CN109623129A - 一种用于密闭箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及箱体结构的搅拌摩擦焊焊接领域，具体为一种用于密闭箱体结构的搅拌摩擦焊内支撑装置及其焊接工艺。本发明通过焊前在密封箱体端部位置预置可拆装式内支撑装置用于支撑焊接位置，加装箱体端面与支撑位置形成搭接接头作为施焊位置，采用搅拌摩擦焊方式施焊搭接位置，对箱体端面进行密封。施焊结束后控制内支撑装置的组合支撑关节，使支撑关节分离不再具备支撑作用，此时内支撑装置分离成单个组件，组件端面尺寸小于密封箱体的外界连通孔，通过外提拉索逐次将内支撑装置的组件从通孔中取出，最终实现密封箱体结构的端面封焊过程。本发明结构简单，成本低，操作方便，可适用于密封箱体的端面封焊。

Description

一种用于密闭箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺
技术领域
本发明涉及箱体结构的搅拌摩擦焊焊接领域，具体为一种用于密闭箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺。
背景技术
搅拌摩擦焊过程中通过摩擦作用将机械能转化为热能作为焊接热源，因此焊接过程中工件会承受较大的机械力的作用，为保证焊接过程中的顺利进行，需要对工件进行刚性固定，同时为防止工件向下凹陷，需在工件背部加装衬垫。相对于其他弧焊工艺来说，搅拌摩擦焊对工件的装夹要求更高。基于搅拌摩擦焊的特殊性，目前搅拌摩擦焊主要用于结构相对简单的结构形式，如对接长直焊缝、平板搭接焊缝等焊接形式。对于复杂结构件，其对工装的要求更高，因此也限制了搅拌摩擦焊在复杂结构件上的应用。
箱型结构是工业制造中一种常见的结构形式，密封箱体是箱体结构的一种特殊形式，其避免与外部环境的大尺寸连接，仅保留小尺寸连通空间。该类密封箱体结构多为车体油箱部件。为相应国家能源政策，该类结构逐渐由钢铁等黑色金属向铝合金等有色金属方向转变，以达到减重节能的效果。该类密封箱体多为薄板结构，采用传统弧焊工艺由于热输入过大容易造成焊接变形，且变形后极难矫正。搅拌摩擦焊作为一种适用于有色金属焊接的固相连接技术完全符合该类密封结构对焊接工艺的要求，且能极大的简化焊接工艺的复杂性。但搅拌摩擦焊对于装夹的高要求使得该类箱体结构的内支撑装置称为制约搅拌摩擦焊应用的障碍。密闭箱型结构对于内支撑装置的性能要求更高，在保证内支撑结构能够为焊接过程提供足够的刚性支撑的前提下，必须保证支撑结构具有灵活可拆卸功能，以便使内支撑结构从箱体结构的小尺寸通孔内取出。小尺寸空间内内支撑装置能够提供的刚性支撑存在一定极限，因此需要配合相应工艺以减小焊接过程中对支撑结构的机械力的作用。
发明内容
本发明的目的是为克服搅拌摩擦焊在焊接密封箱体时的不足之处，提供一种用于密闭箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其采用分离式内支撑装置为密封箱体搅拌摩擦焊过程提供足够的支撑，焊接完成后通过相关位置控制使内支撑装置能够快速分离，并通过箱体通孔将分离组件依次取出，完成整个焊接过程。
实现本发明目提供技术方案如下：
密封箱体的搅拌搅拌摩擦焊是通过在箱体内部预置可分离式内支撑装置，焊接完成后通过相关组件实现内支撑装置的快速分离，将分离组件通过箱体通孔取出，完成焊接过程。
所述内支撑装置包括支撑大臂、支撑小臂、大小臂水平连接关节、大小臂竖直连接关节、连杆锁紧机构、外提拉索；水平和竖直方向的支撑臂由大臂和小臂组成，水平方向由水平连接关节进行连接，竖直方向上有竖直连接关节进行连接，支撑臂四角由角接位置关节，通过外提拉锁将各位置组件经由箱体通孔取出。
具体工作步骤如下：
(1)内支撑装配：通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
(2)密封箱体端部装夹：将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
(3)焊接过程：采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
(4)拆除内支撑：焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔中取出。
密封箱体搅拌摩擦焊内支撑装置能够实现壁厚在2～5mm之间，箱体截面的长边长度在700mm以内的箱体的焊接。
密封箱体内支撑装置的连接关节具有长度方向可调节功能，保证大支撑臂与小支撑臂之间的紧密配合。
搅拌头为锥台形正旋螺纹搅拌头，搅拌针长度大于板厚，根据不同箱体的壁厚特征，搅拌长度为箱体壁厚的110％～130％之间。
搅拌头转速在900～1100r/min之间，焊接速度在90～200mm/min之间；搅拌头轴肩与搭接接头上板边缘的距离在2.5～4mm之间；焊接过程中前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点：
1、本发明主要针对的是铝合金密封箱的最后阶段的端面封焊环节，通过预置组合式内支撑装置辅助搅拌摩擦焊完成外部施焊的过程，焊接完成后搬动连接机构使内支撑装置迅速分离，利用通孔将分离组件取出。使搅拌摩擦焊能够用于用于密封箱体的最后封焊环节，达到简化焊接工艺，提高焊接效率，减小焊接变形的目的。
2、本发明的内支撑装置结构简单，拆装方便，能够实现工件的快速装配，焊后仅需搬动锁紧关节就能实现组件的快速分离，辅助搅拌摩擦焊实现箱体结构的端面封焊环节。
3、本发明的内支撑装置的锁紧关键横向可伸缩，能够克服由于支撑臂长度不精准而出现的装配间隙或过盈配合等问题；更换支撑臂能够实现不同尺寸的箱体结构的焊接，组合方式非常灵活。
4、本发明使搅拌摩擦焊能够用于箱体结构的端面封焊环节，利用搅拌摩擦焊的优势简化箱体结构端面封焊过程的复杂性，提高焊接效率同时搅拌摩擦焊低的热输入也能够降低箱体的变形程度，保证箱体的尺寸精度。
附图说明
图1为内支撑装置装配结构图。
图中：1-密封结构筒体部件，2-竖直支撑大臂，3-固定螺栓，4-大臂锁紧扣，5-锁紧
连杆，6-小臂锁紧扣，7-锁紧机构，8-竖直支撑小臂，9-水平支撑小臂，10-水平支
撑大臂，11-通孔，12-外提拉索。
图2为内支撑装置结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本发明做进一步说明
本发明的用于密封箱体结构1搅拌摩擦焊的内支撑结构如图1-2所示，包括：竖直支撑大臂2和竖直支撑小臂8组成竖直支撑臂，竖直支撑大臂2和竖直支撑小臂8由锁紧连杆5连接，锁紧连杆5通过固定螺栓3固定在竖直支撑大臂2上，并通过锁紧连杆和连杆锁紧机构进行限位，连杆锁紧机构7安装在竖直锁紧小臂8上，用于锁紧连杆5的纵向定位，最终限定锁紧连杆5的自由度，竖直支撑大臂2与竖直锁紧小臂8上分别设有大臂锁紧扣4与小臂锁紧扣6；水平支撑臂与竖直支撑臂类似，安装过程中将外提拉索12的末端通过通孔11放置在外端，外提拉索与支撑臂及锁紧位置连接，焊接完成后拉动外提拉索12，使锁紧机构松开，失去锁紧支撑，支撑臂自行松动脱落，再通过外提拉索将支撑部件通过通孔11取出。
具体实施时，所述水平支撑臂与竖直支撑臂通过两端处的台阶进行配合，起到相互支撑限位的作用，转动锁紧连杆5，使支撑大臂和支撑小臂连接，然后调节连杆锁紧机构7，最终限定支撑臂的移动，焊接完成后拉动外提拉索，松开锁紧滑块，拉动锁紧连杆，使支撑臂分离，通过外力拉索将内支撑组件拉出。
实施例1
步骤1：内支撑装配，通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
步骤2：密封箱体端部装夹，将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
步骤3：设置焊接参数，箱体板厚为3mm，选用搅拌针长度为4.7mm的搅拌针进行焊接，焊接转速为900r/min,焊接速度为100mm/min,前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
步骤4：焊接过程，采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
步骤5：拆除内支撑，焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔11中取出。
实施例2
步骤1：内支撑装配，通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
步骤2：密封箱体端部装夹，将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
步骤3：设置焊接参数，箱体板厚为4mm，选用搅拌针长度为5.7mm的搅拌针进行焊接，焊接转速为1000r/min,焊接速度为120mm/min,前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
步骤4：焊接过程，采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
步骤5：拆除内支撑，焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔中取出。
实施例3
步骤1：内支撑装配，通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
步骤2：密封箱体端部装夹，将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
步骤3：设置焊接参数，箱体板厚为6mm，选用搅拌针长度为7.7mm的搅拌针进行焊接，焊接转速为1100r/min,焊接速度为170mm/min,前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
步骤4：焊接过程，采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
步骤5：拆除内支撑，焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔中取出。
实施例4
步骤1：内支撑装配，通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
步骤2：密封箱体端部装夹，将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
步骤3：设置焊接参数，箱体板厚为4mm，选用搅拌针长度为5.7mm的搅拌针进行焊接，焊接转速为1000r/min,焊接速度为100mm/min,前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
步骤4：焊接过程，采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
步骤5：拆除内支撑，焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔中取出。
实施例5
步骤1：内支撑装配，通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
步骤2：密封箱体端部装夹，将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
步骤3：设置焊接参数，箱体板厚为5mm，选用搅拌针长度为6.7mm的搅拌针进行焊接，焊接转速为950r/min,焊接速度为100mm/min,前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
步骤4：焊接过程，采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
步骤5：拆除内支撑，焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔中取出。
实施例6
步骤1：内支撑装配，通过水平连接关节连接水平支撑臂的大臂和小臂，竖直连接关节连接竖直支撑臂的大臂和小臂，通过角接位置关节连接连接水平支撑臂和竖直支撑臂，最终获得内支撑装置；
步骤2：密封箱体端部装夹，将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过工装夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
步骤3：设置焊接参数，箱体板厚为6mm，选用搅拌针长度为7.7mm的搅拌针进行焊接，焊接转速为1100r/min,焊接速度为200mm/min,前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
步骤4：焊接过程，采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
步骤5：拆除内支撑，焊接完成后通过外提拉索搬动关节的锁紧机构，使关节失去对两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索将各组件从箱体通孔中取出。
上述具体实施方式仅表示本发明的几种工艺组合方式，并不代表本发明的所有有效工艺组合，本发明的有效工艺参数范围已在权利要求中列出，因此其他组合方式也在权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于密闭箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，通过在密封箱体内部的端面位置预置内支撑装置，对箱体在法向上做固定约束，箱体密封端面与固定位置实现搭接形式结构，采用搅拌摩擦焊施焊搭接位置，焊接完毕后转动连接关节实现装置自动分离，最后取出支撑装置组件：
所述的内支撑装置包括竖直支撑大臂(2)、紧固螺栓(3)、大小臂连接关节(5)、锁紧机构(7)、竖直支撑小臂(8)、水平支撑大臂(9)、水平支撑小臂(10)、外提拉索(12)；水平和竖直方向的支撑臂由水平支撑大臂(9)和水平支撑小臂(10)组成，支撑大臂由大小臂连接关节进行连接，焊接完成后通过外提拉锁(12)将各位置组件经由箱体通孔(11)取出。
2.根据权利要求1所述的密闭箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，具体工作步骤如下：
(1)内支撑装配：通过连接关节(5)连接竖直支撑臂的大臂(2)和小臂(8)，通过连杆锁紧机构(7)将支撑臂固定，组合成内支撑装置；
(2)密封箱体端部装夹：将内支撑装置置于密封箱体端部位置，保证内支撑装置与密封箱体的紧密贴合，装备密封箱体端盖使其与箱体端部形成搭接形式接头，外部通过夹具固定搭接接头，确保焊接过程中接头的稳定性；
(3)焊接过程：采用搅拌摩擦焊对密封箱体的搭接接头进行施焊，对箱体四周进行封焊，实现箱体四周密封；
(4)拆除内支撑装置：焊接完成通过外提拉索(12)搬动连杆的锁紧机构，使关节失去的两侧连接臂的支撑作用，从而使支撑臂自动分离形成小尺寸组件，通过连接在各组件上的外提拉索(12)将各组件从箱体通孔中取出。
3.如权利要求2所述的用于密封箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，所述箱体的壁厚在2～5mm之间，箱体长边长度在7mm以内。
4.如权利要求2所述的用于密封箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，内支撑装置的连接关节具有长度方向可调节功能，保证大支撑臂与小支撑臂之间的紧密配合。
5.如权利要求2所述的用于密封箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，焊接使用搅拌头为锥台形正旋螺纹搅拌头，搅拌针长度大于板厚，根据不同箱体的壁厚特征，搅拌长度为箱体壁厚的110％～130％之间。
6.如权利要求5所述的用于密封箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，搅拌头转速在900～1100r/min之间，焊接速度在90～200mm/min之间。
7.如权利要求6所述的用于密封箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，搅拌头轴肩与搭接接头上板边缘的距离在2.5～4mm之间。
8.如权利要求2所述的用于密封箱体结构的搅拌摩擦焊的焊接工艺，其特征在于，焊接过程中前进侧方向位于搭接接头上部板材的边缘侧。
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