CN108145365A - 一种密闭型腔体焊接接头结构及其焊接夹具和焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密闭型腔体焊接接头结构，包括腔体和盖板，腔体上设有支撑台阶，支撑台阶的外侧设有台阶壁，所述盖板的厚度为D，所述支撑台阶的宽度为W，所述台阶壁的厚度为A，当D≤8mm时，所述台阶壁的厚度A≥D+1，所述支撑台阶的宽度W≥0.5×D。本发明的焊接夹具包括固定装置、与所述固定装置配合夹紧工件两侧的夹紧装置和用于支撑工件并对工件定位的支撑定位装置，所述支撑定位装置设于所述固定装置和所述夹紧装置之间。本发明的焊接方法包括固定、夹紧、焊接等步骤。本发明的焊接接头结构、焊接夹具和焊接方法具有焊接质量好、适用于异种材料的批量焊接、能有效防止焊接缺陷等优点。

Description

一种密闭型腔体焊接接头结构及其焊接夹具和焊接方法

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊接技术领域，尤其涉及一种密闭型腔体焊接接头结构及其焊接夹具和焊接方法。

背景技术

密闭型腔体结构的零件广泛应用于散热器、换热器等设备，如腔体式水冷板广泛应用于大电流、大功率配电柜的散热器。腔体和盖板往往采用不同的材料，若使用传统的熔化焊对其进行焊接，易产生气孔，变形较大等缺陷，产品合格率低，同时熔化焊对焊接环境温度湿度及焊接人员技能的要求较高，加工成本高。搅拌摩擦焊焊接可以进行异种材料焊接，焊缝质量好，变形少、无污染、对环境温度湿度不敏感，但使用搅拌摩擦焊对密闭型腔体结构进行焊接也存在一些问题和难点。密闭型腔体的零件结构复杂，常采用铸造方式加工生产，盖板采用板材，因而腔体式水冷板常见的铸铝与铝板的焊接，在搅拌摩擦焊的过程中也容易出现沟槽缺陷、焊缝塌陷、边缘塌边等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种焊接质量好、适用于异种材料的批量焊接、且能有效防止焊接缺陷的密闭型腔体焊接接头结构及其焊接夹具和焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种密闭型腔体焊接接头结构，包括腔体和盖板，所述腔体上设有供所述盖板盖合于腔体上的支撑台阶，所述支撑台阶的外侧设有防止所述盖板水平移动的台阶壁，所述盖板的厚度为D，所述支撑台阶的宽度为W，所述台阶壁的厚度为A，当D≤8mm时，所述台阶壁的厚度A≥D+1，所述支撑台阶的宽度W≥0.5×D。

上述的密闭型腔体焊接接头结构，优选的，所述支撑台阶的宽度W不小于1mm。

上述的密闭型腔体焊接接头结构，优选的，所述台阶壁的厚度A不小于6mm。

上述的密闭型腔体焊接接头结构，优选的，当D＞8mm时，所述台阶壁的厚度A≥D，所述支撑台阶的宽度W≥4mm。

上述的密闭型腔体焊接接头结构，优选的，所述盖板的形状为圆形、椭圆形、腰形、重叠圆形、哑铃形、正方形、长方形、缺口长方形或多边形。

一种装夹具有上述密闭型腔体焊接接头结构的工件的焊接夹具，包括固定装置、与所述固定装置配合夹紧工件两侧的夹紧装置和用于支撑工件并对工件定位的支撑定位装置，所述支撑定位装置设于所述固定装置和所述夹紧装置之间。

上述的焊接夹具，优选的，所述支撑定位装置包括支撑底面和定位侧面，所述支撑底面和所述定位侧面相互垂直，所述支撑底面和定位侧面均与所述固定装置和所述夹紧装置垂直。

一种使用上述焊接夹具的对具有上述密闭型腔体焊接接头结构的工件进行焊接的方法，包括以下步骤，

(a)将所述固定装置固定在工作台上，然后将所述支撑定位装置紧靠并垂直于固定装置固定在工作台上；

(b)将具有上述密闭型腔体焊接接头结构的工件放置于所述支撑定位装置上，然后驱动所述夹紧装置将工件夹紧，保证工件与焊接夹具贴紧且无间隙；

(c)紧固后对工件进行搅拌摩擦焊。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的密闭型腔体焊接接头结构，当D≤8mm时，所述台阶壁的厚度A≥D+1，所述支撑台阶的宽度W≥0.5×D，由于搅拌头的轴肩直径在焊接过程中有个向下的顶端力，若搅拌头在焊接过程的搅拌力没有形成有效的支撑会造成塑化状态的铝合金外溢，不能形成良好的焊缝，因此选择适当的台阶壁厚度A能防止焊接过程中塌边，若台阶壁的厚度过小，台阶壁的边缘在进行搅拌摩擦焊的过程中容易塌陷掉落形成缺口进而影响焊接质量；选择适当的支撑台阶宽度W能够防止焊接过程中焊缝的塌陷，支撑台阶的宽度过小，在进行搅拌摩擦焊接的过程中可能无法支撑起盖板，从而导致盖板下沉焊缝塌陷。

本发明的焊接夹具，包括固定装置、夹紧装置和支撑定位装置，固定装置和夹紧装置配合能将工件的两侧夹紧防止焊接时因工件受力发生窜动或偏移影响焊接质量，支撑定位装置能起到支撑工件的作用，此外固定形状尺寸的支撑定位装置能与固定装置配合，对工件进行快速定位，保证装夹的精度，配合夹紧装置装夹，提高工作效率。

本发明的焊接方法，由于工件具有上述的密闭型腔体焊接接头结构，能够批量焊接异种材料，同时使用了相应的焊接夹具，能保证工件与夹具定位面贴紧无间隙，提高了焊接质量，能快速高效地焊接出无质量缺陷的焊缝，取得良好的经济效益。

附图说明

图1是密闭型腔体焊接接头结构的剖面图(腔体内无支撑)。

图2是密闭型腔体焊接接头结构的剖面图(腔体内有支撑)。

图3是各种盖板的结构示意图。

图4是实施例1中焊接夹具的结构示意图(未装夹工件)。

图5是实施例1中焊接夹具的结构示意图(装夹工件)。

图6是实施例2中焊接夹具的结构示意图(装夹工件)

图例说明：

1、盖板；2、腔体；21、支撑台阶；22、台阶壁；3、固定装置；4、夹紧装置；5、支撑定位装置；51、支撑底面；52、定位侧面；6、精密平口钳。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1：

如图1所示，本实施例的密闭型腔体焊接接头结构，包括腔体2和盖板1，盖板1为长方形，腔体2上设有供盖板1盖合于腔体2上的支撑台阶21，支撑台阶21的外侧设有防止盖板1水平移动的台阶壁22，盖板1的厚度D＝6mm，由于D＜8mm，因此支撑台阶21的最小宽度为0.5×6＝3mm，台阶壁22的最小厚度为6+1＝7mm，即W≥3mm，A≥7mm。

实施例2：

如图2所示，本实施例待焊接的腔体式水冷板，包括腔体2和盖板1，盖板1为圆形，腔体2上设有供盖板1盖合于腔体2上的支撑台阶21，支撑台阶21的外侧设有防止盖板1水平移动的台阶壁22，盖板1的厚度D＝10mm，由于D＞8mm，因此支撑台阶21的最小宽度为4mm，台阶壁22的最小厚度为10mm，即W≥4mm，A≥10mm。

上述两个实施例的设计结构尺寸均能有效防止焊接过程塌边和焊缝塌陷等焊接缺陷，提高焊接质量。

如图4和图5所示，实施例1采用焊接夹具装夹上述工件进行焊接，焊接夹具包括固定装置3、与固定装置3配合夹紧工件两侧的夹紧装置4和用于支撑工件并对工件定位的支撑定位装置5，支撑定位装置5设于固定装置3和夹紧装置4之间，该焊接夹具能够将待焊接的工件精准、稳固夹紧，以保证焊接精度和焊接质量。

该焊接夹具的支撑定位装置5包括支撑底面51和定位侧面52，支撑底面51和定位侧面52相互垂直，支撑底面51和定位侧面52均与固定装置3和夹紧装置4垂直，支撑底面51、定位侧面52和固定装置5配合能够从横向、纵向、竖向三个方向维度对工件进行定位，保证装夹精度，然后配合夹紧装置将工件夹紧，防止焊接时因受力窜动偏移而影响焊接质量。

如图6所示，实施例2采用如下焊接方法进行焊接，包括以下步骤，

(a)将固定装置3固定在精密平口钳6上，然后将支撑定位装置5用螺钉和定位销固定在精密平口钳6上，保证固定装置3和定位侧面52垂直，同时保证精密平口钳6上端面平齐工件的上端面，从而组成焊接夹具，然后用T型螺栓、螺母将精密平口钳6固定在工作平台上；

(b)将盖板1安装在腔体2的上端面，保证工件上端面平齐，然后将工件整体安装在焊接夹具中，保证工件的三个定位面与焊接夹具的三个定位面紧贴、无间隙，再紧固精密平口钳6的钳口驱动夹紧装置将工件夹紧，此时工件处于待焊状态；

(c)设定旋转主轴与焊接前进方向的夹角、搅拌头转速、匹配焊接速度等焊接参数，完成工件的搅拌摩擦焊过程。

上述焊接方法将工件精准、稳固地固定于焊接夹具中，提高了焊接质量，能快速高效地焊接出无质量缺陷的焊缝。

在其他实施例中，如图3所示，盖板1的形状还可以为圆形、椭圆形、腰形、重叠圆形、哑铃形、正方形、长方形、缺口长方形或多边形。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种密闭型腔体焊接接头结构，包括盖板(1)和腔体(2)，所述腔体(2)上设有供所述盖板(1)盖合于腔体(2)上的支撑台阶(21)，所述支撑台阶(21)的外侧设有防止所述盖板(1)水平移动的台阶壁(22)，其特征在于：所述盖板(1)的厚度为D，所述支撑台阶(21)的宽度为W，所述台阶壁(22)的厚度为A，当D≤8mm时，所述台阶壁(22)的厚度A≥D+1，所述支撑台阶(21)的宽度W≥0.5×D。

2.根据权利要求1所述的密闭型腔体焊接接头结构，其特征在于：所述支撑台阶(21)的宽度W不小于1mm。

3.根据权利要求1所述的密闭型腔体焊接接头结构，其特征在于：所述台阶壁(22)的厚度A不小于6mm。

4.根据权利要求1所述的密闭型腔体焊接接头结构，其特征在于：当D＞8mm时，所述台阶壁(22)的厚度A≥D，所述支撑台阶(21)的宽度W≥4mm。

5.根据权利要求1或4所述的密闭型腔体焊接接头结构，其特征在于：所述盖板(1)的形状为圆形、椭圆形、腰形、重叠圆形、哑铃形、正方形、长方形、缺口长方形或多边形。

6.一种装夹具有权利要求1至5任一项所述的密闭型腔体焊接接头结构的工件的焊接夹具，其特征在于：包括固定装置(3)、与所述固定装置(3)配合夹紧工件两侧的夹紧装置(4)和用于支撑工件并对工件定位的支撑定位装置(5)，所述支撑定位装置(5)设于所述固定装置(3)和所述夹紧装置(4)之间。

7.根据权利要求6所述的焊接夹具，其特征在于：所述支撑定位装置(5)包括支撑底面(51)和定位侧面(52)，所述支撑底面(51)和所述定位侧面(52)相互垂直，所述支撑底面(51)和定位侧面(52)均与所述固定装置(3)和所述夹紧装置(4)垂直。

8.一种使用权利要求6或7所述的焊接夹具的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤，

(a)将所述固定装置(3)固定在工作台上，然后将所述支撑定位装置(5)紧靠并垂直于固定装置(3)固定在工作台上；

(b)将具有权利要求1至3任一项所述的密闭型腔体焊接接头结构的工件放置于所述支撑定位装置(5)上，然后驱动所述夹紧装置(4)将工件夹紧，保证工件与焊接夹具贴紧且无间隙；

(c)紧固后对工件进行搅拌摩擦焊。