[發(fā)明專利]一種鋁合金薄板T型接頭無飛濺低變形優(yōu)質(zhì)高效焊接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010245408.7
• 申請日: 2010-08-04
• 公開（公告）號: CN101954543A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林尚揚;王旭友;雷振;王威;黃瑞生;吳艷明;滕彬;上官媛媛
• 申請（專利權(quán)）人: 機械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 李乃選;楊小蓉

所屬技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明專利提出一種鋁合金薄板T型接頭無飛濺低變形優(yōu)質(zhì)高效焊接方法，屬于輕金屬薄板的低變形優(yōu)質(zhì)高效焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到激光與精確波形控制短路過渡電弧復(fù)合在采用很少填充金屬的情況下，實現(xiàn)鋁合金薄板T型接頭的高效、無飛濺、低變形、低增重焊接。

背景技術(shù)：

薄板鋁合金T型接頭的優(yōu)質(zhì)高效低變形焊接一直是焊接領(lǐng)域的技術(shù)難題。TIG填絲焊、MIG弧焊等傳統(tǒng)弧焊焊接方法很難實現(xiàn)鋁合金薄板T型接頭的優(yōu)質(zhì)高效、低熱輸入、低變形焊接。首先是因為鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)大(導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)分別約為鋼的3倍和2倍)，使得鋁合金導(dǎo)熱快并且焊接變形傾向性大。焊接時必須采用比焊接相同厚度鋼材更大的焊接熱輸入來保證焊縫的熔深和鋪展性，如此大的焊接熱輸入必然會增大了焊接變形，并造成焊接接頭的軟化，因此采用傳統(tǒng)弧焊進行鋁合金薄板T型接頭的優(yōu)質(zhì)、低變形焊接非常困難。尤其是對于厚度≤2mm的鋁合金薄板T型接頭的低變形焊接更是難上加難。其次，對于傳統(tǒng)MIG弧焊而言，為了獲得鋪展性良好的T型角焊縫，必須采用較大的焊接規(guī)范，也就意味著送絲速度較大，焊接過程中熔化的填充金屬量較多，對于某些對輕量化要求較高且大量使用的構(gòu)件(如飛架的壁板)，焊后結(jié)構(gòu)件的增重明顯，這是也是傳統(tǒng)MIG弧焊的另一個不足之處。再者，傳統(tǒng)弧焊的另一個不足就是焊接效率相對較低，并且焊后接頭軟化嚴重(焊態(tài)接頭的抗拉強度通常僅為母材強度的60％～80％)。

精確波形控制的短路過渡弧焊技術(shù)是在傳統(tǒng)熔化極短路過渡弧焊的基礎(chǔ)上通過對短路過渡電流波形進行精確控制，以抑制短路過渡時焊接飛濺的產(chǎn)生，并保證焊接過程穩(wěn)定性的一類熔化極弧焊新技術(shù)。當(dāng)前，“冷金屬過渡”技術(shù)(Cold?Metal?Transfer，簡稱CMT)、表面張力過渡技術(shù)(Surface?Tension?Transfer，簡稱STT)、控制液橋過渡技術(shù)(Controlled?BridgeTransfer，簡稱CBT)以及冷弧焊技術(shù)(Cold?Arc，簡稱CA)均屬于先進的精確波形控制短路過渡電弧焊技術(shù)。與傳統(tǒng)熔化極弧焊相比，該類焊接方法的突出優(yōu)點主要體現(xiàn)在焊接熱輸入低、幾乎無飛濺、焊接過程穩(wěn)定性高。由于該類弧焊方法的焊接輸入低，與傳統(tǒng)弧焊相比，在焊接鋁合金薄板時，更易于實現(xiàn)對焊接變形的控制，但是焊接熱輸入的降低帶來了焊縫熔深相對較淺且焊縫鋪展不好的問題，致使在利用該類焊接方法焊接鋁合金薄板T型接頭時很難實現(xiàn)焊接變形、焊縫熔透及焊縫成形的合理平衡，因此精確波形控制的短路過渡弧焊技術(shù)也無法實現(xiàn)鋁合金薄板T型接頭的優(yōu)質(zhì)高效、低變形焊接。要實現(xiàn)鋁合金薄板T型接頭的高效、低變形焊接必須采用一種熱源能量更為集中的高速焊接方法。

激光焊接技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用越來越廣泛的高能束焊接技術(shù)，具有熱源能量集中、焊接速度高、焊接變形小、焊縫深寬比大等優(yōu)點。但是，激光焊接鋁合金也有一些不足，從而使得激光焊接技術(shù)在鋁合金重要部件的焊接中的應(yīng)用受到限制。這是因為：一方面，固體鋁合金對激光的反射率很高，在激光焊接鋁合金時，大部分激光能量被反射，激光能量利用率很低，并且大量被反射的激光可能還會對操作人員和激光設(shè)備造成損害；另一方面，激光焊接過程中，高能量密度的激光會造成鋁合金中某些元素的大量蒸發(fā)和燒損，焊縫表面成形粗糙且會產(chǎn)生大量氣孔和凹坑，焊縫成形差，焊縫表面的氣孔和凹坑在動載條件下可能會成為潛在的疲勞裂紋源，嚴重影響接頭的動載性能。激光填絲焊是一種在激光焊接工藝的基礎(chǔ)上通過同步填充焊絲，并利用激光能量將焊絲熔化于激光焊接熔池而實現(xiàn)焊接的一種焊接工藝。與單獨激光焊接鋁合金相比，激光填絲焊可以有效改善鋁合金的焊縫表面成形，目前在鋁合金薄板T型接頭的焊接中獲得了一定的應(yīng)用。但是，利用激光填絲焊焊接鋁合金薄板T型接頭也存在諸如激光能量利用率低、焊接速度明顯降低、焊縫易在焊趾位置出現(xiàn)應(yīng)力集中、焊縫根部易存在大量氣孔等不足，這些不足是由激光填絲焊本身固有特點所決定的，因此很難完全克服。

要解決鋁合金薄板T型接頭的優(yōu)質(zhì)、高效、低變形焊接技術(shù)問題，必須開發(fā)一種焊接速度快、熱源能量集中、焊接熱輸入低、焊縫成形好、單位長度焊縫的填充金屬量小、焊接飛濺小、焊接過程穩(wěn)定性高的焊接新工藝方法，而熱源能量集中、焊縫熔深大、焊接速度快、焊接變形小的激光焊與焊接飛濺少、電弧穩(wěn)定性高、焊接熱輸入相對較低的精確波形控制短路過渡弧焊復(fù)合可為鋁合金薄板T型接頭的焊接提供一個完美的技術(shù)解決方案。

發(fā)明內(nèi)容：