一种无缺陷低能耗2219铝合金的焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种无缺陷低能耗2219铝合金的焊接方法，其特征是焊前首先在2219铝合金表面待焊部位喷涂上一层表面去膜剂，然后采用直流正极性方式的TIG焊接工艺方法焊接2219铝合金。表面去膜剂由LiF、NaF、CaF2、KAlF4、K3AlF6等一种或多种氟化物组成。本发明的焊接方法可以不开坡口一次焊接成型1mm～12mm厚度范围的2219铝合金，本发明涉及的表面去膜剂具有良好地去除2219铝合金表面氧化膜和增大焊接熔深的作用，焊接电流仅有交流焊接方式的50%。并且焊接的2219铝合金焊缝中没有任何气孔缺陷，焊接接头拉伸强度为260～290MPa。
【专利说明】一种无缺陷低能耗2219铝合金的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接领域，涉及一种焊接方法。具体是指一种无缺陷低能耗2219铝合金的焊接方法，其过程是:焊前首先在2219铝合金表面待焊部位喷涂上一层表面去膜剂，然后采用直流正极性方式的TIG焊接工艺方法焊接2219铝合金。
【背景技术】
[0002]2219铝合金是航空航天领域中重要的结构材料之一，在航天领域如运载火箭、卫星、飞船和导弹等生产制造中更是占据着极重要的位置。铝合金的焊接性相对较差，主要是由于:①在空气中易氧化，生成致密的氧化铝，造成焊接夹渣；②焊接过程中容易产生气孔等缺陷；③热导率和热膨胀系数大，焊接消耗更多的热量，易产生较大的焊接变形；④影响接头的整体性能。
[0003]当前常用于2219铝合金的焊接方法是交流TIG焊，其原因是:铝合金表面致密的氧化膜在焊接过程中非常难以去除，在TIG焊接中只能采用交流焊，利用阴极雾化现象来去除氧化膜。交流TIG焊存在着以下几方面的问题:焊接熔深小、焊接过程不太稳定、容易产生气孔等。
[0004]为改善这些问题，发展了方波交流TIG焊、变极性TIG焊和变极性等离子焊接技术等，这些技术都摆脱不了交流焊过程的稳定问题和背面成形问题，如对于变极性等离子焊接技术在单面焊双面成形过程中要想获得良好的背面焊接质量，必须要实现穿孔效应，对工艺要求非常苛刻，并且焊接厚板铝合金时，尽管焊接电流要小于常规交流TIG焊，但电流依然比较大。
[0005]近年来，国内外发展了一种用于钛合金和不锈钢的活性TIG焊方法，具有大幅度提高焊接熔深和生产率，降低生产成本；还可以大大减小焊接变形。
[0006]在此基础上国内对铝合金进行了交流活性焊研究，但研究的主要方向是提高铝合金的焊接熔深，没有解决交流弧焊的不稳定性以及由此带来的缺陷等问题。
[0007]理想的解决方法应当是采用直流焊方法，利用直流焊接电弧稳定，并且铝合金为正极时发热量大、钨极为负极时发热量小、载流能力大的特点，不但可以增大铝合金母材的焊接熔深，而且还可以稳定焊接过程，从而达到良好的焊接质量。但直流电弧焊铝合金时，关键问题是如何去除铝合金表面的氧化膜。
[0008]为此本发明提出一种新型的无缺陷低能耗2219铝合金的焊接方法。它的特点是:
1、采用直流正极性，提高铝合金的发热量，从而达到增大焊接熔深的目的，焊接相同厚度的铝合金，电流仅有交流焊接方式的50% ;2、采用新型表面去膜剂，可以有效地去除铝合金表面的氧化膜，活性剂同时又具有增大焊接熔深的作用，从而进一步提高铝合金的焊接熔深和焊接生产率。3、直流电弧的稳定性优于交流电弧的稳定性，可减少焊缝中产生气孔等缺陷的可能性。活性剂的使用可进一步减少焊缝产生气孔等缺陷。4、相对于交流焊接设备中必用的稳弧装置，采用直流焊接方式减少了交流焊设备的复杂程度和成本。因此，与钨极氩弧焊相比，本焊接方法具有焊接溶深大、生广率闻、电弧稳定、质量可罪等优点；与激光焊、电子束焊、等离子焊相比，本焊接方法所用的表面活性剂材料价格便宜，且无需昂贵的焊接设备，具有成本低廉，经济性好的优点。
【发明内容】
[0009]本发明是提供一种适合于2219铝合金的无缺陷低能耗高效焊接方法。通过焊前在2219铝合金表面待焊部位喷涂上一层表面去膜剂，然后采用直流正极性方式的TIG焊接工艺焊接2219铝合金。可以不开坡口一次焊接成型Imm?12mm厚度范围的2219铝合金，焊接电流仅有交流焊接方式的50%，并且能够获得无缺陷的性能优良的焊接接头，即2219铝合金焊缝中没有任何气孔、夹渣等缺陷，焊接接头拉伸强度能达到260?290MPa。本发明能实现2219铝合金材料的单面焊双面成型，焊接电流相对于交流焊工艺大大降低，有效提高了焊接生产率，降低了能源消耗。
[0010]本发明提出的表面去膜剂由LiF、NaF、CaF2, KAlF4, K3AlF6等其中的任何一种和多种化合物的组合，氟化物的颗粒度均小于10 μ m。
[0011]一种是以LiF为基，添加NaF、CaF2等化合物，其中LiF的含量为40?80% (重量百分比)，NaF的含量为10?40%，CaF2的含量为10?40%。
[0012]一种是以LiF为基，添加KA1F4、K3AlF6，其中LiF的含量为40?80% (重量百分比)，KAlF4的含量为10?40%, K3AlF6的含量为10?40%。
[0013]另一种是以KAlF4为基，添加LiF、NaF、CaF2等氟化物，其中KAlF4的含量为40?65% (重量百分比)，LiF的含量为10?25%，NaF的含量为10?25%，CaF2的含量为10?25%。
[0014]本发明2219铝合金的直流活性焊接方法的优点在于:1、采用直流正极性，提高铝合金的发热量，从而达到增大焊接熔深的目的，焊接相同厚度的铝合金，电流仅有交流焊接方式的50% ;2、采用新型表面去膜剂，可以有效地去除铝合金表面的氧化膜，表面去膜剂同时具有增大焊接熔深的作用，从而进一步提高铝合金的焊接熔深和焊接生产率。3、直流电弧的稳定性优于交流电弧的稳定性，可减少焊缝中产生气孔等缺陷的可能性。表面去膜剂的使用又可进一步减少焊缝产生气孔等缺陷。4、相对于交流焊接设备中必用的稳弧装置，采用直流焊接方式减少了交流焊设备的复杂程度和成本。因此，与钨极氩弧焊相比，本焊接方法具有焊接熔深大、生产率高、电弧稳定、质量可靠等优点；与激光焊、电子束焊、等离子焊相比，本焊接方法所用的表面活性剂材料价格便宜，且无需昂贵的焊接设备，具有成本低廉，经济性好的优点。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0016]本发明是一种新型的2219铝合金的无缺陷低能耗直流焊接方法，其特征在于:所述焊接方法是焊前首先在2219铝合金表面待焊部位喷涂上一层表面去膜剂，然后采用直流正极性方式的TIG焊接工艺方法焊接2219铝合金。所述表面去膜剂是氟化锂、氟化钙、氟化钠、氟铝酸钾等其中的任何一种或任何多种氟化物的组合。氟化物的颗粒度均小于10 μ m0
[0017]本发明的2219铝合金的直流活性焊接方法实施步骤如下，[0018]步骤一，按配比成分均匀混合表面去膜剂；
[0019]步骤二，用无水乙醇调和表面去膜剂；
[0020]步骤三，焊接前对2219铝合金表面进行清洗；
[0021]步骤四，用毛刷或喷壶在铝合金表面待焊部位均匀敷上一层表面去膜剂，以盖住原来的铝合金颜色为宜；
[0022]步骤五，采用TIG焊直流正极性方式进行2219铝合金的焊接；
[0023]步骤六，焊后将焊缝表面的表面去膜剂残渣去除。
[0024]本发明的焊接方法可以不开坡口一次焊接成型Imm?12mm厚度范围的2219铝合金，本发明涉及的表面去膜剂具有良好地去除2219铝合金表面氧化膜和增大焊接熔深的作用，焊接电流仅有交流焊接工艺的50% ;并且焊接的2219铝合金焊缝中没有任何气孔缺陷，焊接接头拉伸强度为260?290MPa。
[0025]实施例1:厚度为4_的2219铝合金的直流焊接
[0026]按配比称重LiF、NaF、CaF2,各氟化物的颗粒度均小于10 μ m,混合均匀，用无水乙醇调合成糊状。焊接前对2219铝合金表面进行清洗，然后用毛刷均匀地刷涂在化学清洗过的2219铝合金对接待焊表面。采用TIG直流正极性焊接方式对4mm厚的2219铝合金板材进行对接焊接，焊接结束后进行缺陷检测和力学性能测试。
[0027]具体配比成分、焊接参数和焊接接头的平均拉伸强度见下表:
[0028]
【权利要求】
1.一种无缺陷低能耗2219铝合金的焊接方法，其特征是:1、采用直流正极性焊接工艺；2、焊前在2219铝合金表面待焊部位喷涂上一层表面去膜剂。
2.根据权利要求1所述的2219铝合金的无缺陷低能耗直流焊接方法，其特征在于:所述焊接方法是焊前首先在2219铝合金表面待焊部位喷涂上一层表面去膜剂，然后采用直流正极性方式的TIG焊接工艺方法焊接2219铝合金，可以不开坡口一次焊接成型Imm?12mm厚度范围的2219铝合金，焊接电流仅有交流焊接方式的50%。
3.根据权利要求2所述的2219铝合金的无缺陷低能耗直流焊接方法，其特征在于:所述表面去膜剂是由LiF、NaF, CaF2, KAlF4, K3AlF6等多种氟化物组成。
4.根据权利要求3所述的表面去膜剂，一种是以LiF为基，添加NaF、CaF2等化合物，其中LiF的含量为40?80% (重量百分比)，NaF的含量为10?40%，CaF2的含量为10?40%。
5.根据权利要求3所述的表面去膜剂，一种是以LiF为基，添加KA1F4、K3A1F6，其中LiF的含量为40?80% (重量百分比)，KA1F4的含量为10?40%，K3AlF6的含量为10?40%。
6.根据权利要求3所述的表面去膜剂，另一种是以KAlF4为基，添加LiF、NaF、CaF2等氟化物，其中KAlF4的含量为30?65% (重量百分比)，LiF的含量为10?25%，NaF的含量为10?25%，CaF2的含量为10?25%。
7.根据权利要求1所述的2219铝合金的无缺陷低能耗直流焊接方法，其特征在于:所述焊接方法所焊接的2219铝合金焊缝中没有任何气孔缺陷，焊接接头拉伸强度为260?290MPa。
【文档编号】B23K9/235GK103624381SQ201310566461
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】曲文卿, 姚君山, 牟国倩, 张聃, 尹玉环, 郭立杰, 庄鸿寿 申请人:北京航空航天大学, 上海航天设备制造总厂