專利名稱：一種鋁合金厚板焊接方法
技術領域：
本發明屬于先進制造技術領域的先進成型與工藝技術，涉及一種材料的焊接方法。
背景技術：
60mm厚板鋁合金焊接可以采用的技術包括鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、真空電子束焊、等離子弧焊、攪拌摩擦焊等多種技術途徑。1.氬弧焊由于鋁材熱導率高，熔化時散熱快，厚鋁合金板進行裝配焊接時，有時需要實施焊前預熱。如鎢極氬弧焊鋁材厚度超過10mm，熔化極氬弧焊鋁材厚度超過15mm，鎢極及熔化極氦弧焊鋁材厚度超過25mm時，熔焊前對裝配件需要實施預熱。預熱溫度視具體情況而定。未強化的鋁及鋁合金零件的預熱溫度一般為100-150°C，經強化的鋁合金件，包括 w(Mg)達到4% -5%的鋁鎂合金件，預熱溫度不應超過100°C，否則鋁材的強化效果或其抗應力腐蝕開裂的性能會受到不利的影響。2.真空電子束焊真空電子束焊作為一種高能量密度熱源的焊接方法，具有焊縫窄而深、自動化程度高、焊接材料范圍廣、加熱集中、熱輸入量小、母材熱影響區窄、變形小等優點。單層焊可熔透最大厚度可達150mm。但是焊接設備投資大，焊件尺寸受真空室尺寸限制。同時，真空電子束焊縫的氣孔問題較為嚴重，難以解決。3.變極性等離子弧焊該技術以交流等離子弧焊法為基礎，采用等離子槍將電弧壓縮，形成高溫、高電離度、高能量密度及高焰流速度的壓縮電弧用于焊接，具有熱影響區窄、焊接變形和應力小等優點，其接頭性能較一般的氣體保護焊好。但是目前還無此方法焊接60mm厚度鋁合金板的報道。4.攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊接是一種新興的固相連接過程。它利用攪拌頭與工件之間產生的摩擦熱量使工件處于熱塑性狀態，在攪拌頭轉動并向前移動的過程中在攪拌針的攪拌力作用下使流動金屬不斷地從前進端流向后退端，最終完成工件的連接。用這種焊接方法焊接工件時不出現火焰、電弧及輻射，焊接時無需保護氣體，焊前對工件不需要開坡口，焊后無需特殊處理，所以是一種高效、安全、環保，低成本的新型焊接方法。相對于熔化焊接方法，它不會產生與熔化有關的焊接缺陷，如熱裂紋和氣孔。該方法對于鋁合金等材料的拼焊有較好的實用前景，目前國內已實現70mm厚鋁板的拼焊，但設備復雜投資大。在鋁合金板焊接的變形控制、提高焊縫質量等諸多方面，基于生產成本低和使用方便考慮，氬弧焊是首選方法。但是目前由于需要預熱等現有技術水平，對該技術的應用有一定的限制。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種鋁合金厚板焊接方法，生產成本低，使用方便，同時解決了鋁合金厚板焊接生產中焊接變形不易控制、連接強度低等不足。本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟1.從大鋁板上按照指定尺寸下料。2.在鋁合金厚板的待焊接邊緣上下表面分別向厚度中心線開弧形坡口，且上下表面的弧形坡口之間不連接，相對的兩條待焊接邊緣對接后在鋁合金厚板的上下表面形成了一正一反兩個U型焊接坡口，兩個U型焊接坡口之間的鈍邊厚4mm，U型焊接坡口的上開口寬度為^mm-30mm，U型底部圓弧直徑為25mm。3.先用丙酮清洗鋁合金和焊絲，待丙酮揮發后，再用風動不銹鋼絲輪清除U型焊接坡口表面的氧化膜并擦拭干凈。4.使用最大輸出500A的逆變式熔化極氬弧焊機對U形焊接坡口進行焊接，雙面焊接時，首先進行一遍打底焊接，然后進行反面清根，再進行四至六遍填縫焊接，焊接電壓 ^-30V，打底焊接時電流為320-350A，填縫焊接時電流為290-320A，氬氣流量為201/min， 不預熱。為了有效控制焊接變形，焊接順序按對稱形式排序進行焊接，在待焊接邊緣的任意位置開始，先焊接一點，再在對稱位置焊接一點；向同一方向依次選擇下一焊接點進行焊接繼續，直至全部焊接完成。5.焊后采用退火工藝，在該種鋁合金的再結晶溫度下保溫30分鐘，隨后空冷至室溫，可大大消除焊接殘余應力的存在。6.在隨后進一步的機械加工過程中進行去應力退火，工藝參數為250-290°C保溫 2-4小時后空冷至室溫，可以有效消除機械加工中的加工應力，保證高精度零件的尺寸穩定化。本發明的有益效果是本發明由于使用大功率逆變式熔化極氬弧焊機進行焊接， 焊前不預熱，打底并清根，有效減小了勞動強度，并提高了焊接接頭的力學性能，提高了厚鋁板的焊縫內部質量，焊接強度需要達到母材基體強度的90%以上。本發明在焊后采用經過退火和尺寸穩定化處理的去應力退火，可以有效消除焊接和機械加工中的加工應力，加強焊后尺寸的控制，保證高精度零件的尺寸穩定化。


圖1是本發明方法步驟的示意圖；圖2是本發明雙U型焊接坡口的示意圖。
具體實施例方式本發明是先進制造技術領域的中先進成型與工藝技術的綜合運用，可以運用于大尺寸構件的焊接成形領域，能夠解決鋁合金厚板焊接生產中焊接變形不易控制、連接強度低等不足，如圖1所示，包括以下步驟1.機械加工采用排鉆或銑削方法從大鋁板上按照指定尺寸下料。
2.焊接準備焊接前對厚板制備雙U型焊接坡口，即在鋁合金厚板的待焊接邊緣上下表面分別向厚度中心線開弧形坡口，且上下表面的弧形坡口之間不連接，相對的兩條待焊接邊緣對接后在鋁合金厚板的上下表面形成了一正一反兩個U型焊接坡口，兩個U型焊接坡口之間的鈍邊厚4mm，U型焊接坡口的上開口寬度為^mm-30mm，U型底部圓弧直徑為25mm。焊接坡口如圖2所示。3.焊前清理鋁合金焊接前，要先用丙酮進行清洗，待丙酮揮發后，再用風動不銹鋼絲輪清除坡口表面的氧化膜，然后用干凈的棉紗擦拭干凈。焊絲在焊前也要經過丙酮擦拭，以清除其表面灰塵、水分、油污等雜物。4.焊接對雙U形焊接坡口進行焊接。使用最大輸出500A的逆變式熔化極氬弧焊機進行焊接，雙面焊接時，首先進行一遍打底焊，然后進行反面清根，再進行四至六遍填縫焊接，焊接電壓^_30V，打底焊時電流采用320-350A，填縫焊接時電流為290-320A，氬氣流量為201/ min,不預熱。為了有效控制焊接變形，焊接順序按對稱形式排序進行焊接，即類似于安裝汽車輪胎的方法和順序，在待焊接邊緣的任意位置開始，先焊接一點，再在對稱位置焊接一點； 在首次焊接位置焊點附近順指針位置焊接一點，再在對稱點附近順指針位置焊接一點，各個焊接點的間距滿足焊接強度要求，依次繼續，直至全部焊接完成。5.過程熱處理焊后采用退火工藝，在該種鋁合金的再結晶溫度下保溫30分鐘，隨后空冷至室溫，可大大消除焊接殘余應力的存在。6.穩定化熱處理在隨后進一步的機械加工過程中，根據HB/Z352-2002《航空精密儀器儀表金屬制件的尺寸穩定化處理》進行去應力退火，工藝參數為250-290°C保溫2-4小時后空冷至室溫，可以有效消除機械加工中的加工應力，保證高精度零件的尺寸穩定化。通過本發明，可以有效提高厚鋁板的焊縫內部質量，并對焊后尺寸進行控制。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。例 1采用Al-Mg系5A06-H112鋁合金厚板制造而成的箱式吊框，由寬度200mm左右板厚60mm左右的鋁合金板材拼焊而成，框體Im見方，尺寸較大。尺寸精度要求士0. 5mm。箱式吊框的焊接采用米加尼克Flex 5000熔化極氬弧焊機設備，將需要焊接的鋁板兩端用內撐外壓的方法固定牢固進行焊接。焊接參數如表2所示。表25A06 (60mm) MIG焊焊接工藝參數
權利要求
1.一種鋁合金厚板焊接方法，其特征在于包括下述步驟1)從大鋁板上按照指定尺寸下料；2)在鋁合金厚板的待焊接邊緣上下表面分別向厚度中心線開弧形坡口，且上下表面的弧形坡口之間不連接，相對的兩條待焊接邊緣對接后在鋁合金厚板的上下表面形成一正一反兩個U型焊接坡口；3)先用丙酮清洗鋁合金和焊絲，待丙酮揮發后，再用風動不銹鋼絲輪清除U型焊接坡口表面的氧化膜并擦拭干凈；4)使用最大輸出500A的逆變式熔化極氬弧焊機對U形焊接坡口進行焊接，雙面焊接時，首先進行一遍打底焊接，然后進行反面清根，再進行四至六遍填縫焊接；5)焊后采用退火工藝，在該種鋁合金的再結晶溫度下保溫30分鐘，隨后空冷至室溫；6)在隨后進一步的機械加工過程中進行去應力退火，工藝參數為250-290°C保溫2-4 小時后空冷至室溫。
2.根據權利要求1所述的鋁合金厚板焊接方法，其特征在于所述的兩個U型焊接坡口之間的鈍邊厚4mm，U型焊接坡口的上開口寬度為^mm-30mm，U型底部圓弧直徑為25mm。
3.根據權利要求1所述的鋁合金厚板焊接方法，其特征在于所述步驟4)的焊接電壓為^_30V，打底焊接時電流為320-350A，填縫焊接時電流為290-320A，氬氣流量為201/ min,不預熱。
4.根據權利要求1所述的鋁合金厚板焊接方法，其特征在于所述步驟4)的焊接順序按對稱形式排序進行焊接，在待焊接邊緣的任意位置開始，先焊接一點，再在對稱位置焊接一點；向同一方向依次選擇下一焊接點進行焊接繼續，直至全部焊接完成。
全文摘要
本發明公開了一種鋁合金厚板焊接方法，從大鋁板上按照指定尺寸下料∶相對的兩條待焊接邊緣對接后在鋁合金厚板的上下表面制備兩個U型焊接坡口；先用丙酮清洗鋁合金和焊絲，再清除U型焊接坡口表面的氧化膜并擦拭干凈；使用最大輸出500A的逆變式熔化極氬弧焊機對U形焊接坡口進行焊接，焊后采用退火工藝，并在在隨后進一步的機械加工過程中進行去應力退火。本發明焊前不預熱，有效減小了勞動強度，并提高了焊接接頭的力學性能，提高了厚鋁板的焊縫內部質量，焊接強度需要達到母材基體強度的90％以上。
文檔編號C22F1/04GK102363237SQ20111028516
公開日2012年2月29日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者劉海濤, 張云燕, 李成祿, 李碧芳, 蘇生華, 趙征 申請人:中國航天科工集團第二研究院二一〇所