专利名称：一种铝合金管扩孔焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种管件焊接方法，具体地说是涉及一种利用铝合金导管本体材料作为焊缝填充物，在电弧作用下将铝合金导管对焊在一起的改进方法，属于焊接领域。
背景技术：
在工业制造领域，复杂的管路系统被广泛采用，特别是小直径铝合金导管。铝合金导管通过挤压制造，导管对接面的管壁厚与其余部分壁厚一致。由于导管形状的复杂性，在焊接该导管时，管件通常保持不动，通过管焊机电弧旋转360°进行全位置焊。
但是，该方法有下列弊端由于电弧焊接加热范围大，管路对接时无填充材料，在电弧加热下形成的熔池往往导致局部下凹现象，低于母材管壁表面。焊缝材料经过电弧加热后其力学性能与管壁材料性能差距较大，且铝合金的熔化焊通常难以完全避免焊接气孔的存在。因此，在焊缝厚度不高于管壁厚度的情况下，导管焊缝区域往往成为构件薄弱区域，必须增加焊缝区厚度来提高该区域的承载能力。此外，焊缝表面凹凸不一致，也影响了产品外观质量。
目前解决上述问题的手段之一是在管焊机焊接结束后，再在焊缝表面进行手工填丝补焊，由于管路直径小(通常直径在20mm以下)、形状复杂难以旋转，手工焊接操作难于控制，往往出现咬边、气孔等缺陷，另外手工补焊的焊缝成形一致性差，与自动焊相比，焊缝表面质量不够美观。上述制造手段导致铝合金导管焊接合格率低下，急需改进焊接工艺手段。
另一种改进方法是应用在管头与管路的焊接上，由于管头是由机械加工制造，为了获得焊缝填充金属，通常在管头需要对接的端面上，通过车床加工出一凸起圆环台，再与管路进行焊接。该方法克服了无凸台管路焊接的焊缝下凹问题，但由于仅在一侧具有凸起圆台，使得连接面两侧温度场场分布不对称，极易导致焊缝气孔。此外，该方法仅适用于管头与管路的焊接，对于管路与管路的对接无法采用该方法。发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种铝合金管对接电弧焊接方法，该方法通过一次施焊完成焊接过程，焊缝成形美观，焊接质量优异，焊缝合格率高。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是一种铝合金管对接电弧焊接方法， 包括通常的管焊机全位置TIG电弧焊接方法，其创新点在于铝合金管对接端口具有凸起圆台，作为焊缝金属填充至焊接熔池，管端口凸起圆台由管子本体材料形成。
优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，由高频感应线圈对模具和管端口进行局部快速加热，同时向上模具施加向下轴向压力，使管端口在下模具的拘束下，形成凸起圆台。
优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，首先采用具有较大直径圆弧过渡段的上模具轴向下压热态铝合金管，使管端口在下模具的拘束下首先形成外张形状； 然后，更换上模具和下模具，实施相同热塑成形过程，获得小直径过渡圆弧的凸起圆台。
优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，进入高频感应线圈加热区域的铝合金管轴向长度小于等于15mm，加热时间为3-10S，凸起圆台的高度为1_2倍铝合金管壁厚。
优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，在加热区域外的冷态铝合金管外壁施加套环压紧，利用其摩擦力平衡上模具施加的轴向力。
优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，在高频感应线圈加热时，施加氩气保护，保护气流由高频感应线圈直径大小的环形不导电管子吹送，环形管子均布氩气出孔，吹向铝合金管加热区域。
相对于现有技术，本发明通过对导管端面进行热力作用下扩孔塑性成形，获得对接端面的凸起圆台，随后进行管焊机TIG电弧全位置焊接。在焊接过程中，凸起圆台经电弧热熔化，作为填充材料进入焊缝熔池，形成具有一定余高的焊缝。这样在焊缝区域其厚度大于管壁厚度，焊缝无下凹现象。这一方面增加了焊接区域承载面积，提高了焊缝承载能力； 另一方面，圆滑过渡的焊缝余高，改善了焊缝受力状态，也提高了焊缝的疲劳性能。此外，这种热塑成形的管材扩孔方式与冷态下机械扩孔相比，不会导致焊缝附近管壁变薄、管孔过渡圆角的直径过大、扩孔部分破裂等问题。
本发明可以解决铝合金管-管对接焊缝局部下凹问题，同时避免了冷态机械扩孔造成的孔过渡直径大、附近管壁变薄、管壁破裂等问题，并能有效降低焊缝气孔发生率。
图1是热塑成形扩孔第一步预成型阶段示意图2为铝合金管热塑扩孔成形第二阶段示意图3为具有热塑扩孔成形凸起圆台的管-管对接电弧焊接示意图4为具有凸起圆台的管-管对接TIG焊后形貌示意图。
其中1为凸起圆台；2为铝合金管；3和3’为上模具；4为高频感应线圈；5和5’ 下模具；6为X电弧；7为钨极；8为焊缝横截面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。本发明中，管子为铝合金管。
图1是本发明以下实施例1-3中铝合金管热塑扩孔成形的第一阶段示意图。该过程为最终扩孔成形的预处理阶段，其目的是避免在高温状态下，管壁直接受到轴向压力容易产生褶皱变形的问题。在该预处理阶段，上模具3’与下模具5’在管壁扩孔圆角处均具有较大的直径，这样在上模具3’下压时，管壁很容易向外胀出，但此时成形的凸起圆台与管子有较长的过渡距离，不能直接用于焊接。
图2为以下实施例1-3中管子热塑扩孔成形的第二个阶段，此时的上模具与下模具在管子向凸起圆台的过渡处采用小直径的形式，在上模具3下压的过程中，此时经过第一阶段预处理成形的管子，其受力状态得到改善，容易获得向外凸起的圆台，而不会因过大的轴向力导致管端口处的管壁产生褶皱变形。经过两个阶段的热塑性成形后，获得了自带凸起圆台1的管子端口。
图3给出了以下实施例1-3中经过扩孔处理的两根管子对接时的示意图，采用TIG 焊接，钨极7与对接端面对中，在钨极7与工件之间产生的TIG电弧6的加热作用下，凸起圆台材料熔化，并作为焊缝填充物进入熔池。
图4给出了以下实施例1-3中焊后的焊缝形貌示意图，该焊缝横截面8表面圆滑凸起，无咬边、下塌等成形缺陷，焊缝背面也圆滑凸起，焊缝成形美观。
实施例1
LF6铝合金管，直径20mm，壁厚1. 5mm,扩孔加热时间4s，扩孔凸台高1. 5mm,焊接电流85 115A，焊枪旋转速度8rpm。焊后焊缝外观均勻凸起，焊缝表面余高与管壁过渡平滑，焊缝X-射线检验无气孔，满足QJ2865-97 —级焊缝要求。
实施例2
LF6铝合金管，直径15mm，壁厚1. 5mm,扩孔加热时间4s，扩孔凸台高1. 3mm,焊接电流70 98A，焊枪旋转速度8rpm。焊后焊缝均勻凸起，无咬边缺陷，焊缝X-射线检验无气孔，满足QJ2865-97 —级焊缝要求。
实施例3
LF6铝合金管，直径6mm，壁厚1. Omm,扩孔加热时间3s，扩孔凸台高1. 2mm,焊接电流观 4(^，焊枪旋转速度lOrpm。焊后焊缝均勻凸起，无咬边缺陷，焊缝X-射线检验无气孔，满足QJ2865-97 —级焊缝要求。
权利要求
1.一种铝合金管对接电弧焊接方法，包括通常的管焊机全位置TIG电弧焊接方法，其特征在于铝合金管对接端口具有凸起圆台(1)，作为焊缝金属填充至焊接熔池，管端口凸起圆台(1)由管子本体材料形成。
2.根据权利要求1所述的铝合金管对接电弧焊接方法，其特征在于由高频感应线圈 (4)对模具和管端口进行局部快速加热，同时向上模具(3，3’ )施加向下轴向压力，使管端口在下模具(5，5’ )的拘束下，形成凸起圆台(1)。
3.根据权利要求2所述的铝合金管对接电弧焊接方法，其特征在于首先采用具有较大直径圆弧过渡段的上模具(3’ )轴向下压热态铝合金管O)，使管端口在下模具(5’ )的拘束下首先形成外张形状；然后，更换上模具C3)和下模具(5)，实施相同热塑成形过程，获得小直径过渡圆弧的凸起圆台(1)。
4.根据权利要求2所述的铝合金管对接电弧焊接方法，其特征在于进入高频感应线圈(4)加热区域的铝合金管轴向长度小于等于15mm，加热时间为3-lOs，凸起圆台的高度为 1-2倍铝合金管壁厚。
5.根据权利要求4所述的铝合金管对接电弧焊接方法，其特征在于在加热区域外的冷态铝合金管外壁施加套环压紧，利用其摩擦力平衡上模具(3，3’ )施加的轴向力。
6.根据权利要求2所述的铝合金管对接电弧焊接方法，其特征在于在高频感应线圈 (4)加热时，施加氩气保护，保护气流由高频感应线圈直径大小的环形不导电管子吹送，环形管子均布氩气出孔，吹向铝合金管加热区域。
全文摘要
本发明公开了一种管-管对接焊接方法，属于铝合金电弧焊接技术领域。为了避免全位置电弧焊接铝合金管焊缝局部下凹问题，本发明采用至少一侧管子通过热塑成形扩孔方法获得凸起圆台，凸起材料经焊接电弧熔化后作为焊缝填充物，从而改善管焊机全位置焊接铝合金管的焊缝外观成形。根据本发明，凸起圆台采用管对接端口扩孔得到，利用高频感应线圈对管子的端口局部加热，加热的同时向上模具施加向下轴向压力，在下模具的拘束下，管口在端面处形成凸台。随后将带有凸起圆台的管件对接进行全位置焊，圆台材料作为焊缝填充物加入熔池。
文档编号B23K9/167GK102528242SQ20101059736
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者姚君山, 孙耀华, 封小松, 沈小丽, 申世军 申请人:上海航天设备制造总厂