[發明專利]一種鋁合金厚板焊接方法

無效

• 申請號: 201110285167.3
• 申請日: 2011-09-22
• 公開（公告）號: CN102363237A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 趙征;張云燕;李碧芳;劉海濤;蘇生華;李成祿
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第二研究院二一〇所
• 主分類號: B23K9/173
• 分類號: B23K9/173;B23K33/00;C22F1/04;B23K103/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

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℃，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℃， 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28mm-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28-30V，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℃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。