CN111451618B - 一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其包括熔化极、第一轧辊、第二轧辊、第一挤压棒、第二挤压棒、第一液压缸、第二液压缸、第一伺服电机、第二伺服电机、传动带、第一连接块、第二连接块和十字梁,第一板带和第二板带安装在有垫板的焊接工装上并相对于焊板对称设置,第二伺服电机借助于传送带连接第二挤压棒,第一轧辊和第二轧辊、第一挤压棒和第二挤压棒以及第二伺服电机和第二伺服电机分别设置在垫板的两侧并且相对于垫板对称设置,第一轧辊和第二轧辊分别连接有钢块。本装置能够达到传统热处理细化热影响区晶粒的效果,同时减小热裂纹,提高焊接接头的质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金焊接领域,特别是涉及一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置和工艺。
背景技术
铝合金密度低,强度高,塑性好,是工业中使用最广泛的一类金属结构材料,使用量仅次于钢。(变形)铝合金可以分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金。可热处理强化铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,主要包括硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。不可热处理强化铝合金不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝合金等。
铝合金焊接是指铝合金材料的焊接过程,主要焊接工艺为熔化极氩气保护焊(MIG焊),目前铝合金焊接结构中应用最广的是防锈铝合金(不可热处理强化铝合金)。防锈铝合金焊接的主要问题是晶粒粗化(焊接热影响区温度超过再结晶温度,一般为200~300℃,引起晶粒长大)而降低塑性,表现为接头强度低于母材,而且铝合金良好的热胀冷缩性能使得其在焊接过程中很容易发生焊接变形。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供了一种减小铝合金焊接变形,有效细化热影响区晶粒的提高防锈铝合金焊接接头质量的装置和工艺。
具体地,本发明提供一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其包括熔化极、第一轧辊、第二轧辊、第一挤压棒、第二挤压棒、第一液压缸、第二液压缸、第一伺服电机、第二伺服电机、传动带、第一连接块、第二连接块和十字梁,第一板带和第二板带安装在有垫板的焊接工装上并相对于所述垫板对称设置,第一轧辊和第一挤压棒分别位于第一板带两侧,第二轧辊和第二挤压棒分别位于第二板带两侧,所述第一伺服电机借助于传送带连接第一挤压棒,所述第二伺服电机借助于传送带连接第二挤压棒,所述第一轧辊和第二轧辊、第一挤压棒和第二挤压棒以及第二伺服电机和第二伺服电机分别设置在所述垫板的两侧并且相对于垫板对称设置,第一轧辊和第二轧辊分别连接有钢块;
第一板带和第二板带的上方分别设置有第一连接块和第二连接块,第一连接块和第二连接块的内侧面连接有所述十字梁,第一连接块和第二连接块的上端面分别连接所述第一伺服电机和第二伺服电机,所述十字梁的尾部通过轴承同轴安装有第一挤压棒和第二挤压棒,第一伺服电机通过传动带将动力传给第一挤压棒,第二伺服电机通过传动带将动力传给第二挤压棒;
第一连接块和第二连接块分别设置在所述第一板带和所述第二板带的两侧,第一连接块和第二连接块分别通过轴承安装有第一轧辊和第二轧辊,两个挤压棒和两个轧辊的轴线位于同一平面;
所述第一挤压棒和第二挤压棒前方安装所述熔化极,所述熔化极的前倾角为15°~45°,所述第一板带和所述第二板带的外侧面设置有若干线性排列的第一液压缸,所述第一液压缸的固定端固定在墙面上,所述第一液压缸推杆的顶端连接每一侧的所述钢块;
所述第二液压缸设置有四个,四个所述第二液压缸的固定端固定在墙面上,所述第二液压缸的推杆的顶端连接所述第一连接块;
所述第二液压缸的推杆收缩带动两个轧辊和两个挤压棒同时向前运动,第一轧辊和第二轧辊挤压所述第一板带和所述第二板带的外侧面,同时两个伺服电机通过传动带进而带动两个挤压棒自转挤压所述第一板带和所述第二板带的内侧面。
优选地,所述轧辊挤压所述第一板带和所述第二板带的外侧面压下量为0.7~1.3mm。
优选地,所述第一板带和所述第二板带接头形式为对接接头,所述第一板带和所述第二板带均开设有横截面为I型的坡口,所述坡口分别与所述垫板接触,所述第一板带和第二板带的间隙为6~15mm,所述第一板带和所述第二板带厚度为10~30mm。
优选地,熔化极和挤压棒之间的距离为8~12mm。
优选地,第一挤压棒和第二挤压棒均采用耐高温材料。
优选地,四个所述第二液压缸的出油口和进油口依次串联,通过计算流量实现四个第二液压缸的同步运动且推杆收缩速度和熔化极的运动速度相同。
优选地,所述传动带为同步齿形带,两个伺服电机反向同速转动,从而使得两个挤压棒反向同速自转。
本发明还提供一种提高防锈铝合金焊接接头质量的工艺,其包括如下步骤:
S1、对第一板带和第二板带进行坡口制备,并对坡口表面进行处理,去除坡口表面的氧化膜;
S2、在焊接装置上安装所述第一板带和所述第二板带,第一板带和所述第二板带的间隙为6~15mm;
S3、将焊接装置恢复至初始状态,轧辊和挤压棒分别位于第一板带和所述第二板带的两端;
S4、对所述第一板带和所述第二板带坡口两侧进行预热;
S5、两个轧辊和两个挤压棒向前运动,同时启动两个伺服电机,两个挤压棒对所述第一板带和所述第二板带的固液熔合面进行挤压;
S6、通过控制所述钢块的起落对焊接进行控制,及时拉起所述钢块避让轧辊,及时落下所述钢块防止所述第一板带和所述第二板带发生焊接变形;
S7、焊接完成后,对焊缝进行必要清理后入库。
优选地,步骤S4中预热温度为110-130℃,预热范围为距离坡口60mm以内区域。
与现有技术相比,本发明有益效果如下:
1、本装置在现有氩弧焊的基础上增加两组轧辊和挤压棒,焊接过程中,轧辊和挤压辊保持着熔化极相同的速度向前运动,轧辊挤压板带外侧面,使得挤压棒在熔池中碾压板带高温熔合面,限制晶粒长大,压迫已经被拉长的晶粒,达到传统热处理细化热影响区晶粒的效果,同时减小热裂纹,提高焊接接头的质量。
2、铝合金良好的热胀冷缩性能使得其在焊接过程中很容易发生焊接变形,本装置中挤压棒和轧辊的轴线位于同一平面内,而且板带外侧面设有若干钢块,有效减小铝合金的焊接变形。
3、焊接过程中,在板厚方向上,板带表面的散热优于中部,使得表面温度低于中部温度,而中部温度越高,变形抗力越小,变形越大,更容易受挤压,压迫再结晶晶粒,晶粒细化效果显著。
附图说明
图1是本发明装置的原理图;
图2是本发明装置的俯视图;
图3是本发明装置的正视图;
图4是本发明装置的部分零件结构示意图;以及
图5是本发明装置的十字梁结构示意图。
附图中部分附图标记如下:
1-第一轧辊;2-第一板带;3-第一挤压棒;4-熔化极;5-垫板;6-第二板带;7-第二挤压棒;8-第二轧辊;9-钢块;10-第一液压缸;11-第二伺服电机;12、13、15、16-第二液压缸;14-第一伺服电机;17-传动带;18-十字梁;19-第一连接块;20-第二连接块。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效,以下将结合说明书附图进行详细说明。
本发明旨在提供一种提高防锈铝合金焊接接头质量的装置和工艺,以减小焊接变形,同时细化热影响区晶粒,强化焊接接头。
本发明提供提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,如图1至图5所示,其包括第一轧辊1、第一板带2、第一挤压棒3、熔化极4、垫板5、第二板带6、第二挤压棒7、第二轧辊8、钢块9、第一液压缸10、第二伺服电机11、第二液压缸12、13、15、16,第一伺服电机14、传动带17、十字梁18、第一连接块19和第二连接块20,第一板带2和第二板带6安装在有垫板5的焊接工装上并且相对于垫板5对称设置,熔化极4安装在第一挤压棒3和第二挤压棒7的前方,熔化极4与第一挤压棒3和第二挤压棒7的距离为11mm,熔化极4前倾角为30°,由图中可以看出,该前倾角是指熔化极和从熔化极顶端到焊件的垂线之间的夹角。
第一板带2和第二板带6的外侧面设有若干线性排列的第一液压缸10,第一液压缸10的固定端固定在墙面上,第一液压缸10推杆的顶端通过螺栓连接有钢块9。
第二液压缸12、13、15、16的固定端固定在墙面上,第二液压缸12和第二液压缸13的推杆的顶端通过螺栓分别连接有第一连接块19,第二液压缸15和第二液压缸16的推杆的顶端通过螺栓分别连接有第二连接块20,两个连接块的内侧面通过螺栓分别连接有两个十字梁18,两个连接块的上端面通过螺栓分别连接有第二伺服电机11和第一伺服电机14,两个十字梁18的尾部通过轴承同轴安装有第一挤压棒3和第二挤压棒7,第二伺服电机11和第一伺服电机14通过两个传动带17将动力传给第一挤压棒3和第二挤压棒7,第一连接块19和第二连接块20之间通过轴承分别安装有第一轧辊1和第二轧辊8,十字梁18保证第一挤压棒3、第二挤压棒7、第一轧辊1和第二轧辊8的轴线位于同一平面内,而且在第一轧辊1与第二轧辊8的两侧设有若干钢块9压紧第一板带2和第二板带6外侧面,钢块9比第一轧辊1和第二轧辊8宽2mm,钢块9可以防止第一板带2和第二板带6因挤压而发生翘曲,同时可以保证第一板带2和第二板带6在熔池凝固时不发生变形,第二液压缸12、13、15和16的推杆同步收缩带动第一挤压棒3、第二挤压棒7、第一轧辊1和第二轧辊8同时向前运动,第一轧辊1和第二轧辊8挤压第一板带2和第二板带6的外侧面,压下量为1mm,同时第二伺服电机11和第一伺服电机14通过两个传动带17带动第一挤压棒3和第二挤压棒7自转挤压第一板带2和第二板带6的固液熔合面,压迫已经被拉长的晶粒,细化熔合线附近区域组织,从而有效提高焊接接头整体性能。
具体地,第一板带2和第二板带6接头形式为对接接头,开I型坡口(坡口即为接触面),间隙范围为10mm,采用单道多层焊,第一板带2和第二板带6厚度为15mm。
更具体地,第一挤压棒3和第二挤压棒7采用氧化锆陶瓷材料,氧化锆陶瓷的熔点为2715℃,莫氏硬度在8.5左右(防锈铝合金莫氏硬度为6.0),变形温度超过2400℃,氧化锆陶瓷在1000℃(防锈铝合金焊接温度为750±50℃)时依然能保持良好的刚度和强度;
进一步地,第二液压缸12、13、15、16的出油口和进油口依次串联,增大液压泵的工作压力,通过计算流量实现四个第二液压缸12、13、15、16同步运动,且其推杆收缩速度和熔化极4的运动速度相同。
更进一步地,传动带17为同步齿形带,通过软件设计实现两个第二伺服电机11和第一伺服电机14反向同速转动,两个第二伺服电机11和第一伺服电机14通过传动带17带动两个第一挤压棒3和第二挤压棒7反向同速自转。
本发明还提供一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接工艺,包括如下步骤:
步骤一、将第一板带2和第二板带6加工出所需I型坡口,用清洗液清洗坡口表面,去除坡口表面的氧化膜和油污;
步骤二、将第一板带2和第二板带6安装在有垫板5的焊接工装上,间隙为10mm,垫板5保证第一板带2和第二板带6之间可以形成熔池,垫板5采用石墨材料;
步骤三、将第一挤压棒3、第二挤压棒7、第一轧辊1和第二轧辊8恢复至初始位置(第二液压缸12、第二液压缸13、第二液压缸15和第二液压缸16的推杆处于最大伸出状态),将第一板带2和第二板带6摆正,钢块9压紧第一板带2和第二板带6外侧面(第一液压缸10的推杆处于伸出状态);
步骤四、对第一板带2和第二板带6进行预热,预热温度为120℃,预热范围为距离坡口60mm以内区域;
步骤五、进行焊接,焊接速度为120mm/min,同时启动第二伺服电机11和第一伺服电机14,通过软件实现第二伺服电机11和第一伺服电机14反向但线速度均为120mm/min,当熔化极4与第一挤压棒3和第二挤压棒7的距离为11mm时,启动第二液压缸12、第三液压缸13、第四液压缸15和第五液压缸16的液压泵,通过控制液压泵的工作压力和流量使得第二液压缸12、第二液压缸13、第二液压缸15和第二液压缸16的液压泵推杆的收缩速度均为120mm/min,第一挤压棒3和第二挤压棒7对第一板带2和第二板带6的固液熔合面进行挤压,使得焊接接头热影响区为均匀细小的晶粒,提高焊接接头的质量;
步骤六、第一轧辊1和第二轧辊8向前运动过程中,第一液压缸10的推杆依次收缩,带起钢块9,当第一轧辊1和第二轧辊8挤压后,对应的钢块9及时落下,保证第一板带2和第二板带6的外侧面不会变形(第一轧辊1和第二轧辊8的压下量为1mm,则挤压后第一液压缸10的推杆比挤压前多伸出1mm),直至焊接完成;
步骤七、焊接完成后,对焊缝进行必要清理,然后入库。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:其包括熔化极、第一轧辊、第二轧辊、第一挤压棒、第二挤压棒、第一液压缸、第二液压缸、第一伺服电机、第二伺服电机、传动带、第一连接块、第二连接块和十字梁,第一板带和第二板带安装在有垫板的焊接工装上并相对于所述垫板对称设置,第一轧辊和第一挤压棒分别位于第一板带两侧,第二轧辊和第二挤压棒分别位于第二板带两侧,所述第一伺服电机借助于传送带连接第一挤压棒,所述第二伺服电机借助于传送带连接第二挤压棒,所述第一轧辊和第二轧辊、第一挤压棒和第二挤压棒以及第二伺服电机和第二伺服电机分别设置在所述垫板的两侧并且相对于垫板对称设置,第一轧辊和第二轧辊分别连接有钢块;
第一板带和第二板带的上方分别设置有第一连接块和第二连接块,第一连接块和第二连接块的内侧面连接有所述十字梁,第一连接块和第二连接块的上端面分别连接所述第一伺服电机和第二伺服电机,所述十字梁的尾部通过轴承同轴安装有第一挤压棒和第二挤压棒,第一伺服电机通过传动带将动力传给第一挤压棒,第二伺服电机通过传动带将动力传给第二挤压棒;
第一连接块和第二连接块分别设置在所述第一板带和所述第二板带的两侧,第一连接块和第二连接块分别通过轴承安装有第一轧辊和第二轧辊,两个挤压棒和两个轧辊的轴线位于同一平面;
所述第一挤压棒和第二挤压棒前方安装所述熔化极,所述熔化极的前倾角为15°~45°,所述前倾角是指熔化极和从熔化极顶端到焊件的垂线之间的夹角,所述第一板带和所述第二板带的外侧面设置有若干线性排列的第一液压缸,所述第一液压缸的固定端固定在墙面上,所述第一液压缸推杆的顶端连接第一轧辊和第二轧辊每一侧的所述钢块;
所述第二液压缸设置有四个,四个所述第二液压缸的固定端固定在墙面上,所述第二液压缸的推杆的顶端连接所述第一连接块;
所述第二液压缸的推杆收缩带动两个轧辊和两个挤压棒同时向前运动,第一轧辊和第二轧辊挤压所述第一板带和所述第二板带的外侧面,同时两个伺服电机通过传动带进而带动两个挤压棒自转挤压所述第一板带和所述第二板带的内侧面。
2.根据权利要求1所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:两个轧辊挤压所述第一板带和所述第二板带的外侧面压下量为0.7~1.3mm。
3.根据权利要求2所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:所述第一板带和所述第二板带接头形式为对接接头,所述第一板带和所述第二板带均开设有横截面为I型的坡口,所述坡口分别与所述垫板接触,所述第一板带和第二板带的间隙为6~15mm,所述第一板带和所述第二板带厚度为10~30mm。
4.根据权利要求1所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:熔化极和挤压棒之间的距离为8~12mm。
5.根据权利要求1所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:第一挤压棒和第二挤压棒均采用耐高温材料。
6.根据权利要求1所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:四个所述第二液压缸的出油口和进油口依次串联,通过计算流量实现四个第二液压缸的同步运动且推杆收缩速度和熔化极的运动速度相同。
7.根据权利要求1所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置,其特征在于:所述传动带为同步齿形带,两个伺服电机反向同速转动,从而使得两个挤压棒反向同速自转。
8.一种基于根据权利要求1所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置提高防锈铝合金焊接接头质量的工艺,其特征在于:其包括如下步骤:
S1、对第一板带和第二板带进行坡口制备,并对坡口表面进行处理,去除坡口表面的氧化膜;
S2、在焊接装置上安装所述第一板带和所述第二板带,第一板带和所述第二板带的间隙为6~15mm;
S3、将焊接装置恢复至初始状态,轧辊和挤压棒分别位于第一板带和所述第二板带的两端;
S4、对所述第一板带和所述第二板带坡口两侧进行预热;
S5、两个轧辊和两个挤压棒向前运动,同时启动两个伺服电机,两个挤压棒对所述第一板带和所述第二板带的固液熔合面进行挤压;
S6、通过控制所述钢块的起落对焊接进行控制,及时拉起所述钢块避让轧辊,及时落下所述钢块防止所述第一板带和所述第二板带发生焊接变形;
S7、焊接完成后,对焊缝进行必要清理后入库。
9.根据权利要求8所述的提高防锈铝合金焊接接头质量的工艺,其特征在于:步骤S4中预热温度为110-130℃,预热范围为距离坡口60mm以内区域。
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