提出一种有效的薄壁铝合金管端封焊方法和装置具有重要的现实意义。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种薄壁铝合金管端封焊装置，采用H型焊缝一次性完成焊接，保证了焊接的精准度的同时又保证焊接的质量及铝合金管的气密性。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种薄壁铝合金管端封焊装置，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。

作为优选，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，可以通过查表所知，l为被加热孔的内径，即薄壁铝合金管的内径。

作为优选，所述搅拌头端部中心部位加工有搅拌针，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。

作为优选，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。

本实用新型中，薄壁铝合金管没有采用夹持或支撑装置，仅仅与铝合金棒过盈配合，保证初始焊接时，一方面，铝合金管与铝合金棒之间能够紧密贴合；另一方面，通过过盈配合阻止两者之间轴向相对移动；正常焊接时，已完成的焊缝会逐步加强铝合金管与铝合金棒之间的连接强度。该过盈配合的选择与机械中常用的方法相比，不需要较大的过盈量，搅拌针插入搭接焊缝内部，搅拌针本身就起着“钉扎”作用，不需要太强的力量来阻止两者的轴向相对移动，此外焊接过程中过盈配合处处于高温(500℃左右)，过大的过盈量会造成铝合金管上很强的拉应力，不利于焊缝成形。而选择常规铝合金材料的过盈量时，由于在100℃的温度下，铝合金较之钢而言，是比较软的，因此，需要有较大的过盈量。