[發明專利]一種變厚度高強鋁合金的電子束焊接工藝方法

在審

• 申請號: 202011181102.X
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112355458A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王少剛;張成聰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;C22C21/10;B23K103/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉佳慧

本發明公開了一種變厚度高強鋁合金的電子束焊接工藝方法，包括以下步驟：步驟一、將高強鋁合金加工成焊接試樣，對試樣進行清理，清除試樣表面氧化膜和污染物；其中，高強鋁合金為Al?Zn?Mg?Cu系鋁合金，各化學成分及質量分數為：Zn 5.1％～6.1％，Mg 2.0％～3.0％，Cu 1.2％～2.0％，Si≤0.50％，Mn≤0.15％，Ti≤0.10％，Cr 0.16％～0.30％，Fe≤0.50％，其余為Al；步驟二、第一道焊：將試樣裝夾固定在電子束焊機的真空室中，采用對接接頭型式，沿試樣長度方向進行對接焊，在焊接過程中，采用變化的電子束流進行焊接，電子束流與試樣的板厚成線性關系，并在焊接過程中添加圓形電子束掃描；步驟三、修飾焊：采用圓形電子束掃描對鋁合金焊縫表面進行修飾焊。本發明具有焊縫表面成形及焊接質量良好等優點。

技術領域

本發明屬于鋁合金焊接加工技術領域，涉及一種變厚度高強鋁合金的焊接方法，尤其涉及一種變厚度高強鋁合金的電子束焊接工藝方法。

背景技術

Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金屬于時效強化型鋁合金，具有高的比強度、比模量、斷裂韌性、抗疲勞性能和耐蝕性等，廣泛應用于飛機、軌道車輛、核工業、火箭、汽車和造船等領域中高強度結構件的制造。焊接是制造機械零部件(構件)的主要加工手段之一。由于焊接結構具有接頭強度高、結構設計靈活性大、可減輕構件質量等優點，因此，焊接技術的開發與應用已成為擴大高強鋁合金在工業生產中應用的關鍵。

高強鋁合金在熔化焊接過程中存在的主要問題有：焊縫氣孔、焊接熱裂紋、接頭區軟化等。鋁合金在熔化焊接過程中，由于氫在固態Al與液態Al中的溶解度不同，在焊接快速加熱和冷卻過程中，熔池金屬中的氫來不及逸出，將在焊縫中殘留形成氣孔。由于Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金中的Zn、Cu元素含量較高，焊接時熔池金屬的流動性較差，焊縫的結晶溫度范圍寬，易產生熱裂紋；此外，高強鋁合金屬于時效強化型合金，在焊接過程中，受焊接熱循環作用，熱影響區中的強化相溶解，導致接頭區發生軟化，降低接頭的強度系數。針對變厚度鋁合金結構件的焊接，為了獲得良好的接頭焊縫成形，隨著沿焊接長度方向上試樣厚度的變化，電子束工藝參數需要相應作逐漸調整，以適應試樣焊接時厚度變化所需的合適焊接熱輸入。

在鋁合金的熔化焊接過程中，降低焊縫熱裂紋傾向和盡量減輕鋁合金焊縫中的氣孔率等，以提高焊接接頭的質量，一直是焊接工作者努力追求的目標。在焊接方法的選擇上，采用電子束焊接工藝，有利于減少焊接熱輸入，電子束焊接時的真空環境有利于獲得純凈度高的焊縫。在焊接過程中，添加一定頻率和幅度的圓形電子束掃描，可增強對熔池金屬的攪拌作用，有利于改善熔池金屬的流動性和焊縫結晶形態，使焊縫中的合金元素均勻分布，促進熔池中的氣體逸出，可大大減輕焊縫的氣孔傾向，配合使用的修飾焊，可進一步改善焊縫表面成形，細化晶粒，起到提高接頭質量的作用。

高強鋁合金作為航空航天等領域應用廣泛的結構材料之一，經常用于制作焊接結構件。因此，有必要研究開發Al-Zn-Mg-Cu系高強鋁合金及其變厚度結構的真空電子束焊接工藝。

發明內容

本發明提供一種變厚度高強鋁合金的電子束焊接工藝方法，其特點是在電子束焊接過程中，綜合采取焊接線能量和電子束流能量密度控制，以適應沿焊接方向試樣的厚度變化所需要的焊接熱輸入。同時，在第一道焊(主焊)時添加圓形電子束掃描，隨后進行修飾焊工藝處理，可增強對熔池金屬的攪拌作用，改善焊縫的結晶形態，促進熔池金屬中的氣體逸出，大大減輕焊縫的氣孔傾向，同時改善焊縫表面成形，促進焊縫中合金元素均勻分布，并細化晶粒，顯著改善焊接接頭的質量，從而實現變厚度高強鋁合金的電子束焊接，以確保高強鋁合金焊接構件能在航空航天等領域中安全服役。