用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置及焊接方法与流程

1.本公开涉及一种焊接装置及焊接方法，尤其涉及一种用于铝合金包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置及焊接方法。


背景技术：

2.核级6061-t6铝合金可应用于制造先进研究堆(carr)等研究堆辐照靶件的所有结构件，包括：内包壳管、外包壳管、上端塞、下端塞、上定位件、下定位件、支撑管、定位片、吊装头。一根靶管共有5个焊缝：2个轴向对接环缝，2个端面搭接环缝，1个充氦堵孔焊。其中，堵孔焊焊缝不允许出现裂纹、夹渣和大于气孔等缺陷，焊缝泄漏率小于1.33
×
10-9
pa
·
m3/s。
3.研究堆靶件需要往靶管内充入0.1mpa高纯氦气，然后对铝合金包壳靶管进行堵孔焊，相关技术中，常采用氩弧焊的焊接方法，铝合金靶管的充氦堵孔焊难度很大。主要体现在：
4.(1)氦气的热导率远大于氩气，氩弧焊时靶管内的氦气受热膨胀，靶管内、外气体存在较大压力差，而此时焊缝内的铝液尚未凝固，于是铝液易被氦气吹散，导致堵孔焊失败；
5.(2)由于铝极易氧化、表面氧化铝膜难以彻底清除干净、氧化膜吸附水导致氢气来不及逸出，铝合金氩弧焊(tig)时极易产生夹杂和气孔；
6.(3)铝的热导率很高、热膨胀系数很大，焊后凝固收缩快，热应力大，并且，6061铝合金含有硅元素，铝液流动性差，焊缝根部铝液补充不足，应力集中，极易产生裂纹。


技术实现要素：

7.在一个方面，本公开提供一种用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置，包括：
8.封闭壳体，包括第一窗口、第二窗口和通气孔，所述通气孔用于连通真空泵和氦气源；
9.焊接电极，与所述第一窗口滑动密封连接；
10.结合部，设置在所述焊接电极的一端，所述结合部位于所述封闭壳体内，所述结合部用于夹持包壳靶管的充气孔上的堵塞；
11.移动机构，适用于驱动所述焊接电极穿过所述第一窗口移动；以及
12.支撑机构，与所述第二窗口密封连接，所述支撑机构的第一端从所述第二窗口朝向所述封闭壳体内部延伸，所述第一端适用于支撑包壳靶管；
13.其中，所述焊接电极、堵塞、包壳靶管和支撑机构形成导电通路。
14.在另一方面，本公开提供一种用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊焊接方法，包括：
15.操作s1，将待焊接的包壳靶管安装在支撑机构上，将所述包壳靶管放入封闭壳体内；
16.操作s2，通过结合部夹持包壳靶管的堵塞，拔出堵塞打开包壳靶管的充气孔；
17.操作s3，关闭氦气阀，开启真空阀，将所述封闭壳体内压强降至第一预设值后保持第一预设时间；
18.操作s4，开启氦气阀，关闭真空阀，使得所述封闭壳体内压强升至第二预设值后持续充入氦气第二预设时间；
19.操作s5，移动焊接电极，将堵塞插入充气孔后，使所述堵塞持续压紧所述充气孔内壁；
20.操作s6，向所述焊接电极通电，使得所述堵塞与所述充气口的内壁形成电阻焊接。
附图说明
21.图1是相关技术中铝合金包壳靶管的轴向剖视图；
22.图2是本公开实施例的用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置的基部剖视图；
23.图3是本公开实施例的包壳靶管焊接时局部剖视图；
24.图4是本公开实施例的包壳靶管的用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊焊接方法的流程图；
25.图5是本公开实施例的包壳靶管焊接前后结构对比图。
26.上述附图中，附图标记含义具体如下：
27.01-内包壳管；02-外包壳管；03-端塞；04-焊缝；05-芯块；06-充气孔；
28.1-封闭壳体；2-压力表；3-气缸；4-伸缩杆；5-焊接电极电缆；6-焊接电极；7-法兰盖；8-支撑机构；9-盖板；10-接地电极电缆；11-包壳靶管；12-结合部；13-堵塞。
29.需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
31.但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
32.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
33.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
34.根据本公开一个方面的发明构思，提供一种用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置，包括：封闭壳体，包括第一窗口、第二窗口和通气孔，所述通气孔用于连通真空泵和氦气源；焊接电极，与所述第一窗口滑动密封连接；结合部，设置在所述焊接电极的一端，所述结合部位于所述封闭壳体内，所述结合部用于夹持包壳靶管的充气孔上的堵塞；移动机构，适
用于驱动所述焊接电极穿过所述第一窗口移动；以及支撑机构，与所述第二窗口密封连接，所述支撑机构的第一端从所述第二窗口朝向所述封闭壳体内部延伸，所述第一端适用于支撑包壳靶管；所述焊接电极、堵塞、包壳靶管和支撑机构形成导电通路。
35.图1是相关技术中铝合金包壳靶管的轴向剖视图。
36.在相关技术中，如图1所示，包壳靶管包括内包壳管01和外包壳管02，其中，在内包壳管01和外包壳管02之间存在夹层。在该夹层中设置有芯块05，在芯块两端分别设置有端塞03，端塞03分别与内包壳管01和外包壳管02焊接连接(焊缝04)。两个端塞03中的一个上设置有充气孔06，通气孔06联通至芯块05处。研究堆靶件是通过充气孔06往包壳靶管内充入0.1mpa高纯氦气，然后对铝合金包壳靶管的充气孔06处进行堵孔焊。
37.图2是本公开实施例的用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置的基部剖视图；图3是本公开实施例的包壳靶管焊接时局部剖视图。
38.本公开的实施例提供一种用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置，能够解决相关技术中氩弧焊接存在的缺陷，如图2及图3所示，该用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置包括封闭壳体1、焊接电极6、结合部12、移动机构和支撑机构8。
39.根据本公开的一些实施例，封闭壳体1为一个筒状结构的容器，作为向包壳靶管11内充入高纯氦气的高压容器，以及为后期进行堵孔电阻焊接操作提供一个保护气的氛围的密闭空间，其中，该容器的一端封闭，另一端选择性封闭，例如，可以设置可拆卸的盖板。
40.在本实施例中，第一窗口用于提供将焊接电极6及相关零部件伸入至封闭壳体1的窗口，以对封闭壳体1中的包壳靶管11执行电阻焊操作。
41.在本实施例中，第二窗口用于选择性开启或者封闭，用于将待焊接/焊接完成的包壳靶管11放入封闭壳体1中或者从封闭壳体1中取出。
42.在本实施例中，通气孔设置在封闭壳体1的侧壁上，用于连通真空泵和氦气源。
43.根据本公开的一些实施例，焊接电极6与第一窗口滑动密封连接，焊接电极6能够改变其伸入到封闭壳体1部分的长度，以完成焊接电极6与包壳靶管11的接触和隔离。
44.根据本公开的一些实施例，结合部12设置在焊接电极6的一端，结合部12位于封闭壳体1内，结合部12用于夹持包壳靶管11的充气孔06上的堵塞13。
45.在本实施例中，通过焊接电极6在封闭壳体1内的移动，结合部12能够将放置在包壳靶管11上充气孔06上的堵塞13夹住并带离充气孔06处，以及将堵塞13重新塞回充气孔06，并给与堵塞13预设大小的压力。
46.根据本公开的一些实施例，如图3所示，充气孔06包括两部分，位于下方的直筒式管路(连通至芯块05处)，以及位于直筒式管路上端的倒圆台状的孔端，其中，堵塞13的形状与倒圆台状的孔端的形状相似，堵塞13的下端与孔端的侧壁抵接，堵塞13的其他部分与孔端的侧壁隔离，且随着堵塞13侧壁上点高度的增加，该点距离孔端的侧壁的距离逐渐增大，也即，在堵塞13与充气孔06之间存在一个缝隙。
47.根据本公开的一些实施例，结合部12包括结合柱和多个接触部。
48.根据本公开的一些实施例，结合柱的端部插入堵塞13端部的凹槽中。
49.根据本公开的一些实施例，多个接触部中每个接触部的一端连接至结合柱，每个接触部的另一端抵靠在堵塞13的端部的外侧，使得接触部与结合柱协作夹持堵塞13的端部。
50.根据本公开的一些实施例，移动机构适用于驱动焊接电极6穿过第一窗口移动。
51.根据本公开的一些实施例，移动机构包括移动端和固定端，其中，固定端相对封闭壳体1位置不变，移动端与焊接电极6固定连接，移动机构通过移动端带动焊接电极6沿第一窗口垂线方向移动。
52.根据本公开的一些实施例，支撑机构8与第二窗口密封连接，支撑机构8的第一端从第二窗口朝向封闭壳体内部延伸，第一端适用于支撑包壳靶管11。
53.根据本公开的一些实施例，支撑机构8部分地插入包壳靶管11内。
54.根据本公开的一些实施例，支撑机构8与第二窗口密封连接，支撑机构8的第一端从第二窗口朝向封闭壳体1内部延伸形成一个延伸部，该延伸部用于固定包壳靶管11。
55.在本实施例中，延伸部插入包壳靶管11内部，也即，延伸部的外表面与包壳靶管11的内包壳管01的内侧壁抵接，以实现对包壳靶管11的固定。
56.根据本公开可选的一些实施例，焊接电极6通过焊接电极电缆5与焊机的焊接电极连接，包壳靶管11通过支撑机构8与焊机的接地电极连接。
57.根据本公开的一些实施例，用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置还包括第一法兰盘和法兰盖7。
58.根据本公开的一些实施例，第一法兰盘设置在第一窗口上。
59.根据本公开的一些实施例，法兰盖7与第一法兰盘通过螺栓连接，法兰盖7上设置有通孔，焊接电极6穿过通孔插入密封壳体1内。
60.根据本公开的一些实施例，法兰盖7由透明材料制成，操作人员通过透明的法兰盖7实时观察密封壳体1内的焊接情况。
61.根据本公开的一些实施例，用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置还包括密封环，焊接电极6与密封环滑动密封结合。
62.根据本公开的一些实施例，用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置还包括第二法兰盘和盖板9。
63.根据本公开的一些实施例，第二法兰盘设置在第二窗口上。
64.根据本公开的一些实施例，盖板9与第二法兰盘通过螺栓连接。
65.根据本公开的一些实施例，支撑机构8与盖板9固接；或者支撑机构8贯穿盖板9，支撑机构8与盖板9密封连接。
66.根据本公开的一些实施例，支撑结构8与封闭壳体1电绝缘。
67.在本实施例中，支撑机构8为导体，支撑机构8通过接地电极电缆10与焊机的接地电极连接。这样，焊接电极电缆5、焊接电/6、堵塞13、包壳靶管11、支撑机构8、接地电极电缆10形成导电通路。例如，焊接电极电缆5连接电源的正极，接地电极电缆10连接电源的负极或者接地。
68.根据本公开的一些实施例，移动机构包括驱动装置和伸缩杆4。
69.根据本公开的一些实施例，驱动装置包括气压缸3或者液压缸。
70.根据本公开的一些实施例，伸缩杆4在驱动装置的驱动下伸缩移动，焊接电极6安装在伸缩管4的下端。
71.根据本公开的一些实施例，第一窗口设置在封闭壳体1的顶面，第二窗口设置在封闭壳体1的侧面。
72.根据本公开的一些实施例，支撑机构8的第一端上设置有定位组件，定位组件用于定位包壳靶管11在封闭壳体1的位置，以实现包壳靶管11的充气孔正好位于焊接电极6的下方。
73.根据本公开的一些实施例，定位组件包括凸出部，凸出部从支撑机构8的第一端远离第二窗口延伸，突出部外径与包壳靶管11的内径相等，支撑机构8的第一端的外径大于包壳靶管11的内径。也即，在突出部的前端形成一个台阶部，通过台阶部对包壳靶管11进行定位。
74.据本公开的一些实施例，定位件设置在第一端，用于定位充气孔06在径向上的位置。可选的，定位件包括定位沟槽、定位标，定位凸起等。
75.在本实施例中，将包壳靶管11的侧边抵接支撑机构8的台阶部，同时转动包壳靶管11使得定位件与充气孔06的位置相对应，以将充气孔06定位在焊接电极6的下方。
76.根据本公开的一些实施例，用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置还包括真空泵和氦气源。
77.根据本公开的一些实施例，真空泵与通气孔连通设。
78.根据本公开的一些实施例，氦气源与通气孔连通设置。可选的，氦气源包括高压钢瓶，高压钢瓶内存储有压缩氦气。
79.根据本公开的一些实施例，用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置还包括压力表2。
80.根据本公开的一些实施例，压力表2设置在封闭壳体1上，用于测量封闭壳体1内气体压强。
81.根据本公开的一些实施例，用于包壳靶管的充氦堵孔的电阻焊装置还包真空阀和氦气阀。
82.根据本公开的一些实施例，真空阀设置在真空泵和通气孔之间，以抽取封闭壳体1内的气体。
83.根据本公开的一些实施例，氦气阀设置在氦气源与通气孔之间，以调节氦气源冲入封闭壳体1的氦气。
84.图4是本公开实施例的包壳靶管的充氦堵孔压力电阻焊焊接方法的流程图。
85.本公开还提供了一种包壳靶管的充氦堵孔压力电阻焊焊接方法，如图4所示，包括操作s1至操作s6。
86.根据本公开的一些实施例，操作s1包括：将待焊接的包壳靶管安装在支撑机构8上，将包壳靶管11放入封闭壳体内。
87.根据本公开的一些实施例，操作s2包括：通过结合部12夹持包壳靶管11的堵塞13，拔出堵塞13打开包壳靶管11的充气孔06。
88.根据本公开的一些实施例，操作s3包括：关闭氦气阀，开启真空阀，将封闭壳体1内压强降至第一预设值后保持第一预设时间。
89.在本实施例中，将封闭壳体1内压强降至第一预设值后，继续保持对封闭壳体1的气体进行抽取，以保证包壳靶管11的充气孔06内以及芯块周围的气体抽出，使得芯块内的负压封闭壳体1内负压平衡。
90.根据本公开的一些实施例，操作s4包括：开启氦气阀，关闭真空阀，使得封闭壳体1
内压强升至第二预设值后持续充入氦气第二预设时间。
91.在本实施例中，在封闭壳体1内压强升至第二预设值后，继续保持对封闭壳体1进行氦气的冲入，以保证氦气能够充分进入到包壳靶管11的充气孔06内以及芯块周围空间内，使得芯块内的压力封闭壳体1内压力平衡。
92.根据本公开的一些实施例，操作s5包括：移动焊接电极6，将堵塞13插入充气孔06后，使堵塞13持续压紧充气孔06内壁。
93.根据本公开的一些实施例，操作s6包括：向焊接电极6通电，使得堵塞13与充气口06的内壁形成电阻焊接。
94.根据本公开的一些实施例，操作s4之后还包括操作：重复执行操作s3至操作s4至少一次，以保证封闭壳体1内氦气的含量达到预设值，以及保证氦气能够充分进入到包壳靶管11的充气孔06内以及芯块周围空间内。
95.根据本公开的一些实施例，第一预设值为8～12pa；第一预设时间为4～6分钟；以及操作s3至操作s4重复执行两次。
96.根据本公开的一些实施例，操作s6完成后，还包括操作：闭氦气阀，提升焊接电极使堵塞与电极脱离，打开盖板取出包壳靶管，对充气孔处焊缝进行修正。例如，采用锉刀将高出堵塞表面部分锉平。
97.图5是本公开实施例的包壳靶管焊接前后结构对比图。
98.根据本公开的一些实施例，通过上述实施例公开的装置和方法对包壳靶管充气孔的堵孔焊接，如图5所示，堵塞13嵌入充气孔06的孔端内，堵塞13与孔端之间有一缝隙，待上述操作s6中向焊接电极6通电后，堵塞13与孔端接触位置在电流作用下温度迅速上升，熔化成液态(或软化)，在移动机构给予堵塞13持续压力的前提下，保持堵塞13始终与孔端接触(堵塞13向下移动)，熔化后的液态金属(软化金属)逐渐增多且填满上述缝隙，焊接结束，关闭焊机，上述缝隙中熔化的液态金属冷却形成焊缝04。
99.根据本公开可选的一些实施例，堵塞13的锥度小于孔端倒圆台的锥度，以保证堵塞13与孔端内壁有较小的接触面，也即保证接触面处的电阻较大，迅速升温将接触面的金属熔化。
100.根据本公开可选的一些实施例，堵塞13上端设置与焊接电极6下端配合的定位槽，以便于焊接电极6的插入，以及便于能够被结合部12固定在焊接电极6的下端。
101.基于上述焊接过程中，保持堵塞13始终与孔端接触且保持一定压力，能够很好的对充气孔进行密封，防止充气孔内外的氦气因为温度不同产生的压差冲出液态金属，导致堵孔焊接失败。
102.同时，利用对壳靶管内充入0.1mpa高纯氦气后形成的氦气氛围，对焊接过程进行保护，能够防止铝极氧化，防止在表面形成氧化膜，防止产生夹杂和气孔。
103.以及，由于堵塞13是从下部与孔端内壁接触处融化，熔化后的液态金属从缝隙底部逐渐向上延伸至缝隙顶部，解决了铝液流动性差，焊缝根部铝液补充不足，应力集中，极易产生裂纹的技术问题
104.下面结合具体实施例对本公开的技术方案进行进一步的描述，需要理解的是，该具体实施例仅为便于本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，而不应作为对本公开保护范围的限定。
105.实施例1
106.设计充气孔的孔端下直径2mm，上直径3mm，深度5mm。堵塞的下直径2.5mm，上直径3mm，高度3mm。
107.(1)将已经焊好了两端端塞的包壳靶管安装在支撑机构上并定位固定，置于密封腔室内，并用螺栓紧固盖板，焊接电极下端放置堵塞，并保证堵塞能够插入充气孔。
108.(2)焊接电极上升并带动堵塞拔出充气孔，使充气孔打开。
109.(3)打开真空泵阀，关闭氦气阀，抽真空到小于10pa，并保持5分钟。关闭真空阀，打开氦气阀冲入氦气到压力为0.12mpa，并保持2分钟。重复2次。
110.(4)保持氦气压力，焊接电极向下移动，并使堵塞插入充气孔。设置气缸3输出压力500n，使堵塞压紧在充气孔的孔端。
111.(5)设置焊接电流36a和焊接时长0.3s，启动焊接。
112.(6)关闭氦气阀，提升焊接电极使堵塞与电极脱离。打开盖板取出靶件，堵塞高出表面部分可以用锉刀修饰。检验泄漏率7.56
×
10-10
pa
·
m3/s。
113.实施例2
114.设计锥形充气下直径4mm，上直径6mm，深度5mm。堵塞下直径5mm，上直径6mm，高度3.5mm。
115.(1)将已经焊好了两端端塞的包壳靶管安装在支撑机构上并定位固定，置于密封腔室内，并用螺栓紧固盖板，焊接电极下端放置堵塞，并保证堵塞能够插入充气孔。
116.(2)焊接电极上升并带动堵塞拔出充气孔，使充气孔打开。
117.(3)打开真空泵阀，关闭氦气阀，抽真空到小于10pa，并保持5分钟。关闭真空阀，打开氦气阀冲入氦气到压力为0.20mpa，并保持2分钟。重复2次。
118.(4)保持氦气压力，焊接电极向下移动，并使堵塞插入充气孔。设置气缸输出压力900n，使堵塞压紧在充气孔的孔端。
119.(5)设置焊接电流55a和焊接时长0.4s，启动焊接。
120.(6)关闭氦气阀，提升焊接电极使堵塞与电极脱离。打开盖板取出靶件，堵塞高出表面部分可以用锉刀修饰。检验泄漏率8.68
×
10-10
pa
·
m3/s。
121.实施例3
122.设计锥形充气下直径6mm，上直径9mm，深度6mm。堵塞下直径7.5mm，上直径9mm，高度4mm。
123.(1)将已经焊好了两端端塞的包壳靶管安装在支撑机构上并定位固定，置于密封腔室内，并用螺栓紧固盖板，焊接电极下端放置堵塞，并保证堵塞能够插入充气孔。
124.(2)焊接电极上升并带动堵塞拔出充气孔，使充气孔打开。
125.(3)打开真空泵阀，关闭氦气阀，抽真空到小于10pa，并保持5分钟。关闭真空阀，打开氦气阀冲入氦气到压力为0.30mpa，并保持2分钟。重复2次。
126.(4)保持氦气压力，焊接电极向下移动，并使堵塞插入充气孔。设置气缸输出压力1300n，使堵塞压紧在充气孔的孔端。
127.(5)设置焊接电流67a和焊接时长0.5s，启动焊接。
128.(6)关闭氦气阀，提升焊接电极使堵塞与电极脱离。打开盖板取出靶件，堵塞高出表面部分可以用锉刀修饰。检验泄漏率1.02
×
10-9
pa
·
m3/s。
129.至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
130.还需要说明的是，在本公开的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10％的变化、在一些实施例中
±
5％的变化、在一些实施例中
±
1％的变化、在一些实施例中
±
0.5％的变化。
131.本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
132.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。