铝壳体焊接的工艺设计及新技术采用

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1、铝壳体焊接的工艺设计及新技术应用程正举吕存阳（机械工业第六设计研究院河南郑州450007）摘要通过分析铝合金焊接特点和批量生产性质，进行多种焊接工艺方案的比较，采用变极性等离子焊接工艺及支管焊接新技术，可提高焊接效率，保证焊接质量的稳定性，获得良好的经济效益。关键词铝合金焊接；工艺设计；变极性等离子焊接工艺；支管焊接图书分类编号：TB47ProcessDesignandNewTechnologyApplicationofAluminumweldingChengZhengjuLvCunyang(No.6InstituteofPro

2、ject＆ResearchoftheMinistryofMachineryIndustryZhengzhou450007)AbstractByanalysisofthecharacteristicsofAluminiumalloyweldingandbatchproduction,variousweldingprocessschemesarecomprised.Applicationofvariablepolarityplasmaweldingandnewtechnologyoftubeunioncanimprovetheeff

3、iciencyofwelding,guaranteethestabilityofweldingqualityandgaingoodeconomicbenefit.KeywordsAluminumAlloywelding;WeldingTechnology;variablepolarityplasmawelding;weldingoftubeunion机械工业第六设计研究院承接某高压开关厂的整体设计，其中，壳体焊接厂房占地面积3.15万平方米，由备料工段、焊接工段、打磨间、射线探伤室和试验区组成。其产品为高压开关的外壳，主要工艺为

4、铝壳体的焊接。在设计中，根据产品自身的特点及生产类型，制定合适的工艺流程，积极选用新工艺、新方法，提高产品质量及生产效率。1产品工艺流程高压开关外壳产品为6～12mm厚的带支管的铝合金圆柱状壳体，具有多品种、批量生产的性质。在工艺设计中充分考虑批量生产的特点，进行多方案的比较，选择合适的工艺，以保证产品质量的稳定性和高的生产效率。壳体生产一般工艺流程：铝板剪板下料→铣坡口→卷圆→装配→焊接→探伤→水压试验→气密试验。焊接质量的控制是整个工艺流程控制中的重点和难点，本次工艺设计侧重于工艺方案的比较和论证。2铝合金的焊接特点（1）铝

5、合金表面的氧化膜阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠[1]；（2）铝材的表面氧化膜和吸附的水分，易使焊缝产生气孔。铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却速度过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔；（3）铝合金的线膨胀系数大，凝固时容易产生缩孔、疏松、热裂纹及较大的内应力；（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难[1]。3焊接工艺产品的焊接包括纵焊缝、环焊缝和支管的焊接。3.1纵焊缝的焊接3.1.1传统的TI

6、G焊和MIG焊以10mm厚的铝合金板纵缝焊接为例，传统的TIG焊和MIG焊需要焊接3层10多道工序。其主要存在的问题：（1）焊前需严格清理坡口及周边20mm范围的油污及氧化膜，并及时完成焊接。工序耗时长，控制环节多。（2）多层多道焊容易引起过烧，焊缝区晶粒粗大，强度下降。在压力工况下，容易造成微裂纹的扩展而使产品失效。（3）多道次的大电流焊接，工件的变形大、焊缝及热影响区的塌陷明显，尺寸公差控制难，后续矫形工作量大，生产周期长。优点：成熟的焊接工艺和方法，设备投资少。3.1.2搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊FSW（FrictionStir

7、Welding）[2]是英国焊接研究所发明的一种固相联接技术，并申请国际专利。其原理是旋转的搅拌摩擦头插入被焊接工件的界面处，由于搅拌头、搅拌工具的轴肩与被焊工件的紧密接触摩擦，使搅拌头附近的金属在摩擦热的作用下热熔塑化，在搅拌头旋转和搅拌工具平移的复合运动下，热塑化金属被搅拌头转移到后方，在轴肩的顶锻力作用下，形成连续的密实的焊缝。与传统熔焊相比，FSW具有无可比拟的优势：（1）焊接过程不需要坡口准备、填充金属及保护气体；（2）焊接接头变形小、缺陷少；（3）焊接接头质量及力学性能稳定；（5）易于实现自动化，生产效率高。技术经济

8、分析：由于专利保护，每年的专利使用费用为10多万；设备为非标设备，需专门设计生产。根据北京航空制造研究所与英国焊接研究所签订的专利转让与实施许可合同，成为中国唯一的FSW设备制造商。其设备设计制造成本高，购置价格高达600多万，供货周期长达6-8个月。3.1.3