CN203292673U - 一种小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，属于小直径厚壁铝合金弯管的加工技术领域。本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，在弯管的两管口分别连接有铝管，所述铝管内插入有铜棒，所述铝管外套有铜套；在所述弯管的外表套有与其配合的弯头壳体。本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，对小直径厚壁管表面强制散热，降低了圆周方向的热量积累，在焊缝周向形成了组织性能较均匀一致的氩弧焊接头。大大提高了该类结构焊缝强度和密封性能，解决了轻量化要求材质改变带来的氩弧焊困难。

Description

一种小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装

技术领域

本实用新型涉及一种工装，特别是一种小直径厚壁铝合金弯管的焊接工装。 

背景技术

随着现代工业对轻量化的要求，越来越多的管路结构采用铝合金材料。复杂管路常需要结构各异的弯管结构，如同轴过渡、直角过渡、斜角过渡等。小直径厚壁铝合金弯管是指内径小于30mm、壁厚大于2.5mm的管状结构，具有结构紧凑、刚度好、抗压能力强等特点，多用于复杂管路及精密电子设备。相对机加弯头和折弯弯头，焊接组合式弯管具有转角尺寸精度可控、制造成本低等优势。钨极氩弧焊具有操作简单、成本低的特点，是组合式弯管的首选工艺。 

铝合金导热快，熔化焊过程热量迅速沿工件传递，形成较大范围的热影响区。普通结构的铝合金熔化焊接工艺较为成熟，对于小直径厚壁铝合金弯管结构却具有一定的特殊性。熔化焊过程属于局部热源加热，热量的传导主要包括两部分：一部分沿工件壁厚方向传递到工件表面，通过与空气对流换热传开；另一部分在工件内部沿工件表面方向传开，扩大了熔化焊接头的热影响区。大直径或薄壁铝合金结构熔化焊过程表面对流换热占主导地位，降低了内部传递热量的危害。小直径厚壁铝弯管却存在严重的热量积累。小尺寸铝合金管氩弧焊过程温度场有限元计算结果所示，焊接进行到二分之一圆周时，未焊焊缝已被加热到260℃以上，越到收弧段热量积累愈加严重，焊接热输入量几乎成倍增长。同时发现，起弧点附近存在温度超过铝熔点的高温区，实际施焊时高温区使焊缝根部发生重熔，从而恶化焊接质量。尽管弯头氩弧焊焊缝表面成形良好，气密性测试发现接头0.5MPa气密试验失败。失效接头金相分析发现，周向的焊缝组织存在不同程度的组织过烧。 

如何避免小直径厚壁弯头周向的热量积累，成为保证弯管焊缝组织性能均匀性的关键。从热量传递的角度分析，圆周方向热量积累主要是热量在工件内部传递占据主导地位。工程实际中热量积累的控制主要依赖工艺过程，常用的方式有两种：一、划连续焊为断续焊，具体做法是小段施焊后熄弧，冷却一段时间后再施焊，如此反复直至环缝焊接完毕；二、焊接速度控制，手工焊后期提高焊接速度来解决。前一种方式不仅生产效率低，由于频繁起弧收弧，弧坑裂纹的控制较困难，第二种方式由于铝材质随温度升高色差不明显，给焊工的操作技能提出了更高的要求。气密性要求较高的弯管采用以上两种方式存在极大的不确定性和质量隐患。 

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构简单，成本低廉的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，降低沿工件内部热量传导的比例，改善小直径厚壁铝合金管周向的热量积累，从而接头焊缝性能；可避免全位置焊或同一条焊缝的断续施焊，从而保证焊缝质量、降低焊工操作难度。 

本实用新型采用的技术方案如下： 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，在弯管的两管口分别连接有铝管，所述铝管内插入有铜棒，所述铝管外套有铜套；在所述弯管的外表套有与其配合的弯头壳体。

在弯管焊接前需对弯管和铝管做相应的装夹，然后再施焊，其中铝管内插入有铜棒，其中铜棒和铝管之间通过公差控制形成紧配合，铜管插入深度以与衬垫于焊缝正下方为前提，所述铝管外套有铜套，以提高铝管表面散热，降低沿工件内部热量传导的比例，改善小直径厚壁铝合金管周向的热量积累，从而接头焊缝性能。而在所述弯管的外表套有与其配合的弯头壳体，使弯管表面强制散热，降低了弯管圆周方向的热量积累，在焊缝周向形成了组织性能较均匀一致的氩弧焊接头，大大提高了该类结构焊缝强度和密封性能，解决了轻量化要求材质改变带来的氩弧焊困难。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，所述弯头壳体由对称剖分的上、下壳体块组成，在弯头壳体外设有C形夹，所述C形夹的端头通过锁紧螺钉分别与上、下壳体块连接。 

由于采用了上述结构，C形夹是固定不变的，而弯头壳体由对称剖分的上、下壳体块组成，因此将C形夹的端头通过锁紧螺钉分别与上、下壳体块连接，使得可通过调节锁紧螺钉，使上、下壳体块可相对于C形夹端头移动，从而实现弯头壳体与弯管的安装与拆卸。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，所述铜套由对称剖分的上、下管套组成，所述铜套外设有卡箍将上、下管套箍紧于铝管上。 

由于采用了上述结构，铜套内壁加工成与铝管外壁紧配合的尺寸形状，通过线切割形成剖分结构，采用卡箍可将铜套固定于铝管外壁，从而便于通过卡箍实现铜套的安装与拆卸。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，所述铜套的端面与弯管的管口端面之间的间距为8-10mm。 

由于采用了上述结构，控制铜套与弯管管口间的间距为8-10mm，从而在保证不影响焊缝的前提下增大与铝件接触面，提高铝管表面散热，降低沿工件内部热量传导的比例，改善小直径厚壁铝合金管周向的热量积累，从而接头焊缝性能。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，所述弯头壳体、铜套以及铜棒均采用紫铜制成。 

由于采用了上述结构，采用散热性好的紫铜材料，进一步提高铝弯管内表面的换热系数，降低沿工件内部热量传导的比例，改善小直径厚壁铝合金管周向的热量积累，从而接头焊缝性能。 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是： 

1、本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，对小直径厚壁管表面强制散热，降低了圆周方向的热量积累，在焊缝周向形成了组织性能较均匀一致的氩弧焊接头。大大提高了该类结构焊缝强度和密封性能，解决了轻量化要求材质改变带来的氩弧焊困难；

2）、本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，制备方式简单，原材料为工程常用的紫铜，加工过程仅涉及车、铣和线切割三道工序，夹具生产成本低，便于工程应用推广并改进；

3）、本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，操作性强，可配合转台进行自动氩弧焊，也可通过手动调节铜棒与铝管的径向位置，避免全位置焊或同一条焊缝的断续施焊，从而保证焊缝质量、降低焊工操作难度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是组合工装与弯管的配合关系示意图。

图中标记：1-弯管、2-铝管、31-弯头壳体、32-C形夹、33-锁紧螺钉、41-铜套、42-卡箍、5-铜棒。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。 

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

如图1和图2所示，本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，在弯管1的两管口分别连接有铝管2，所述铝管2内插入有铜棒5，所述铝管2外套有铜套41；在所述弯管1的外表套有与其配合的弯头壳体31，其中所述弯头壳体31由对称剖分的上、下壳体块组成，在弯头壳体31外设有C形夹32，所述C形夹32的端头通过锁紧螺钉33分别与上、下壳体块连接；其中所述铜套41由对称剖分的上、下管套组成，所述铜套41外设有卡箍42将上、下管套箍紧于铝管2上，所述铜套41的端面与弯管1的管口端面之间的间距为8-10mm，根据实际需要可在8mm、9mm和10mm中选择，以保证在不影响焊缝的前提下增大与铝件接触面，所述弯头壳体31、铜套41以及铜棒5均采用紫铜制成，使工装的散热性好。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，主要包括弯头壳体31、铜套41和铜棒5三个部分组成。弯管1焊接前对弯头和铝管做相应的装夹，然后施焊。弯头壳体31与弯管1配合，通过线切割形成剖分结构，弯头壳体31由对称剖分的上、下壳体块组成，其中上、下壳体块由锁紧螺钉33连接有C形夹的端头，C形夹32为固定形状于弯头壳体31外，因此可在C形夹32上调节锁紧螺钉33，使上、下壳体块移动，从而实现对弯管1的夹紧安装和拆卸。铜套41内壁加工成与铝管2外壁紧配合的尺寸形状，通过线切割形成剖分结构，也即所述铜套41由对称剖分的上、下管套组成，采用卡箍42将铜套42固定于铝管外壁。要求铜套41端面与弯管2的关口端面之间的间距为8-10mm，以保证在不影响焊缝的前提下增大与铝件接触面；铜棒5插入铝管2，铜管5插入深度以与衬垫于焊缝正下方为前提。铜棒5和铝管2之间通过公差控制形成紧配合；所有夹具材料均为紫铜，也即所述弯头壳体31、铜套41以及铜棒5均采用紫铜制成。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，其加工步骤为： 

步骤一、根据弯管外形特性设计与之紧配合的弯头壳体31和管套41，且采用散热性好的紫铜材料，机加成形后，采用线切割沿两铝管2轴线所在平面切开，形成剖分式夹具结构，分别通过C形夹与卡箍夹紧弯头壳体31和管套41于弯头外表面。为了进一步提高铝弯管内表面的换热系数，车加工铜棒5，以紧配合插入铝管2至弯头1端面；

步骤二、自动钨极氩弧焊时将铜棒5以键槽连接的形式固定于可无级变速的转台上，在适当的转台速度、焊接电流和送丝速度下进行氩弧自动焊；手工钨极氩弧焊时将铜棒5固定，施焊过程中实时调整铝管2与铜棒5的相对位置，以保证焊缝基本处于平焊姿态。由于是环缝焊接，收弧段需与起弧段叠加，形成搭接焊缝，并通过衰减电流控制防止弧坑裂纹产生；

步骤三、施焊完毕后冷却一段时间，拆开抱箍和锁紧螺钉，拆下工装，即得到品质优良的小直径厚壁管接头。

以某管路系统的弯管结构为例，铝管内径14mm，壁厚3mm，铝管长40mm，设计以上钨极氩弧焊工装采用手工施焊，铝管与弯头之间凸台定位形成插接接头，焊接电流为150A，获得的氩弧焊接头无表面成形缺陷，气密试验一次合格。 

本实用新型的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，对小直径厚壁管表面强制散热，降低了圆周方向的热量积累，在焊缝周向形成了组织性能较均匀一致的氩弧焊接头。大大提高了该类结构焊缝强度和密封性能，解决了轻量化要求材质改变带来的氩弧焊困难；且制备方式简单，原材料为工程常用的紫铜，加工过程仅涉及车、铣和线切割三道工序，夹具生产成本低，便于工程应用推广并改进；同时操作性强，可配合转台进行自动氩弧焊，也可通过手动调节铜棒与铝管的径向位置，避免全位置焊或同一条焊缝的断续施焊，从而保证焊缝质量、降低焊工操作难度。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，在弯管（1）的两管口分别连接有铝管（2），其特征在于：所述铝管（2）内插入有铜棒（5），所述铝管（2）外套有铜套（41）；在所述弯管（1）的外表套有与其配合的弯头壳体（31）。

2.如权利要求1所述的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，其特征在于：所述弯头壳体（31）由对称剖分的上、下壳体块组成，在弯头壳体（31）外设有C形夹（32），所述C形夹（32）的端头通过锁紧螺钉（33）分别与上、下壳体块连接。

3.如权利要求1或2所述的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，其特征在于：所述铜套（41）由对称剖分的上、下管套组成，所述铜套（41）外设有卡箍（42）将上、下管套箍紧于铝管（2）上。

4.如权利要求3所述的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，其特征在于：所述铜套（41）的端面与弯管（1）的管口端面之间的间距为8-10mm。

5.如权利要求1或2或4所述的小直径厚壁铝合金弯管的钨极氩弧焊工装，其特征在于：所述弯头壳体（31）、铜套（41）以及铜棒（5）均采用紫铜制成。

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