CN115091044A - 一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特种焊接技术领域，公开了一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装及焊接方法，包括内支撑件、焊接衬垫和固定组件，内支撑件为与箱体结构相匹配的框架结构，两个待焊接件之间形成两条沿内支撑件纵向方向设置的对接缝，焊接衬垫设置在内支撑件上，分别位于与所形成的对接缝相对应的位置处，焊接衬垫上朝向对接缝一侧设置有凹槽，凹槽设置为与对接缝配合的结构，焊接衬垫内沿其纵向方向设置有气体通道，焊接衬垫上位于凹槽内设置有通气孔，固定组件用于将待焊接件固定连接到内支撑件上，针对在焊接中存在的问题，本发明工装中根据焊接结构设置对应的焊接衬垫、内支撑件和固定组件，并对焊接衬垫结构进行改进，有效保证了长焊缝的整体焊接质量。

Description

一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装及焊接方法

技术领域

本发明涉及特种焊接技术领域，特别涉及一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装及焊接方法。

背景技术

一种大型铝合金薄壁箱体，其主体为两端开口的方形截面中空管结构，长度达4000mm左右，壁厚为2mm，材料为5000系列铝合金，箱体对加工成型精度有着较高的要求，其中要求在完成焊接后的箱体平面度≤0.5mm，平行度≤0.5mm，箱体长度误差≤1mm，并且箱体焊后需保证气密性的同时，焊缝背面余高尺寸保持一致，采用现有的常规方法难以加工，给这种结构件的加工造成了很大的困难。

发明内容

本发明针对目前铝合金薄壁箱体难以加工的问题，提供一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装及焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装，包括：

内支撑件，所述内支撑件为与箱体结构相匹配的框架结构，使两个待焊接件相对包覆设置在内支撑件上时，两个待焊接件组成箱体结构，此时两个待焊接件之间形成两条沿内支撑件纵向方向设置的对接缝；

焊接衬垫，所述焊接衬垫设置在内支撑件上，分别位于与所形成的对接缝相对应的位置处，所述焊接衬垫位于对接缝下方并沿对接缝方向设置，所述焊接衬垫上朝向对接缝一侧设置有凹槽，所述凹槽设置为与对接缝配合的结构，所述焊接衬垫内沿其纵向方向设置有气体通道，所述焊接衬垫上位于凹槽内设置有通气孔，所述通气孔连通气体通道和凹槽；

固定组件，所述固定组件用于将待焊接件固定连接到内支撑件上。

本发明中，在对箱体进行加工时，将两个呈槽型框体结构的待焊接件分别包覆设置到内支撑件上，在内支撑件上进行定位安装形成箱体结构，此时在两个内支撑件之间分别形成两条沿其纵向方向的对接缝，在对接缝位置处对两个待焊接件进行焊接，即可得到箱体，采用这种加工方法箱体的加工更加简单，箱体的加工精度容易得到保证。

但要保证箱体的加工精度就需要保证待焊接件之间在焊接之前的良好的位置精度，需要对待焊接件进行稳定可靠的定位安装。

同时，由于待焊接件之间待焊接的焊缝较长（长度达4000mm左右），且由于待焊接件的壁厚较小及待焊接材料所带来的影响，在箱体的焊接过程中，箱体所采用的5000系列铝合金具有很强的氧化能力，该铝合金材料在空气中极易与氧气结合生成高熔点且致密结实的Al2O3和MgO薄膜，导致焊接过程中氧化物薄膜会阻碍金属之间的熔合，容易形成夹渣，同时氧化膜还会吸收水分，导致焊接时产生气孔；

5000系列铝合金的热导率和比热容比钢要大1倍，热膨胀系数约为钢的2倍，导致焊接时箱体很容易发生翘曲变形；

5000系列铝合金在凝固时的体积收缩率达6.5%左右，导致在焊接时会产生很大的内应力而容易产生热裂纹；

且5000系列铝合金在焊接成型时，其热影响区由于受热而发生软化、强度降低，导致接头和母材无法达到等强度，接头强度约为母材的75%-90%，导致焊接接头强度低；

并且，这种铝合金材料固态与液态之间的转化过程中，无明显的颜色变化，难以有效判断焊接熔池的温度，且由于箱体材料厚度小，焊接过程中很容易因为温度过高而发生焊穿等问题，使焊缝不符合《QJ1842A-2011 结构钢、不锈钢熔焊技术要求》Ⅰ级质量的要求，上述这些问题都给箱体的加工造成了很大的难度。

本发明中将内支撑件设置为与箱体结构相匹配的框体结构，通过内支撑件对两个待焊接件进行定位安装，可很好地保证两个待焊接件之间的配合安装位置，从而保证两个待焊接件之间良好的定位安装精度和相对位置精度。

针对在焊接中存在的问题，本发明工装中根据焊接结构设置对应的焊接衬垫，并对焊接衬垫结构进行改进，实现了单面焊双面成型的焊接效果，并且有效保证了长焊缝的整体焊接质量，使焊缝质量能够满足《QJ1842A-2011 结构钢、不锈钢熔焊技术要求》Ⅰ级焊缝的要求。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述凹槽长度不小于对应对接缝长度，所述凹槽截面尺寸与箱体焊缝背面余高尺寸相匹配。

本发明中，利用所述凹槽长度与对接缝之间相互匹配，确保对接缝的焊接效果，同时，为了使焊缝质量满足《QJ1842A-2011 结构钢、不锈钢熔焊技术要求》Ⅰ级焊缝的要求中提到的母材厚度在大于1.0-2.0mm时，在局部焊缝上的背面余高应不大于1.5mm，将所述凹槽深度设计为小于1.5mm，使对接缝在经过焊接后，对接缝背面的焊缝余高不大于1.5mm，从而满足《QJ1842A-2011 结构钢、不锈钢熔焊技术要求》Ⅰ级焊缝的要求，并使箱体对接缝背面余高尺寸保持一致，提高箱体精度，满足箱体的制作要求。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述焊接衬垫为一个或两个沿两条对接缝设置的管状结构件。

本发明中，箱体结构通过两个呈槽型框体结构的待焊接件对接而成，使箱体结构两侧形成两条对接缝，所述焊接衬垫可以采用一个或两个管体结构设置在对接缝对应位置处，当所述焊接衬垫为一个管体结构时，所述焊接衬垫中心部为弯折结构，使一个管体结构对箱体结构的两个对接缝形成同时对接。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述焊接衬垫采用铜材制成。

本发明中，传统的铝合金焊接过程中通常使用陶瓷衬垫，但是陶瓷衬垫在使用过程中存在焊缝偏析和夹杂物，背面焊缝成型差，导致焊接效果差，无法满足对接缝的焊接质量要求，在对所述焊接衬垫的结构进行重新设计的同时，将所述焊接衬垫采用铜材材质制得，避免传统焊接过程中使用陶瓷衬垫的问题点，同时利用铜材材质本身散热效果好的特性，提高焊接过程中的散热效果，防止待焊接件受热影响过大。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述内支撑件包括若干个定位件和定位板，所述定位板沿纵向方向依次间隔设置，位于定位件的四个角处分别设置连接凹槽，所述定位板沿定位件布置方向分别设置在各个定位件上对应的连接凹槽内，所述定位板分别与定位件固定连接。所述定位板的外端面与定位件的外轮廓面之间相配合，形成与箱体内壁横截面配合的结构。

本发明中，所述内支撑件为与箱体结构相互匹配的框架结构，为了防止定位板与定位件之间的连接位置处为凹凸不平的结构，导致箱体在受从外由内的压力时发生变形，在所述定位板的四个角处分别设置连接凹槽，使所述定位件与定位板上的连接凹槽形成相互卡接的连接结构，提高所述定位件与定位板之间的连接稳定性的同时，所述内支撑件整体框架截面与箱体内壁横截面相互匹配，使所述内支撑件对箱体形成均匀的支撑效果。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述定位板上设置有用于固定所述焊接衬垫的固定槽，所述定位板上设置有用于固定所述焊接衬垫的固定件。

本发明中，所述内支撑件为与箱体结构相互匹配的框架结构，为了避免所述内支撑件对所述焊接衬垫的安装造成影响，在所述固定板上设置所述固定槽，利用所述固定槽对所述焊接衬垫形成支撑固定，同时利用固定件固定所述焊接衬垫，使所述焊接衬垫在对接缝的焊接过程中保持稳定的固定状态；

进一步的，所述固定件为连接螺钉，所述连接螺钉与固定板和焊接衬垫为螺纹连接，所述连接螺钉贯穿所述固定板与所述焊接衬垫连接，所述连接螺钉用于固定所述焊接衬垫的同时，利用所述固定板与连接螺钉的螺纹连接，通过调节所述连接螺钉使所述焊接衬垫对待焊接件的焊缝形成支撑效果，当待焊接件在焊接过程中发生变形时，也可以通过调节所述连接螺钉对待焊接件发生形变处进行调节。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述固定组件包括若干个抱箍，所述抱箍上设置有用于调节待焊接件平面度的调节组件。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述调节组件包括设置在抱箍上的两个调节螺钉，所述调节螺钉与抱箍之间螺纹连接，两个调节螺钉分别位于对接缝的两侧。

本发明中，箱体在经过焊接过后表面平面度需要达到不大于0.5mm，即使通过所述内支撑件和固定组件对待焊接件形成固定，但是无法避免在焊接过程中发生细微变形，为了使经过焊接的箱体表面平面度满足箱体制作要求，在所述固定组件上设置所述调节组件，利用所述调节组件对箱体平面度进行及时调整；

利用所述调节螺钉在所述抱箍上通过旋转进行上下纵向运动，对待焊接件在焊接过程中发生凸起变形部分进行挤压复位，从而确保箱体平面度，同时，为了防止待焊接件在焊接过程中向内发生凹陷，将所述固定板与抱箍相互交错设置，整体提高待焊接件的强度，同时，利用所述连接螺钉调节作用使所述焊接衬垫也可以对待焊接件发生的变形进行调整，利用所述固定组件、内支撑件和调节组件的相互配合，使经过焊接制得的箱体满足箱体制作要求。

一种铝合金薄壁箱体焊接方法，包括以下步骤：

1）将箱体板材根据加工要求进行折弯加工，形成两个呈槽型框体结构的待焊接件；

2）将两个待焊接件包覆设置在内支撑件上形成箱体结构，两个待焊接件之间在内支撑件相对的两侧分别形成两条待焊接的对接缝，并使对接缝正好位于焊接衬垫的上方，分别与焊接衬垫之间形成配合，通过固定组件将两个待焊接件固定在内支撑件上；

3）在焊接衬垫的气体通道内充入保护气体，采用激光焊接方式在对接缝位置处对两个待焊接件进行焊接操作，得到箱体。

本发明中，利用所述铝合金薄壁箱体焊接加工工装对箱体进行焊接，将箱体板材采用折弯的方式制得两个呈槽型框体结构的待焊接件，并将两个待焊接件包覆设置在所述内支撑件上，并在待焊接件的外表面上套设所述固定组件，其中，所述内支撑件的固定板与所述固定组件的抱箍相互交错设置，使所述内支撑件与固定组件的配合对箱体形成均匀的夹紧固定效果；

所述焊接衬垫采用一端封闭、一端开口的管体结构，通过所述焊接衬垫的开口位置处充入保护气体，使保护气体通过所述焊接衬垫的通气孔流向待焊接件的对接缝位置处，提高箱体的焊接质量。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述3）中对待焊接件进行焊接之前，利用固定组件上设置的调节组件对待焊接件的表面平面度进行调节。

本发明中，待焊接件为厚度2mm的薄板铝合金，因结构本身强度不高，导致待焊接件在安装至所述内支撑件的过程中发生变形，在对待焊接件进行焊接之前，利用所述调节组件对箱体表面平面度进行调整，防止待焊接件在焊接过程中持续发生变形，导致制得的箱体无法满足箱体制作要求。

本发明所具有的有益效果：

1）本发明中将内支撑件设置为与箱体结构相匹配的框体结构，通过内支撑件对两个待焊接件进行定位安装，可很好地保证两个待焊接件之间的配合安装位置，从而保证两个待焊接件之间良好的定位安装精度和相对位置精度；

针对在焊接中存在的问题，本发明工装中根据焊接结构设置对应的焊接衬垫，并对焊接衬垫结构进行改进，实现了单面焊双面成型的焊接效果，并且有效保证了长焊缝的整体焊接质量，使焊缝质量能够满足《QJ1842A-2011 结构钢、不锈钢熔焊技术要求》Ⅰ级焊缝的要求。

2）传统的铝合金焊接过程中通常使用陶瓷衬垫，但是陶瓷衬垫在使用过程中存在焊缝偏析和夹杂物，背面焊缝成型差，导致焊接效果差，无法满足对接缝的焊接质量要求，在对所述焊接衬垫的结构进行重新设计的同时，将所述焊接衬垫采用铜材材质制得，避免传统焊接过程中使用陶瓷衬垫的问题点，同时利用铜材材质本身散热效果好的特性，提高焊接过程中的散热效果，防止待焊接件受热影响过大。

3）所述内支撑件为与箱体结构相互匹配的框架结构，为了防止定位板与定位件之间的连接位置处为凹凸不平的结构，导致箱体在受从外由内的压力时发生变形，在所述定位板的四个角处分别设置连接凹槽，使所述定位件与定位板上的连接凹槽形成相互卡接的连接结构，提高所述定位件与定位板之间的连接稳定性的同时，所述内支撑件整体框架截面与箱体内壁横截面相互匹配，使所述内支撑件对箱体形成均匀的支撑效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明铝合金薄壁箱体加工方法一种实施方式的结构示意图。

图2为本发明铝合金薄壁加工工装中内壁支撑件与焊接衬垫的结构示意图。

图3为图1中A处局部结构示意图。

图4为图2中B处局部结构示意图。

图5为图4中C处局部结构示意图。

图中：1-箱体；2-固定组件；3-内支撑件；4-焊接衬垫；201-调节螺钉；301-定位件；302-定位板；303-固定件；401-凹槽；402-通气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例提供一种铝合金薄壁箱体焊接方法，包括以下步骤：

对箱体板材的表面进行粗化处理；

将箱体板材根据加工要求进行折弯加工，形成两个呈槽型框体结构的待焊接件；

对所述内支撑件3进行精细加工，确保所述内支撑件3与箱体结构的相互匹配程度，同时，防止所述内支撑件3在箱体结构焊接完成后无法顺利拔出；

焊接前30分钟对对接缝附近30mm～50mm范围内和焊丝利用丙酮擦拭去除油污，并用不锈钢钢丝刷清理焊缝处的氧化膜；

如图1、图2所示，将两个待焊接件包覆设置在内支撑件3上形成箱体结构，两个待焊接件之间在内支撑件3相对的两侧分别形成两条待焊接的对接缝，并使对接缝正好位于焊接衬垫4的上方，分别与焊接衬垫4之间形成配合，通过固定组件2将两个待焊接件固定在内支撑件3上；

如图3所示，利用所述固定组件2上设置的调节螺钉201对待焊接件的表面平面度进行调节；

在焊接衬垫4的气体通道内充入保护气体，采用激光焊接方式在对接缝位置处对两个待焊接件进行焊接操作，对待焊接件的焊接采用交错断续焊的焊接方法进行焊接，得到箱体1。

本实施例中，利用铝合金薄壁箱体焊接加工工装对铝合金薄壁箱体进行焊接，在焊接操作之前对待焊接件进行表面粗化和清洗处理，有利于提高箱体1的焊接质量，并将折弯加工后的待焊接件包覆设置在所述内支撑件3上，如图1所示，利用所述内支撑件3和固定组件2对待焊接件形成夹紧固定，防止待焊接件在焊接过程中受热发生变形，并为了对箱体1在焊接过程中发生的变形进行调整，在所述固定组件2上设置所述调节螺钉201，确保制得的箱体1表面平面度满足箱体1制作要求；

为了满足箱体1的焊接质量要求，在对接缝的背面设置所述焊接衬垫4，利用所述焊接衬垫4的管体结构和通气孔402结构，避免对箱体1内部空间直接充入保护气体，造成保护气体浪费，如图4、图5所示，将焊接保护气体从所述焊接衬垫4的开口处充入，使保护气体通过所述焊接衬垫4上设置的通气孔402流向焊缝背面，从而提高焊接质量，同时，所述焊接衬垫4的凹槽401深度小于1.5mm，使焊缝背面余高尺寸符合箱体1焊接质量要求；

通过上述焊接方法制得的箱体1可以将箱体1平面度控制在±0.3mm，箱体1长度误差≤1mm，箱体1通过气密性试验，无漏气，焊缝余高≤1.5mm，单面焊双面成型，焊缝外管均匀、美观，X射线检查内部无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷满足《QJ1842A-2011 结构钢、不锈钢熔焊技术要求》Ⅰ级焊缝质量要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，包括：

内支撑件（3），所述内支撑件（3）为与箱体结构相匹配的框架结构，使两个待焊接件相对包覆设置在内支撑件（3）上时，两个待焊接件组成箱体结构，此时两个待焊接件之间形成两条沿内支撑件（3）纵向方向设置的对接缝；

焊接衬垫（4），所述焊接衬垫（4）设置在内支撑件（3）上，分别位于与所形成的对接缝相对应的位置处，所述焊接衬垫（4）位于对接缝下方并沿对接缝方向设置，所述焊接衬垫（4）上朝向对接缝一侧设置有凹槽（401），所述凹槽（401）设置为与对接缝配合的结构，所述焊接衬垫（4）内沿其纵向方向设置有气体通道，所述焊接衬垫（4）上位于凹槽（401）内设置有通气孔（402），所述通气孔（402）连通气体通道和凹槽（401）；

固定组件（2），所述固定组件（2）用于将待焊接件固定连接到内支撑件（3）上。

2.根据权利要求1所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述凹槽（401）长度不小于对应对接缝长度，所述凹槽（401）截面尺寸与箱体（1）焊缝背面余高尺寸相匹配。

3.根据权利要求1所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述焊接衬垫（4）为一个或两个沿两条对接缝设置的管状结构件。

4.根据权利要求1所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述焊接衬垫（4）采用铜材制成。

5.根据权利要求1所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述内支撑件（3）包括若干个定位件（301）和定位板（302），所述定位板（302）沿纵向方向依次间隔设置，位于定位件（301）的四个角处分别设置连接凹槽（401），所述定位板（302）沿定位件（301）布置方向分别设置在各个定位件（301）上对应的连接凹槽（401）内，所述定位板（302）分别与定位件（301）固定连接；

所述定位板（302）的外端面与定位件（301）的外轮廓面之间相配合，形成与箱体（1）内壁横截面配合的结构。

6.根据权利要求4所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述定位板（302）上设置有用于固定所述焊接衬垫（4）的固定槽，所述定位板（302）上设置有用于固定所述焊接衬垫（4）的固定件（303）。

7.根据权利要求1所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述固定组件（2）包括若干个抱箍，所述抱箍上设置有用于调节待焊接件平面度的调节组件。

8.根据权利要求6所述的铝合金薄壁箱体焊接加工工装，其特征在于，所述调节组件包括设置在抱箍上的两个调节螺钉（201），所述调节螺钉（201）与抱箍之间螺纹连接，两个调节螺钉（201）分别位于对接缝的两侧。

9.一种采用权利要求1-8任一所述铝合金薄壁箱体焊接加工工装的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将箱体（1）板材根据加工要求进行折弯加工，形成两个呈槽型框体结构的待焊接件；

2）将两个待焊接件包覆设置在内支撑件（3）上形成箱体结构，两个待焊接件之间在内支撑件（3）相对的两侧分别形成两条待焊接的对接缝，并使对接缝正好位于焊接衬垫（4）的上方，分别与焊接衬垫（4）之间形成配合，通过固定组件（2）将两个待焊接件固定在内支撑件（3）上；

3）在焊接衬垫（4）的气体通道内充入保护气体，采用激光焊接方式在对接缝位置处对两个待焊接件进行焊接操作，得到箱体（1）。

10.根据权利要求9所述的铝合金薄壁箱体焊接方法，其特征在于，所述3）中对待焊接件进行焊接之前，利用固定组件（2）上设置的调节组件对待焊接件的表面平面度进行调节。

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