[发明专利]一种铝合金管扩孔焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管件焊接方法，具体地说是涉及一种利用铝合金导管本体材料作为焊缝填充物，在电弧作用下将铝合金导管对焊在一起的改进方法，属于焊接领域。

背景技术

在工业制造领域，复杂的管路系统被广泛采用，特别是小直径铝合金导管。铝合金导管通过挤压制造，导管对接面的管壁厚与其余部分壁厚一致。由于导管形状的复杂性，在焊接该导管时，管件通常保持不动，通过管焊机电弧旋转360°进行全位置焊。

但是，该方法有下列弊端：由于电弧焊接加热范围大，管路对接时无填充材料，在电弧加热下形成的熔池往往导致局部下凹现象，低于母材管壁表面。焊缝材料经过电弧加热后其力学性能与管壁材料性能差距较大，且铝合金的熔化焊通常难以完全避免焊接气孔的存在。因此，在焊缝厚度不高于管壁厚度的情况下，导管焊缝区域往往成为构件薄弱区域，必须增加焊缝区厚度来提高该区域的承载能力。此外，焊缝表面凹凸不一致，也影响了产品外观质量。

目前解决上述问题的手段之一是在管焊机焊接结束后，再在焊缝表面进行手工填丝补焊，由于管路直径小(通常直径在20mm以下)、形状复杂难以旋转，手工焊接操作难于控制，往往出现咬边、气孔等缺陷，另外手工补焊的焊缝成形一致性差，与自动焊相比，焊缝表面质量不够美观。上述制造手段导致铝合金导管焊接合格率低下，急需改进焊接工艺手段。

另一种改进方法是应用在管头与管路的焊接上，由于管头是由机械加工制造，为了获得焊缝填充金属，通常在管头需要对接的端面上，通过车床加工出一凸起圆环台，再与管路进行焊接。该方法克服了无凸台管路焊接的焊缝下凹问题，但由于仅在一侧具有凸起圆台，使得连接面两侧温度场场分布不对称，极易导致焊缝气孔。此外，该方法仅适用于管头与管路的焊接，对于管路与管路的对接无法采用该方法。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种铝合金管对接电弧焊接方法，该方法通过一次施焊完成焊接过程，焊缝成形美观，焊接质量优异，焊缝合格率高。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是一种铝合金管对接电弧焊接方法，包括通常的管焊机全位置TIG电弧焊接方法，其创新点在于：铝合金管对接端口具有凸起圆台，作为焊缝金属填充至焊接熔池，管端口凸起圆台由管子本体材料形成。

优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，由高频感应线圈对模具和管端口进行局部快速加热，同时向上模具施加向下轴向压力，使管端口在下模具的拘束下，形成凸起圆台。

优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，首先采用具有较大直径圆弧过渡段的上模具轴向下压热态铝合金管，使管端口在下模具的拘束下首先形成外张形状；然后，更换上模具和下模具，实施相同热塑成形过程，获得小直径过渡圆弧的凸起圆台。

优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，进入高频感应线圈加热区域的铝合金管轴向长度小于等于15mm，加热时间为3-10s，凸起圆台的高度为1-2倍铝合金管壁厚。

优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，在加热区域外的冷态铝合金管外壁施加套环压紧，利用其摩擦力平衡上模具施加的轴向力。

优选地，本发明上述铝合金管对接电弧焊接方法中，在高频感应线圈加热时，施加氩气保护，保护气流由高频感应线圈直径大小的环形不导电管子吹送，环形管子均布氩气出孔，吹向铝合金管加热区域。

相对于现有技术，本发明通过对导管端面进行热力作用下扩孔塑性成形，获得对接端面的凸起圆台，随后进行管焊机TIG电弧全位置焊接。在焊接过程中，凸起圆台经电弧热熔化，作为填充材料进入焊缝熔池，形成具有一定余高的焊缝。这样在焊缝区域其厚度大于管壁厚度，焊缝无下凹现象。这一方面增加了焊接区域承载面积，提高了焊缝承载能力；另一方面，圆滑过渡的焊缝余高，改善了焊缝受力状态，也提高了焊缝的疲劳性能。此外，这种热塑成形的管材扩孔方式与冷态下机械扩孔相比，不会导致焊缝附近管壁变薄、管孔过渡圆角的直径过大、扩孔部分破裂等问题。

本发明可以解决铝合金管-管对接焊缝局部下凹问题，同时避免了冷态机械扩孔造成的孔过渡直径大、附近管壁变薄、管壁破裂等问题，并能有效降低焊缝气孔发生率。

附图说明

图1是热塑成形扩孔第一步预成型阶段示意图；

图2为铝合金管热塑扩孔成形第二阶段示意图；

图3为具有热塑扩孔成形凸起圆台的管-管对接电弧焊接示意图；

图4为具有凸起圆台的管-管对接TIG焊后形貌示意图。