一種鋁合金薄板焊接方法及其焊接設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種使用簡單且受焊接空間影響小的鋁合金薄板焊接方法及其焊接設備，本發明提供的方法通過對焊接后尚未恢復強度的高溫金屬的碾壓，補償在加熱過程中產生的壓縮塑性應變，減少了焊縫的收縮量，使焊接過程中瞬態應力降低，進而達到降低瞬時焊接變形的目的。之后在對經過碾壓仍處于冷卻收縮受拉伸狀態的金屬進行擠壓，通過擠壓力的作用，抵消了部分拉應力，防止了工件熱裂紋的產生。本發明提供的設備，包括車架以及設置在所述車架上的TIG焊接裝置、壓板裝置、碾壓裝置、擠壓裝置和控制系統，所述壓板裝置、所述TIG焊接裝置、所述碾壓裝置和所述擠壓裝置按預定間距成一直線依次排列，使用該設備可以實現本發明所提供的焊接方法。
【專利說明】一種鋁合金薄板焊接方法及其焊接設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金焊接領域，尤其是一種鋁合金薄板焊接方法及其焊接設備。
【背景技術】
[0002]鋁及其合金是有色金屬中用途較廣的金屬之一，鋁合金材料具有較高的比強度、耐腐蝕、良好的導電導熱性以及可焊接性等優點。而薄板類鋁合金結構重量輕、工藝性能好(易加工、易成型)、聯接方便等特點，因而代替了傳統鋼結構，被廣泛地應用于各種焊接結構產品中。鋁合金薄板在焊接過程中，由于它的熱傳導系數大、線膨脹系數大的原因，在焊接過程中導致熔池附近與四周金屬的溫度梯度大，焊縫附近由于溫度高，極易發生撓曲變形，電弧下方的金屬向上漲起，造成與平臺的脫離，導致熄弧、粘住焊槍，引起焊接過程的中斷。因此，目前鋁合金薄板的焊接都是在大型夾具的固定下進行操作，如常用的琴鍵式焊接夾具。然而傳統的鋁合金薄板焊接的這種特殊性給實際生產帶來諸多不利因素:制造大型夾具增加了生產成本，焊前對于被焊接件的裝夾造成了工時過長，勞動強度提高，減低了生產效率。
[0003]TIG焊又稱為惰性氣體鎢極保護焊，其熱源為直流電弧，工作電壓為10?15伏，但電流可達300安，把工件作為正極，焊炬中的鎢極作為負極。惰性氣體一般為氬氣。現有的半自動TIG焊鋁合金薄板系統，一般由固定焊槍的行走機構、平臺、外加TIG焊機與被焊工件尺寸相當的大型琴鍵夾具組成。設備龐大、分散，這在一定程度上增加了設備成本、裝夾工時，降低生產效率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種使用簡單且受焊接空間影響小的鋁合金薄板焊接方法及其焊接設備。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供的鋁合金薄板焊接方法采用如下技術方案:
[0006]一種鋁合金薄板焊接方法，包括以下步驟:
[0007]S1:焊接前對焊接設備進行檢查，清洗待焊接工件焊接位置的雜物，并將焊槍放置到焊接位置的上方，同時固定待焊接工件；
[0008]S2:以O-lOmm/s的焊接速度采用TIG焊對待焊接工件進行焊接，得到焊接工件；
[0009]S3:對焊接工件焊縫上凝固的尚未恢復強度的高溫金屬進行碾壓，使處于冷凝收縮狀態的金屬產生塑性延展；
[0010]S4:對焊接工件焊縫上經過碾壓仍處于冷卻收縮受拉伸狀態的金屬進行擠壓，擠壓方向與所述處于冷卻收縮狀態的金屬產生的拉應力方向相反；
[0011]S5:焊接完成后，移開焊槍，檢查焊接質量并取出焊接工件。
[0012]作為本發明焊接方法的一種改進，在步驟SI中，調整所述焊槍與所述待焊接工件之間的高度，使所述焊槍上的烏極尖端與所述待焊接工件之間的距離在之間。
[0013]采用上述焊接方法，通過對焊接后尚未恢復強度的高溫金屬的碾壓，補償在加熱過程中產生的壓縮塑性應變，減少了焊縫的收縮量，使焊接過程中瞬態應力降低，進而達到降低瞬時焊接變形的目的。之后在對經過碾壓仍處于冷卻收縮狀態的金屬進行擠壓，通過擠壓力的作用，抵消了部分拉應力，防止了工件熱裂紋的產生。與現有技術相比，本發明的焊接方法從力學的角度減小鋁合金薄板焊接過程中的應力和變形，使用簡單，同時由于碾壓和擠壓的對象是焊接后的金屬而不是整個焊接工件，受焊接空間影響小。
[0014]本發明提供的鋁合金薄板焊接設備采用如下技術方案:
[0015]一種鋁合金薄板焊接設備，包括車架以及設置在所述車架上的TIG焊接裝置、壓板裝置、碾壓裝置、擠壓裝置和控制系統，所述壓板裝置、所述TIG焊接裝置、所述碾壓裝置和所述擠壓裝置按預定間距成一直線依次排列。
[0016]作為本發明焊接設備的一種改進，所述TIG焊接裝置包括焊槍，所述焊槍通過可調節所述焊槍位置的焊槍夾持部件連接在所述車架上，所述焊槍豎直放置或與水平面傾斜放置。
[0017]作為本發明焊接設備的一種改進，所述壓板裝置包括壓輪和設置在壓輪上方的第
一配重塊。
[0018]作為本發明焊接設備的一種改進，所述碾壓裝置包括一個或多個碾壓輪，所述擠壓裝置包括兩個擠壓輪，所述碾壓輪和所述擠壓輪通過同一個壓輪固定部件連接在所述車架上，所述壓輪固定部件上方還設置有第二配重塊。
[0019]作為本發明焊接設備的進一步改進，所述擠壓輪為圓臺狀擠壓輪，所述碾壓輪為圓柱狀碾壓輪。
[0020]作為本發明焊接設備的進一步改進，所述壓輪固定部件包括固定在所述車架上的固定盤以及上端穿設在所述固定盤上的梯軸，所述梯軸上端與所述固定盤配合處穿插有防止所述梯軸轉動的方鍵，所述梯軸的下端鉸接有滑動塊，所述碾壓輪和所述擠壓輪安裝在所述滑動塊上。
[0021]作為本發明焊接設備的更進一步改進，所述梯軸的中間位置設置有螺紋段，其上安裝有與所述螺紋段配合的支撐螺母，所述支撐螺母和所述固定盤之間穿套有壓縮彈簧。
[0022]作為本發明焊接設備的更進一步改進，所述滑動塊上設置有用于調整所述碾壓輪和所述擠壓輪之間距離的通槽。
[0023]采用上述技術方案，將壓板裝置、TIG焊接裝置、碾壓裝置和擠壓裝置按預定間距成一直線依次排列，通過壓板裝置實現對焊接工件的局部固定，然后再使用TIG焊接裝置進行焊接，之后依次使用碾壓裝置和擠壓裝置實現對焊接工件焊接位置金屬的碾壓和擠壓，實現本發明的鋁合金薄板焊接方法，結構簡單、使用方便，與現有的TIG焊接設備相比，不需要設置夾具，節省了使用時裝夾工件的時間，提供了生產效率。
[0024]進一步，通過焊槍夾持部件固定焊槍，使得焊槍的位置和角度可調節，提升了焊接設備的使用范圍，采用壓輪和第一配重塊作為壓板裝置，結構簡單，同時可以作為焊接設備的行走裝置。此外，通過將擠壓輪設置成圓臺狀擠壓輪，擠壓輪傾斜面與待焊工件接觸，產生垂直于待焊工件表面方向和平行于待焊工件方向的兩個分力，垂直分力壓住待焊工件，限制其向上翹曲，水平分力指向焊縫，抵消薄板焊縫區域焊接冷卻過程受到的拉應力，防止熱裂紋的產生。通過設置壓縮彈簧，保證碾壓輪與擠壓輪工作時與待焊工件表面的貼合。通過設置通槽，使得碾壓輪與擠壓輪之間距離的調節更加方便。【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明焊接設備的結構簡圖；
[0026]圖2為本發明焊接設備的結構示意圖；
[0027]圖3為本發明焊接設備的俯視圖，圖中省略第一配重塊和第二配重塊；
[0028]圖4為本發明焊接設備的夾具的結構示意圖。
[0029]圖中對應標示如下:
[0030]1-車架；11-橫梁；
[0031]12-縱梁；121-通槽；
[0032]13-縱梁;131-通槽；
[0033]2-TIG焊接裝置；21-焊槍；
[0034]22-焊槍夾持部件；221-連接板；
[0035]222-夾具；223-下 V 型塊；
[0036]224-上V型塊； 225-鎖緊盤；
[0037]226-螺栓；3-壓板裝置；
[0038]31-壓輪；32-第一配重塊；
[0039]4-碾壓裝置；41-碾壓輪；
[0040]5-擠壓裝置；51-擠壓輪；
[0041]6-控制系統；7-輪固定部件；
[0042]71-固定盤；72-梯軸；
[0043]73-方鍵；74-滑動塊；
[0044]75-通槽；76-通槽；
[0045]77-支撐螺母； 78-壓實彈簧；
[0046]8-第二配重塊。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。
[0048]本發明的鋁合金薄板焊接方法，包括以下步驟:
[0049]S1:焊接前對焊接設備進行檢查，清洗待焊接工件焊接位置的雜物，并將焊槍放置到焊接位置的上方，調整焊槍與待焊接工件之間的高度，使焊槍上的烏極尖端與待焊接工件之間的距離在之間，需要說明的是，焊槍上的烏極尖端與待焊接工件之間的距離可以根據實際需要設定，并不一定是本實施例中的距離在之間，如果焊接過程中發現鎢極容易粘在焊接工件上，需要適當增加焊槍上的烏極尖端與待焊接工件之間的距離，同時，固定待焊接工件；
[0050]S2:采用TIG焊對待焊接工件進行焊接，以O-lOmm/s的焊接速度采用TIG焊對待焊接工件進行焊接，得到焊接工件，TIG焊可以采用常規的半自動TIG焊焊接；
[0051]S3:對焊接工件焊縫上凝固的尚未恢復強度的高溫金屬進行碾壓，使處于冷凝收縮狀態的金屬產生塑性延展，降低焊接過程中的瞬態應力；
[0052]S4:對焊接工件焊縫上經過碾壓仍處于冷卻收縮受拉伸狀態的金屬進行擠壓，擠壓方向與所述處于冷卻收縮狀態的金屬產生的拉應力方向相反；
[0053]S5:焊接完成后，移開焊槍，檢查焊接質量并取出焊接工件。
[0054]本發明的鋁合金薄板焊接設備的結構簡圖如圖1所示，包括車架I以及設置在車架I上的TIG焊接裝置2、壓板裝置3、碾壓裝置4、擠壓裝置5和控制系統6，上述壓板裝置
3、TIG焊接裝置2、碾壓裝置4和擠壓裝置5按預定間距成一直線依次排列。
[0055]如圖1和圖2所示，車架I為便拆式結構，主要由角鋼和薄鋼條組裝而成，為配合其他零部件的裝配，在車架I的一些特定位置開有通槽和通孔，方便安裝及拆卸。TIG焊接裝置2包括焊槍21，焊槍21通過可調節焊槍21位置的焊槍夾持部件22固定在車架I上，焊槍21可以根據實際需要選擇豎直放置或與水平面傾斜放置。焊槍夾持部件22包括與車架I上的橫梁11連接在一起的連接板221，橫梁11由角鋼加工而成，其豎直的一面上開設有兩平行通槽，連接板221也設置成有一定彎曲角度的彎曲結構，其一端通過螺釘與橫梁11連接，當螺釘處于緊固狀態時，連接板221與橫梁11固定連接，當螺釘未擰緊時，連接板221可在橫梁11的通槽上滑移，從而使得焊槍夾持部件22具有調節橫向位置的功能。車架I的縱梁12和13上還分別開設有等長的通槽121和131，橫梁11通過螺釘與縱梁12和13連接，當螺釘處于緊固狀態時，橫梁11與縱梁12和13固定連接，當螺釘未擰緊時，橫梁11可帶著焊槍夾持部件22在通槽121和131上滑移，從而使得焊槍夾持部件22具有調節縱向位置的功能。連接板221的另一端連接有用于夾緊焊槍21的夾具222，如圖4所示，夾具222包括下V型塊223、上V型塊224、鎖緊盤225和螺栓226，下V型塊223和上V型塊224開口相對，一端相互鉸接，另一端通過螺栓226連接，鎖緊盤225也安裝在螺栓226上，用于緊固下V型塊223和上V型塊224。裝夾時，旋轉鎖緊盤225，使下V型塊223和上V型塊224通過螺栓226連接的一端分離，然后將焊槍21的槍柄放在上V型塊224與下V型塊223之間的卡槽內，最后旋轉鎖緊盤225，使下V型塊223和上V型塊224通過螺栓226連接的一端相互靠合直至夾緊焊槍21。通過此結構和方式裝夾焊槍21非常方便、受空間限制小，并且適應不同尺寸焊槍21。
[0056]壓板裝置3包括壓輪31和設置在壓輪上方的第一配重塊32，第一配重塊32的作用在于增加壓輪31對待焊接工件的壓力，其重量可以根據實際需要設計。在本實施例中，壓輪31有兩個，第一配重塊32設置在兩壓輪31之間的上方，其具體安裝方式可以是常規的方式，如直接壓在兩壓輪31的輪軸上。兩壓輪31之間的距離可以根據實際需要設定，但需確保壓輪31固定待焊接薄板后，不能影響其后面TIG焊接裝置2、碾壓裝置4和擠壓裝置5的工作，即擠壓裝置5在工作時，該焊接位置的薄板是不會移動的。壓輪31也可以只設置一個，但此時壓輪31的寬度需遠大于焊縫的寬度。
[0057]碾壓裝置4包括一個或多個碾壓輪41，在本實施例中，碾壓輪41只有一個，為常規的圓柱狀碾壓輪。為適應不同電流電弧下焊縫區域大小要求，碾壓輪41也設計成多組并列放置，其輪子的總寬度從5mm-20mm變化。擠壓裝置5包括兩個擠壓輪51，兩個擠壓輪51之間的距離可以根據實際需要設置，一般在10mm-40mm之間。在本實施例中，擠壓輪51為圓臺狀擠壓輪，即其橫向剖面為梯形，圓臺狀擠壓輪的傾斜角度最好設置在1° -5°之間。碾壓輪41和擠壓輪51通過同一個壓輪固定部件7連接在所述車架I上，壓輪固定部件7上方還設置有第二配重塊8，第二配重塊8的作用在于為碾壓輪41和擠壓輪51提供適當的壓力，其重量可以根據實際需要設計。[0058]通常情況下，碾壓輪41、擠壓輪51與焊槍21之間的距離越近越好，這樣焊槍21后方的金屬尚處于高溫，強度較低，只需用比較小的碾壓力作用于焊縫金屬，便可起到對焊縫的塑性延展作用。但也不能太近，如果這幾個部件的距離太近，會導致焊縫金屬尚處于熔融狀態就進行碾壓工序，很容易將焊縫壓塌，無法完成焊接過程。而如果碾壓輪41與焊槍21的距離太遠，碾壓時焊縫金屬已完全凝固，并恢復了強度，即便用再大的力也很難對焊縫進行延展，達不到預期的效果。因此，為了達到較好的碾壓和擠壓效果，碾壓輪41與擠壓輪51需作用于焊接熔池后方的拉伸塑性區，經計算，該拉伸塑性區大概在焊槍21后方距其20mm-40mm之間，具體的最佳距離可以根據待焊接工件的具體材料牌號、大小以及厚度來計算確定。
[0059]壓輪固定部件7包括固定在車架I上的固定盤71以及上端穿設在固定盤71上的梯軸72，梯軸72上端與固定盤71配合處穿插有防止梯軸72轉動的方鍵73，方鍵73可以是現有技術中常見的結構，只要其能起到防止梯軸72轉動的目的即可。梯軸72的下端鉸接有滑動塊74，滑動塊74上設置有用于調整碾壓輪41和擠壓輪51之間距離的通槽75和76，碾壓輪41和擠壓輪51分別通過通槽75和76安裝在滑動塊74上，其連接方式也是通過螺釘連接，當螺釘處于緊固狀態時，碾壓輪41和/或擠壓輪51與滑動塊74固定連接，當螺釘未擰緊時，碾壓輪41和/或擠壓輪51可以在通槽121和/或131上滑移。梯軸72的中間位置設置有螺紋段，其上安裝有與其螺紋段配合的支撐螺母77，支撐螺母77和固定盤71之間穿套有壓縮彈簧78，壓縮彈簧78的作用在于將第二配重塊8提供的壓力穩定的往下傳遞。
[0060]上述TIG焊接裝置2、壓板裝置3、碾壓裝置4、擠壓裝置5的工作時序由控制系統6控制，在本實施例中，控制系統6為現有技術中常見的控制系統，在此不再詳述。
[0061]下面結合本發明招合金薄板的焊接方法和焊接設備，以焊接2mm厚、320mmX200mm的LY12硬鋁合金薄板為例，詳細說明一下焊接步驟:
[0062]S1:焊接前對焊接設備進行檢查，清洗待焊接工件焊接位置的雜物，在工件縱向的中心位置畫一條標記線，焊縫中心應該大致位于此標記線上，同時將焊接設備放置在待焊接工件上；
[0063]S2:調整焊接設備上各個裝置的位置，確保兩個壓輪31的中心連線的中點、焊槍
21、碾壓輪41以及兩個擠壓輪51的中心連線的中點在同一直線上，該直線與步驟SI中畫的標記線重合，同時，壓輪31壓住待焊接工件。
[0064]S3:調整焊槍21的高度，使其鎢極尖端與待焊接工件之間的距離在之間，同時調整壓輪31、碾壓輪41和擠壓輪51和焊槍21之間的距離至預定距離，其中，焊槍21與碾壓輪41之間的距離為30mm，焊槍21與擠壓輪51之間的距離為53mm。
[0065]S4:采用TIG焊對待焊接工件進行焊接得到焊接工件，焊接速度為4mm/s，焊接電流為70A，焊接保護氣體流量為20L/min，冷卻方式為空氣冷卻，在焊接的同時，控制系統6驅動壓輪31往前移動；
[0066]S3:碾壓輪41在壓輪31的帶動下往前運動，對焊接工件焊縫上凝固的尚未恢復強度的高溫金屬進行碾壓，使處于冷凝收縮狀態的金屬產生塑性延展；
[0067]S4:擠壓輪51在壓輪31的帶動想往前運動，擠壓輪51通過與其接觸的焊縫附件的金屬對焊接工件焊縫上經過碾壓仍處于冷卻收縮狀態的金屬進行擠壓，擠壓方向與所述處于冷卻收縮狀態的金屬產生的拉應力方向相反；
[0068]S5:焊接完成后，移開焊接設備，檢查焊接質量并取出焊接工件。
[0069]上面結合附圖對本發明做了詳細的說明，但是本發明的實施方式并不僅限于上述實施方式，本領域技術人員根據現有技術可以對本發明做出各種變形，如使用其他結構的夾具代替本發明中的夾具222等，這些都屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種鋁合金薄板焊接方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:焊接前對焊接設備進行檢查，清洗待焊接工件焊接位置的雜物，并將焊槍放置到焊接位置的上方，同時固定待焊接工件； 52:以O-lOmm/s的焊接速度采用TIG焊對待焊接工件進行焊接，得到焊接工件； 53:對焊接工件焊縫上凝固的尚未恢復強度的高溫金屬進行碾壓，使處于冷凝收縮狀態的金屬產生塑性延展； 54:對焊接工件焊縫上經過碾壓仍處于冷卻收縮受拉伸狀態的金屬進行擠壓，擠壓方向與所述處于冷卻收縮狀態的金屬產生的拉應力方向相反； 55:焊接完成后，移開焊槍，檢查焊接質量并取出焊接工件。
2.如權利要求1所述的鋁合金薄板焊接方法，其特征在于，在步驟SI中，調整所述焊槍與所述待焊接工件之間的高度，使所述焊槍上的烏極尖端與所述待焊接工件之間的距離在2mm-3mm 之間。
3.一種采用權利要求1所述的鋁合金薄板焊接方法的焊接設備，其特征在于，包括車架以及設置在所述車架上的TIG焊接裝置、壓板裝置、碾壓裝置、擠壓裝置和控制系統，所述壓板裝置、所述TIG焊接裝置、所述碾壓裝置和所述擠壓裝置按預定間距成一直線依次排列。
4.如權利要求3所述的焊接設備，其特征在于，所述TIG焊接裝置包括焊槍，所述焊槍通過可調節所述焊槍位置的焊槍夾持部件連接在所述車架上，所述焊槍豎直放置或與水平面傾斜放置。
5.如權利要求3或4所述的焊接設備，其特征在于，所述壓板裝置包括壓輪和設置在壓輪上方的第一配重塊。
6.如權利要求3或4所述的焊接設備，其特征在于，所述碾壓裝置包括一個或多個碾壓輪，所述擠壓裝置包括兩個擠壓輪，所述碾壓輪和所述擠壓輪通過同一個壓輪固定部件連接在所述車架上，所述壓輪固定部件上方還設置有第二配重塊。
7.如權利要求6所述的焊接設備，其特征在于，所述擠壓輪為圓臺狀擠壓輪，所述碾壓輪為圓柱狀碾壓輪。
8.如權利要求6所述的焊接設備，其特征在于，所述壓輪固定部件包括固定在所述車架上的固定盤以及上端穿設在所述固定盤上的梯軸，所述梯軸上端與所述固定盤配合處穿插有防止所述梯軸轉動的方鍵，所述梯軸的下端鉸接有滑動塊，所述碾壓輪和所述擠壓輪安裝在所述滑動塊上。
9.如權利要求8所述的焊接設備，其特征在于，所述梯軸的中間位置設置有螺紋段，其上安裝有與所述螺紋段配合的支撐螺母，所述支撐螺母和所述固定盤之間穿套有壓縮彈簧。
10.如權利要求8所述的焊接設備，其特征在于，所述滑動塊上設置有用于調整所述碾壓輪和所述擠壓輪之間距離的通槽。
【文檔編號】B23K37/00GK104002025SQ201410218450
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】周廣濤, 陳強, 王立鵬, 陳志偉, 黃海瀚, 江余東, 郭廣磊, 陳聰彬, 劉駿 申請人:華僑大學