提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置和工艺.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010260871.2 (22)申请日 2020.04.03 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街西段438号 (72)发明人 于恩林叶胡根吴虚怀 (74)专利代理机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通合伙) 11474 代理人 刘翠芹 (51)Int.Cl. B23K 9/173(2006.01) B23K 31/00(2006.01) B23K 9/32(2006.01) B23K 9/235(2006.01) B23K 10。

2、3/10(2006.01) (54)发明名称 一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接 装置和工艺 (57)摘要 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。

3、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。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111451618 A 2020.07.28 CN 111451618 A 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。

4、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。

5、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。

6、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0.71.3mm。 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 1。

7、5mm， 所述第一板带和所述第二板带厚度为1030mm。 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812mm。 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。

8、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。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111451618 A 2 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615mm； 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。

9、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。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111451618 A 3 一种提高防锈铝合金焊接接头质量的焊接装置和工艺 技术。

10、领域 0001 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 0002 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。 0003 铝合金焊接是指铝合金材料的焊接过程， 主。

11、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200300， 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 0004 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。 0005 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、。

12、 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； 0006 第一板带和第二板带的上方分别。

13、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； 0007 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； 0008 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 说明书 1/5 。

14、页 4 CN 111451618 A 4 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； 0009 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； 0010 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。 0011 优选地， 所述轧辊挤压所。

15、述第一板带和所述第二板带的外侧面压下量为0.7 1.3mm。 0012 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615mm， 所述第一板带和所述第二板带厚度为1030mm。 0013 优选地， 熔化极和挤压棒之间的距离为812mm。 0014 优选地， 第一挤压棒和第二挤压棒均采用耐高温材料。 0015 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。 0016 优选地，。

16、 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。 0017 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： 0018 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； 0019 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615mm； 0020 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； 0021 S4、 对所述第一板带和所述第二板带坡口两侧进行预热； 0022 S5、 两个轧辊和两个挤压棒向前运动，。

17、 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； 0023 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； 0024 S7、 焊接完成后， 对焊缝进行必要清理后入库。 0025 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。 0026 与现有技术相比， 本发明有益效果如下： 0027 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。

18、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。 0028 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 说明书 2/5 页 5 CN 111451618 A 5 的焊接变形。 0029 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。

19、显著。 附图说明 0030 图1是本发明装置的原理图； 0031 图2是本发明装置的俯视图； 0032 图3是本发明装置的正视图； 0033 图4是本发明装置的部分零件结构示意图； 以及 0034 图5是本发明装置的十字梁结构示意图。 0035 附图中部分附图标记如下： 0036 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。

20、。 具体实施方式 0037 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。 0038 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。 0039 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。

21、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。 0040 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。 0041 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。

22、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。

23、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 说明书 3/5 页 6 CN 111451618 A 6 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。

24、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。 0042 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。 0043 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75050)时依然能保持良好的刚度和强度； 0044 进一步地， 第二液压缸12、 。

25、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。 0045 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。 0046 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： 0047 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。

26、的氧化膜和油污； 0048 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； 0049 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)； 0050 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；。

27、 0051 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。

28、的晶粒， 提高焊接接头的质量； 0052 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 说明书 4/5 页 7 CN 111451618 A 7 10的推杆比挤压前多伸出1mm)， 直至焊接完成； 0053 步骤七、 焊接完成后， 对焊缝进行必要清理， 然后入库。 0054 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。 说明书 5/5 页 8 CN 111451618 A 8 图1 说明书附图 1/3 页 9 CN 111451618 A 9 图2 图3 说明书附图 2/3 页 10 CN 111451618 A 10 图4 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 111451618 A 11 。