一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置

1.本发明涉及金属板材成形技术领域，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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。本发明主要利用固定装置、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。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法，包括如下步骤：
8.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；
9.步骤二：冷却处理。将固定装卡板冷却至-40～0℃；
10.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；
11.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℃；
12.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。
13.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。
14.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。
15.本发明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。
16.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。
17.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；
18.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。
19.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。
20.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；
21.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。
22.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。
23.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。
24.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
25.1、本发明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。
26.2、本发明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，不仅可确保固溶态下焊接，还可以加快焊接区冷却，避免了焊缝组织性能弱化的问题。
27.3、本发明提供的大宽铝合金拼焊板坯制备方法及装置，采用可拆卸的单轨龙门结构固定搅拌摩擦焊机和压紧焊接端部，不仅无需超大型搅拌摩擦焊机，还便于在大型薄壁件成形现场搭建，避免了超宽板坯运输难题。
28.综上，应用本发明的技术方案能够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。
29.基于上述理由本发明可在金属板材成形等领域广泛推广。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例1中超宽板坯制备装置示意图。
32.图2为本发明实施例2中低温箱箱座的结构示意图。
33.图3为本发明实施例2中低温箱箱座与盖板的结构示意图。
34.图4为本发明实施例2中超宽板坯制备装置示意图。
35.图5为本发明实施例3中超宽板坯制备装置示意图。
36.图6为2219铝合金退火态搅拌摩擦焊固溶后焊缝金相图。
37.图7为本发明2219铝合金固溶态搅拌摩擦焊焊缝金相图。
38.图中：1、隔热板；2、实心刚体；3、固定装卡板；3-1、低温箱箱座；3-2、输液管道；3-3、盖板；4、板坯；5、龙门结构；5-1、伸缩缸；6、水平滑块；7、竖直滑块；8、焊头；9、压板；10、冷却回路；11、冷却源；12、控温装置。
具体实施方式
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实
际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
42.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
44.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
45.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
46.如图1～图7所示，本发明提供了一种大宽铝合金拼焊板坯制备方法，通过低温搅拌摩擦焊制备大尺寸超宽铝合金板坯，具体步骤如下：
47.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4；
48.步骤二：冷却处理。将固定装卡板3冷却至-40～0℃；
49.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；
50.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3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9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3热传导将所述固溶态板坯冷却至-40～0
℃；
51.步骤五：搅拌摩擦焊。驱动电机，使焊头8匀速旋转，搅拌针缓慢插入板坯，焊头8旋转的同时着沿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。
52.作为优选的实施方式，所述步骤二中固定装卡板3内部开有输液管道，通过冷却源11向管道内输送低温介质，将固定装卡板3冷却至设定温度。
53.作为优选的实施方式，所述步骤二中固定装卡板3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2，其它冷却区采用冷却箱。所述实心刚体2内开设连通管道，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，工作时管道与冷却源11连通，保持箱内低温。
54.作为优选的实施方式，所述步骤四采用单轨龙门结构5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。
55.作为优选的实施方式，所述步骤四中由龙门结构5和伸缩缸5-1代替紧固螺栓，提供板坯锁紧力，龙门结构5需要保证竖直和水平(沿焊接方向)两个方向的自由度。
56.作为优选的实施方式，所述铝合金板坯主要为可热处理强化铝合金，如2
×××
、6
×××
、7
×××
系铝合金板。
57.作为优选的实施方式，所述步骤五中，搅拌摩擦焊焊头8保持匀速进给和匀速转动，进给速度150mm/min～300mm/min，转速600r/min～1400r/min。
58.本发明还提供了一种新的大宽铝合金拼焊板坯制备装置，主要由焊接装置、固定装置和冷却装置三部分组成。其中，焊接装置：包括(适当尺寸的)搅拌摩擦焊焊头8以及驱动焊头8的电机。固定装置包括：固定焊接装置的单轨龙门结构5、用于板坯放置与定位的实心刚体2、用于板坯固定的压板9和紧固螺栓。冷却装置包括：固定装卡板3、冷却回路10、冷却源11和控温装置12。
59.安装时首先将龙门结构5固定在实心刚体2上，用于冷却的固定装卡板3固定于实心刚体2两侧；然后使用输液管将固定装卡板3和实心刚体2与冷却源11连接，构成完整的低温回路；再然后将水平滑块6安装在龙门结构5的导轨中，将固定有焊接装置的竖直滑块7安装在水平滑块6的导轨中；将控温装置12与冷却源11连接，低温热电偶固定在固定装卡板3上实时测量温度；最后将焊接装置和控温装置12接通电源，完成大尺寸超宽铝合金板坯制备装置的安装。
60.在板坯制备过程中，冷却源11通过冷却回路10输送低温介质到固定装卡板3的输液管道中，依靠热传导创造低温环境，控温装置12采用反馈调节，根据固定装卡板3(冷却板)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；焊头8在电机驱动下匀速转动，在水平滑块6和竖直滑块7的带动下沿焊接方向运动，实现焊接功能；板坯定位后由压板9提供压紧力，固定在实心刚体2上，实现定位功能。
61.实施例1
62.如图1所示，本实施例中需要制备尺寸5m
×
5m
×
4.5mm的2219铝合金板坯，所用两块原始板坯4为退火态2219铝合金板材，平面尺寸5m
×
2.5m，壁厚4.5mm。冷却源11通过冷却回路10将低温介质输送到固定装卡板3的输液管道中，固定装卡板3通过热传导给板坯4降
温。焊头8的定位和支撑通过龙门结构5实现。板坯4完成定位后使用压板9压紧，防止焊接过程中发生窜动。控温装置12采用反馈调节，根据冷却板(固定装卡板3)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。固定装卡板和实心刚体的底部共同连接有隔热板1。
63.第一步：启动冷却源11加注低温介质至固定装卡板3中，使其温度降低至-40℃，控温装置12控制低温介质流速，保持温度稳定。
64.第二步：将板坯4经535℃
×
1h的固溶处理后迅速淬火，擦干表面残留液体，获得固溶态板坯4。
65.第三步：将固溶态板坯4紧密放置在固定装卡板3上，先定位使两板缝隙与焊机运动轨迹重合，再通过压板9固定。焊头8通过水平和竖直两个方向的滑块安装在龙门结构5上，水平滑块6可沿龙门结构5上的导轨水平运动(沿焊接方向)，焊头8固定在竖直滑块7上，可沿水平滑块6上的导轨竖直运动。
66.第四步：启动焊接装置，焊头8沿焊接方向进给速度200mm/min，转速1300r/min，完成焊接后得到超宽板坯。
67.第五步：升起焊头8，打开压板9，迅速取出板坯4至加工装置。
68.如图6、图7所示，现有2219铝合金在退火态搅拌摩擦焊并固溶处理后的焊缝金相图和应用本发明制备的2219铝合金固溶态板坯的焊缝金相图有着明显的不同。可以看出，退火态焊接后再固溶存在明显的晶粒异常长大，粗大的晶粒会严重影响连接区域的力学性能；而应用本发明的板坯连接区域晶粒尺寸与母材区基本一致，力学性能与母材区相近。这表明，与传统焊接方法相比，本发明可以有效防止板坯连接区域的晶粒结构出现异常长大，提升连接区域的力学性能，这对于大尺寸超宽板坯的制备具有重要意义。
69.实施例2
70.如图2、图3和图4所示，本实施例中需要制备尺寸6m
×
6m
×
8mm的2a14铝合金板坯，所用两块原始板坯4为退火态2a14铝合金板材，平面尺寸6m
×
3m，壁厚8.0mm。区别于通过固定装卡板降温方法，固定装卡板采用低温箱式结构，其包括低温箱箱座3-1、输液管道3-2和盖板3-3，输液管道3-2设置在低温箱箱座3-1内部，可呈u形，低温箱箱座3-1中部开设矩形槽，板坯放置在矩形槽中，盖板3-3盖在低温箱箱座3-1顶部。冷却源11通过冷却回路10将低温介质输送到低温箱箱座3-1内的输液管道3-2中，使低温箱内部温度降低，进一步冷却板坯。焊头8的定位和支撑通过龙门结构5实现。板坯4完成定位使用压板9压紧，防止焊接过程中发生窜动。控温装置12采用反馈调节，根据低温箱中的实时温度控制低温介质的流速，使低温箱温度稳定于设定温度。
71.第一步：启动冷却源11加注低温介质至输液管道3-2中，使其温度降低至-40℃，控温装置12控制低温介质流速，保持温度稳定。
72.第二步：将板坯4经490℃
×
1h的固溶处理后迅速淬火，擦干表面残留液体，获得固溶态板坯4。
73.第三步：将固溶态板坯4紧密放置在低温箱箱座3-1上，先定位使两板缝隙与焊机运动轨迹重合，再通过压板9固定并加盖盖板3-3。焊头通过水平和竖直两个方向的滑块安装在龙门结构5上，水平滑块6可沿龙门结构5上的导轨水平运动(沿焊接方向)，焊头8固定在竖直滑块7上，可沿水平滑块6上的导轨竖直运动。
74.第四步：启动焊接装置，焊头8沿焊接方向进给速度200mm/min，转速1300r/min，完成焊接后得到超宽板坯。
75.第五步：升起焊头8，打开压板9，迅速取出板坯4至加工装置。
76.实施例3
77.如图5所示，本实施例中需要制备尺寸3m
×
3m
×
3.0mm的2195铝合金板坯，所用两块原始板坯4为退火态2195铝合金板材，平面尺寸3m
×
1.5m，壁厚3.0mm。冷却源11通过冷却回路10，将低温介质输送到固定装卡板3的输液管道中，固定装卡板3通过热传导给板坯4降温。焊头8的定位和支撑通过龙门结构5实现。板坯4完成定位后，通过安装在龙门结构5上的多个伸缩缸5-1驱动压板9压紧，防止焊接过程中发生窜动。控温装置12采用反馈调节，根据固定装卡板3(冷却板)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。
78.第一步：启动冷却源11加注低温介质至固定装卡板3中，使其温度降低至-40℃，控温装置12控制低温介质流速，保持温度稳定。
79.第二步：将板坯4经520℃
×
1h的固溶处理后迅速淬火，擦干表面残留液体，获得固溶态板坯4。
80.第三步：将固溶态板坯4紧密放置在固定装卡板3上，先定位使两板缝隙与焊机运动轨迹重合，再通过压板9固定。焊头通过水平和竖直两个方向的滑块安装在龙门结构5上，水平滑块6可沿龙门结构5上的导轨水平运动(沿焊接方向)，焊头8固定在竖直滑块7上，可沿水平滑块6上的导轨竖直运动。
81.第四步：启动焊接装置，焊头8沿焊接方向进给速度200mm/min，转速1200r/min，完成焊接后得到超宽板坯。
82.第五步：升起焊头8，打开压板9，迅速取出板坯4至加工装置。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
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，压板通过连接的紧固螺栓固定；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。7.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。8.根据权利要求7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；
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，用于实时测量固定装卡板的温度；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。9.根据权利要求8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。10.根据权利要求6所述的大宽铝合金拼焊板坯制备装置，其特征在于，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两个方向的自由度。

技术总结
本发明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-40～0℃；将多块铝合金板坯同时进行固溶处理，获得固溶态板坯；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发生相对窜动，通过固定装卡板热传导将固溶态板坯冷却至-40～0℃；最后进行搅拌摩擦焊，使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。本发明通过在低温条件下搅拌摩擦焊制备超宽板坯，不仅可确保固溶态下焊接，还可加快焊接区冷却，避免焊缝组织性能弱化的问题。避免焊缝组织性能弱化的问题。避免焊缝组织性能弱化的问题。


技术研发人员：凡晓波 苑世剑
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8