[發明專利]附加電弧加熱銅墊板預熱鋁合金及鎂合金焊接方法

無效

• 申請號: 200810064477.0
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101264541A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 呂世雄;王武義;宋建嶺;董紅剛;王帥;許全光
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K9/035
• 分類號: B23K9/035;B23K9/235;B23K9/23;B23K103/08
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 崔東輝

技術領域

本發明涉及一種焊接方法，具體說就是附加電弧加熱銅墊板預熱鋁合金及鎂合金焊接方法，屬電弧焊接領域。

背景技術

鋁及鋁合金由于具有較高的比強度，良好的耐腐蝕性，在工業上被廣泛應用。鎂的比重為鋁的2/3，是一種比強度良好的金屬，工業上常常向鎂合金中加入鋁、鋅等成分來提高它的性能。近些年來隨著科學技術及工業經濟的迅速發展，特別是航空航天事業以及汽車行業的蓬勃發展，對高質鋁合金及鎂合金焊接構件的需求日益增多，鋁合金及鎂合金的焊接主要存在兩個難題：一是接頭易形成氣孔、裂紋等缺陷；二是對接焊時接頭背面成形不好。因此，鋁合金及鎂合金的焊接問題正成為當今焊接技術研究的熱點問題之一。

鋁的熔點為660℃，密度為2.7g/cm³，其導電率僅次于金、銀、銅，熱導率約比鋼大2倍，鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁熔點高達2050℃，非常穩定，不易去除，它阻礙母材的熔化和熔合。鋁材表面的氧化膜密度大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺陷，氧化膜還吸附大量的水分，易使焊縫產生氣孔。而鎂具有和鋁相似的性質，在高溫下也會生成氧化膜。基于以上性質，焊接鋁、鎂合金時存在兩個主要缺陷：裂紋及氣孔。裂紋及氣孔形成的原理如下：液態熔池冷卻、凝固結晶到完全形成固態是在某一溫度范圍內進行的。在這個溫度范圍內同時存在著液態和固態金屬，其強度、塑性都很低，所以將這個溫度范圍稱脆性溫度區間。另一方面，由于鋁合金和鎂合金的線膨脹系數大，在焊縫金屬冷卻收縮過程中產生很大的拉伸變形。當熔池金屬處在脆性溫度區間的時刻，與產生最大拉伸變形的時刻一致時則引起裂紋。焊接時焊縫中存在著大量的氫。氫的溶解度隨著溫度的下降而急劇減少，因此在焊縫凝固過程中氫從鋁中逸出形成氣泡上浮，當焊縫的凝固速度過快氣泡來不及浮出焊縫金屬表面時就會形成氣孔。

由裂紋及氣孔形成的原理可知，增大熱輸入、減小熱應力大小是預防焊接裂紋及氣孔的主要方法。生產中也經常采用能量集中、功率高的熱源來進行焊接。尤其是在航空航天等要求高質焊縫的領域，熱源的熱輸入很大，造成焊縫寬度很寬，焊縫成形較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種既能減少接頭中的氣孔、裂紋缺陷，又能保證接頭背面成形良好，最終獲得高質量接頭的適合于鋁合金及鎂合金的焊接方法，也就是附加電弧加熱銅墊板預熱鋁合金及鎂合金焊接方法。

本發明是為了解決鋁合金及鎂合金在焊接過程中易產生氣孔及裂紋，以及接頭背面成形不良的問題，而提出了附加電弧加熱銅墊板預熱鋁合金及鎂合金焊接方法。該方法在焊接鋁合金及鎂合金對接焊縫時采用銅質墊板，并在墊板的背面附加電弧進行加熱。銅墊板的形狀根據焊件的不同而有所區別。焊接薄板時可以直接采用平的銅墊板，當焊接厚一些的板時銅墊板的形狀可采用兩種形式：一種是采用軋制的方法將較薄的銅墊板軋成槽口；另一種是利用機械加工的方法在較厚的銅墊板上開出槽口。焊接方法選用TIG、MIG、等離子弧焊或激光焊方法。背面采用TIG電弧加熱，背面加熱電弧與正面焊接電弧保持等速同向運動，加熱電弧的位置與正面電弧前后縱向距離在100mm范圍內。該方法由于采用背面加熱的方案，并利用銅的優良導熱性能，使背面電弧產生的熱量傳導至整個接頭區域，從而延長熔池冷卻時間，使焊縫中的氣體能夠充分地逸出，減少了焊縫的氣孔，而在熔池凝固時，銅墊板的保溫作用則使冷卻前后的溫差減小，從而降低了熱應力，使得接頭的裂紋傾向減小；同時由于銅墊板對接頭區的預熱作用，使得在焊接時無須采用很大的熱輸入，就能夠獲得良好的背面成形，從而獲得高質量的接頭。該方法簡單易行，操作方便，對改善接頭背面成形，提高接頭質量具有明顯效果。

附圖說明

圖1是本發明的正面焊接示意圖；

圖2是本發明的側面焊接示意圖；

圖3是本發明焊接薄板時采用的銅墊板形狀示意圖；

圖4為本發明采用軋制方法制成的銅墊板形狀示意圖；

圖5為本發明利用機械加工方法制成的銅墊板形狀示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明附加電弧加熱銅墊板預熱鋁合金及鎂合金焊接方法作進一步說明。

該方法在焊接鋁合金及鎂合金對接焊縫時采用銅質墊板，并在墊板的背面采用電弧進行加熱。銅墊板的形狀根據焊件的不同而有所區別。焊接薄板時可以直接采用平的銅墊板，如圖3；當焊接厚一些的板時銅墊板的形狀采用兩種形式：一種是采用軋制的方法將較薄的銅墊板軋成圖4所示的形狀；另一種是利用機械加工的方法在較厚的銅墊板上開出槽口，形狀如圖5所示。焊接方法選用TIG、MIG、等離子弧焊或激光焊。背面采用TIG電弧加熱，背面加熱電弧與正面焊接電弧保持等速同向運動。加熱電弧的位置與正面電弧前后縱向距離在100mm范圍內。在圖1、圖2中，1：鋁合金或鎂合金板，2：銅墊板，3：焊絲，4：焊接電弧，5：背面電弧。