[發明專利]一種鋁合金管擴孔焊接方法

無效

• 申請號: 201010597366.3
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102528242A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 封小松;姚君山;孫耀華;沈小麗;申世軍
• 申請（專利權）人: 上海航天設備制造總廠
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/235;B23K33/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

技術領域

本發明涉及一種管件焊接方法，具體地說是涉及一種利用鋁合金導管本體材料作為焊縫填充物，在電弧作用下將鋁合金導管對焊在一起的改進方法，屬于焊接領域。

背景技術

在工業制造領域，復雜的管路系統被廣泛采用，特別是小直徑鋁合金導管。鋁合金導管通過擠壓制造，導管對接面的管壁厚與其余部分壁厚一致。由于導管形狀的復雜性，在焊接該導管時，管件通常保持不動，通過管焊機電弧旋轉360°進行全位置焊。

但是，該方法有下列弊端：由于電弧焊接加熱范圍大，管路對接時無填充材料，在電弧加熱下形成的熔池往往導致局部下凹現象，低于母材管壁表面。焊縫材料經過電弧加熱后其力學性能與管壁材料性能差距較大，且鋁合金的熔化焊通常難以完全避免焊接氣孔的存在。因此，在焊縫厚度不高于管壁厚度的情況下，導管焊縫區域往往成為構件薄弱區域，必須增加焊縫區厚度來提高該區域的承載能力。此外，焊縫表面凹凸不一致，也影響了產品外觀質量。

目前解決上述問題的手段之一是在管焊機焊接結束后，再在焊縫表面進行手工填絲補焊，由于管路直徑小(通常直徑在20mm以下)、形狀復雜難以旋轉，手工焊接操作難于控制，往往出現咬邊、氣孔等缺陷，另外手工補焊的焊縫成形一致性差，與自動焊相比，焊縫表面質量不夠美觀。上述制造手段導致鋁合金導管焊接合格率低下，急需改進焊接工藝手段。

另一種改進方法是應用在管頭與管路的焊接上，由于管頭是由機械加工制造，為了獲得焊縫填充金屬，通常在管頭需要對接的端面上，通過車床加工出一凸起圓環臺，再與管路進行焊接。該方法克服了無凸臺管路焊接的焊縫下凹問題，但由于僅在一側具有凸起圓臺，使得連接面兩側溫度場場分布不對稱，極易導致焊縫氣孔。此外，該方法僅適用于管頭與管路的焊接，對于管路與管路的對接無法采用該方法。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種鋁合金管對接電弧焊接方法，該方法通過一次施焊完成焊接過程，焊縫成形美觀，焊接質量優異，焊縫合格率高。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是一種鋁合金管對接電弧焊接方法，包括通常的管焊機全位置TIG電弧焊接方法，其創新點在于：鋁合金管對接端口具有凸起圓臺，作為焊縫金屬填充至焊接熔池，管端口凸起圓臺由管子本體材料形成。

優選地，本發明上述鋁合金管對接電弧焊接方法中，由高頻感應線圈對模具和管端口進行局部快速加熱，同時向上模具施加向下軸向壓力，使管端口在下模具的拘束下，形成凸起圓臺。

優選地，本發明上述鋁合金管對接電弧焊接方法中，首先采用具有較大直徑圓弧過渡段的上模具軸向下壓熱態鋁合金管，使管端口在下模具的拘束下首先形成外張形狀；然后，更換上模具和下模具，實施相同熱塑成形過程，獲得小直徑過渡圓弧的凸起圓臺。

優選地，本發明上述鋁合金管對接電弧焊接方法中，進入高頻感應線圈加熱區域的鋁合金管軸向長度小于等于15mm，加熱時間為3-10s，凸起圓臺的高度為1-2倍鋁合金管壁厚。

優選地，本發明上述鋁合金管對接電弧焊接方法中，在加熱區域外的冷態鋁合金管外壁施加套環壓緊，利用其摩擦力平衡上模具施加的軸向力。

優選地，本發明上述鋁合金管對接電弧焊接方法中，在高頻感應線圈加熱時，施加氬氣保護，保護氣流由高頻感應線圈直徑大小的環形不導電管子吹送，環形管子均布氬氣出孔，吹向鋁合金管加熱區域。

相對于現有技術，本發明通過對導管端面進行熱力作用下擴孔塑性成形，獲得對接端面的凸起圓臺，隨后進行管焊機TIG電弧全位置焊接。在焊接過程中，凸起圓臺經電弧熱熔化，作為填充材料進入焊縫熔池，形成具有一定余高的焊縫。這樣在焊縫區域其厚度大于管壁厚度，焊縫無下凹現象。這一方面增加了焊接區域承載面積，提高了焊縫承載能力；另一方面，圓滑過渡的焊縫余高，改善了焊縫受力狀態，也提高了焊縫的疲勞性能。此外，這種熱塑成形的管材擴孔方式與冷態下機械擴孔相比，不會導致焊縫附近管壁變薄、管孔過渡圓角的直徑過大、擴孔部分破裂等問題。

本發明可以解決鋁合金管-管對接焊縫局部下凹問題，同時避免了冷態機械擴孔造成的孔過渡直徑大、附近管壁變薄、管壁破裂等問題，并能有效降低焊縫氣孔發生率。

附圖說明

圖1是熱塑成形擴孔第一步預成型階段示意圖；

圖2為鋁合金管熱塑擴孔成形第二階段示意圖；

圖3為具有熱塑擴孔成形凸起圓臺的管-管對接電弧焊接示意圖；

圖4為具有凸起圓臺的管-管對接TIG焊后形貌示意圖。