一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置，步骤为：根据超宽板宽度尺寸选择合适的铝合金板坯；将固定装卡板冷却至

【技术实现步骤摘要】
一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置


[0001]本专利技术涉及金属板材成形
，具体而言，尤其涉及一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置。

技术介绍

[0002]铝合金是火箭、飞机、汽车和高铁等运载装备的主体结构材料。随着新一代装备对轻量化和高可靠要求的大幅提升，迫切需求整体结构的铝合金薄壁件。结构整体化使得构件尺寸越来越大，出现一类大型铝合金薄壁件，如运载火箭燃料贮箱整体箱底直径超过3m。这类构件整体成形势必需要4.5m以上的大尺寸超宽板坯。
[0003]通常，铝合金板坯通过轧制工艺制备。受制了轧机宽幅和超宽板变形不均等轧制缺陷，对于厚度小于5mm的薄板，最大板宽幅值能到2.5m；厚度较大的板坯，最大板宽也只能到4m，无法满足大型构件整体成形所需的板坯宽度。这就要求通过几块板坯拼焊获得超宽板坯，如何确保焊缝与母材性能一致至关重要。与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，焊接热输入小、温度低，可避免熔焊造成的析出相粗大、气孔等缺陷，已大量应用于铝合金焊接，可用于制备大尺寸超宽铝合金板坯。
[0004]值得注意的是，大型铝合金薄壁件整体成形往往选择固溶态成形，一方面是因为固溶态成形性能最好；另一方面避免了成形后再淬火导致严重形状畸变的问题。也就是说，需要制备的超宽板坯在固溶态就要完成成形。但是，退火态板坯焊接后再固溶，会导致焊缝在固溶处理过程中发生晶粒异常长大，造成焊缝性能弱化，引起开裂。退火态板坯固溶后再焊接，会在焊接过程中发生自然时效，导致板坯整体成形性能下降，无法成形。尤其是2A14、2195一类高强铝合金，固溶后2h内就需要完成成形，短时间内难以完成大尺寸超宽板坯焊接。更具挑战的是，大尺寸超宽板坯不仅需要超大尺寸搅拌摩擦焊机，还需要在加工现场完成，否则超宽板坯难以运输。现有技术均无法获得适应大型薄壁件整体成形的大尺寸超宽铝合金板坯。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的现有技术均无法获得适应大型薄壁件整体成形的大尺寸超宽铝合金板坯的技术问题，提供一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置。本专利技术主要利用固定装置、焊接装置和冷却装置，通过低温搅拌摩擦焊制备大尺寸超宽铝合金板坯，解决现有技术均无法获得适应大型薄壁件整体成形的大尺寸超宽铝合金板坯的问题。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：确定板坯。根据超宽板宽度尺寸，选择合适的铝合金板坯；
[0009]步骤二：冷却处理。将固定装卡板冷却至
‑
40～0℃；
[0010]步骤三：板坯固溶处理。将多块铝合金板坯同时进行固溶处理，获得固溶态板坯；
[0011]步骤四：板坯装配固定、冷却。将多块固溶态板坯放置在固定装卡板上，对板坯进
行固定，使两块板坯的待焊接部位对接好，靠近焊接区的位置通过压板压紧，保证焊接过程中板坯不会发生相对窜动，并通过固定装卡板热传导将所述固溶态板坯冷却至
‑
40～0℃；
[0012]步骤五：搅拌摩擦焊。驱动电机，使搅拌摩擦焊焊头匀速旋转，焊头的搅拌针缓慢插入板坯，焊头旋转的同时沿着焊接方向匀速向前移动，原始固溶态板坯在热
‑
机联合作用下形成致密的金属结合，获得超宽板坯。
[0013]进一步地，所述铝合金板坯主要为可热处理强化铝合金，如为2
×××
、6
×××
或7
×××
系铝合金板。
[0014]进一步地，所述步骤五中，所述搅拌摩擦焊焊头保持匀速进给和匀速转动，进给速度为100mm/min～300mm/min，转速为600r/min～1400r/min。
[0015]本专利技术还提供了一种大宽铝合金拼焊板坯制备装置，包括：固定装置、安装在固定装置上的焊接装置和冷却装置，所述固定装置用于实现板坯的固定，其上设置有移动机构，所述焊接装置安装在移动机构上，所述移动机构用于实现焊接装置沿焊接方向运动，所述焊接装置用于对板坯间的待焊接部位进行焊接，所述冷却装置与固定装置相连，用于提供低温环境，对板坯进行降温。
[0016]进一步地，所述焊接装置为搅拌摩擦焊机，包括：适当尺寸的搅拌摩擦焊焊头和电机，所述电机安装在移动机构上，用于驱动焊头对板坯间的待焊接部位进行焊接。
[0017]进一步地，所述固定装置还包括：用于安装移动机构的单轨龙门结构、用于板坯放置与定位的实心刚体以及用于板坯固定的压板和紧固螺栓；所述龙门结构固定在实心刚体上，两个板坯共同放置于实心刚体的顶部，板坯间的待焊接部位被定位置于实心刚体上，并通过靠近待焊接部位的压板压紧，压板通过配合连接的紧固螺栓固定在实心刚体上；
[0018]所述移动机构包括水平滑块和竖直滑块，所述水平滑块安装在龙门结构的导轨中，所述竖直滑块安装在水平滑块的导轨中，焊接装置固定在竖直滑块上；采用单轨龙门结构固定搅拌摩擦焊机和压紧焊接端部，通过卡槽限位确保连接板坯端部紧密接触，并使板坯接触缝隙与焊机运动轨迹重合。
[0019]进一步地，所述冷却装置包括：固定装卡板、冷却回路、冷却源和控温装置，固定装卡板设有两块，分别固定连接在固定装置的实心刚体两侧，用于对板坯进行冷却；所述冷却源通过冷却回路与固定装卡板相连，依靠热传导创造低温环境；所述控温装置与冷却源相连，用于使装置温度稳定于设定温度。
[0020]进一步地，所述固定装卡板内部开有与冷却回路相连通的输液管道，冷却源通过冷却回路向输液管道内输送低温介质，将固定装卡板冷却至设定温度，固定装卡板依靠热传导为板坯创造低温环境；
[0021]所述控温装置采用反馈调节，所述固定装卡板上固定有低温热电偶，用于实时测量基板的温度；根据固定装卡板的实时温度控制低温介质的流速，使装置温度稳定于设定温度，实现冷却功能。
[0022]进一步地，所述固定装卡板和所述实心刚体采用箱式组合结构，仅在需要支撑力的焊接区采用实心刚体，其它冷却区采用冷却箱；所述实心刚体内开设与冷却回路相连通的连通管道，通过冷却回路将固定装卡板和实心刚体与冷却源连接，构成完整的低温回路；所述冷却箱采用中空结构，外部采用隔热材料密封保温，内部开设低温管道，工作时低温管道与冷却源连通，保持箱内低温。
[0023]进一步地，所述紧固螺栓可代替为伸缩缸，来提供板坯锁紧力，所述伸缩缸安装在龙门结构上，与压板连接，在工作时驱动压板压紧板坯；所述龙门结构保证竖直和水平(沿焊接方向)两个方向的自由度。
[0024]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025]1、本专利技术提供的大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置，通过固定装卡板将新淬火的固溶态板坯冷却至低温，防止常温自然时效，可以实现固溶态制备超宽板坯，不仅保持了固溶态的优良成形性能，还解决了焊接后再固溶会发生晶粒异常长大的难题。
[0026]2、本专利技术提供的大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置，通过在低温条件下搅拌摩擦焊制备超宽板坯，不仅可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定板坯：根据超宽板宽度尺寸，选择合适的铝合金板坯；步骤二：冷却处理：将固定装卡板冷却至
‑
40～0℃；步骤三：板坯固溶处理：将多块铝合金板坯同时进行固溶处理，获得固溶态板坯；步骤四：板坯装配固定、冷却：将多块固溶态板坯放置在固定装卡板上，对板坯进行固定，使两块板坯的待焊接部位对接好，靠近焊接区的位置通过压板压紧，保证焊接过程中板坯不会发生相对窜动，并通过固定装卡板热传导将所述固溶态板坯冷却至
‑
40～0℃；步骤五：搅拌摩擦焊：驱动电机，使搅拌摩擦焊焊头匀速旋转，焊头的搅拌针缓慢插入板坯，焊头旋转的同时沿着焊接方向匀速向前移动，原始固溶态板坯在热
‑
机联合作用下形成致密的金属结合，获得超宽板坯。2.根据权利要求1所述的大宽铝合金拼焊板坯制备方法，其特征在于，所述铝合金板坯为可热处理强化铝合金，为2
×××
、6
×××
或7
×××
系铝合金板。3.根据权利要求1所述的大宽铝合金拼焊板坯制备方法，其特征在于，所述步骤五中，所述搅拌摩擦焊焊头保持匀速进给和匀速转动，进给速度为100mm/min～300mm/min，转速为600r/min～1400r/min。4.一种如权利要求1
‑
3任意一项权利要求所述的大宽铝合金拼焊板坯制备装置，其特征在于，包括：固定装置、安装在固定装置上的焊接装置和冷却装置，所述固定装置用于实现板坯的固定，其上设置有移动机构，所述焊接装置安装在移动机构上，所述移动机构用于实现焊接装置沿焊接方向运动，所述焊接装置用于对板坯间的待焊接部位进行焊接，所述冷却装置与固定装置相连，用于提供低温环境，对板坯进行降温。5.根据权利要求4所述的大宽铝合金拼焊板坯制备装置，其特征在于，所述焊接装置为搅拌摩擦焊机，包括：搅拌摩擦焊焊头和电机，所述电机安装在移动机构上，用于驱动焊头对板坯间的待焊接部位进行焊接。6.根据权利要求4所述的大宽铝合金拼焊板坯制备装置，其特征在于，所述固定装置还包括：用于安...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡晓波，苑世剑，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：