专利名称：一种铝合金厚板焊接方法
技术领域：
本发明属于先进制造技术领域的先进成型与工艺技术，涉及一种材料的焊接方法。
背景技术：
60mm厚板铝合金焊接可以采用的技术包括钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、真空电子束焊、等离子弧焊、搅拌摩擦焊等多种技术途径。1.氩弧焊由于铝材热导率高，熔化时散热快，厚铝合金板进行装配焊接时，有时需要实施焊前预热。如钨极氩弧焊铝材厚度超过10mm，熔化极氩弧焊铝材厚度超过15mm，钨极及熔化极氦弧焊铝材厚度超过25mm时，熔焊前对装配件需要实施预热。预热温度视具体情况而定。未强化的铝及铝合金零件的预热温度一般为100-150°C，经强化的铝合金件，包括 w(Mg)达到4% -5%的铝镁合金件，预热温度不应超过100°C，否则铝材的强化效果或其抗应力腐蚀开裂的性能会受到不利的影响。2.真空电子束焊真空电子束焊作为一种高能量密度热源的焊接方法，具有焊缝窄而深、自动化程度高、焊接材料范围广、加热集中、热输入量小、母材热影响区窄、变形小等优点。单层焊可熔透最大厚度可达150mm。但是焊接设备投资大，焊件尺寸受真空室尺寸限制。同时，真空电子束焊缝的气孔问题较为严重，难以解决。3.变极性等离子弧焊该技术以交流等离子弧焊法为基础，采用等离子枪将电弧压缩，形成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的压缩电弧用于焊接，具有热影响区窄、焊接变形和应力小等优点，其接头性能较一般的气体保护焊好。但是目前还无此方法焊接60mm厚度铝合金板的报道。4.搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊接是一种新兴的固相连接过程。它利用搅拌头与工件之间产生的摩擦热量使工件处于热塑性状态，在搅拌头转动并向前移动的过程中在搅拌针的搅拌力作用下使流动金属不断地从前进端流向后退端，最终完成工件的连接。用这种焊接方法焊接工件时不出现火焰、电弧及辐射，焊接时无需保护气体，焊前对工件不需要开坡口，焊后无需特殊处理，所以是一种高效、安全、环保，低成本的新型焊接方法。相对于熔化焊接方法，它不会产生与熔化有关的焊接缺陷，如热裂纹和气孔。该方法对于铝合金等材料的拼焊有较好的实用前景，目前国内已实现70mm厚铝板的拼焊，但设备复杂投资大。在铝合金板焊接的变形控制、提高焊缝质量等诸多方面，基于生产成本低和使用方便考虑，氩弧焊是首选方法。但是目前由于需要预热等现有技术水平，对该技术的应用有一定的限制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种铝合金厚板焊接方法，生产成本低，使用方便，同时解决了铝合金厚板焊接生产中焊接变形不易控制、连接强度低等不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤1.从大铝板上按照指定尺寸下料。2.在铝合金厚板的待焊接边缘上下表面分别向厚度中心线开弧形坡口，且上下表面的弧形坡口之间不连接，相对的两条待焊接边缘对接后在铝合金厚板的上下表面形成了一正一反两个U型焊接坡口，两个U型焊接坡口之间的钝边厚4mm，U型焊接坡口的上开口宽度为^mm-30mm，U型底部圆弧直径为25mm。3.先用丙酮清洗铝合金和焊丝，待丙酮挥发后，再用风动不锈钢丝轮清除U型焊接坡口表面的氧化膜并擦拭干净。4.使用最大输出500A的逆变式熔化极氩弧焊机对U形焊接坡口进行焊接，双面焊接时，首先进行一遍打底焊接，然后进行反面清根，再进行四至六遍填缝焊接，焊接电压 ^-30V，打底焊接时电流为320-350A，填缝焊接时电流为290-320A，氩气流量为201/min， 不预热。为了有效控制焊接变形，焊接顺序按对称形式排序进行焊接，在待焊接边缘的任意位置开始，先焊接一点，再在对称位置焊接一点；向同一方向依次选择下一焊接点进行焊接继续，直至全部焊接完成。5.焊后采用退火工艺，在该种铝合金的再结晶温度下保温30分钟，随后空冷至室温，可大大消除焊接残余应力的存在。6.在随后进一步的机械加工过程中进行去应力退火，工艺参数为250-290°C保温 2-4小时后空冷至室温，可以有效消除机械加工中的加工应力，保证高精度零件的尺寸稳定化。本发明的有益效果是本发明由于使用大功率逆变式熔化极氩弧焊机进行焊接， 焊前不预热，打底并清根，有效减小了劳动强度，并提高了焊接接头的力学性能，提高了厚铝板的焊缝内部质量，焊接强度需要达到母材基体强度的90%以上。本发明在焊后采用经过退火和尺寸稳定化处理的去应力退火，可以有效消除焊接和机械加工中的加工应力，加强焊后尺寸的控制，保证高精度零件的尺寸稳定化。
图1是本发明方法步骤的示意图；图2是本发明双U型焊接坡口的示意图。
具体实施例方式本发明是先进制造技术领域的中先进成型与工艺技术的综合运用，可以运用于大尺寸构件的焊接成形领域，能够解决铝合金厚板焊接生产中焊接变形不易控制、连接强度低等不足，如图1所示，包括以下步骤1.机械加工采用排钻或铣削方法从大铝板上按照指定尺寸下料。
2.焊接准备焊接前对厚板制备双U型焊接坡口，即在铝合金厚板的待焊接边缘上下表面分别向厚度中心线开弧形坡口，且上下表面的弧形坡口之间不连接，相对的两条待焊接边缘对接后在铝合金厚板的上下表面形成了一正一反两个U型焊接坡口，两个U型焊接坡口之间的钝边厚4mm，U型焊接坡口的上开口宽度为^mm-30mm，U型底部圆弧直径为25mm。焊接坡口如图2所示。3.焊前清理铝合金焊接前，要先用丙酮进行清洗，待丙酮挥发后，再用风动不锈钢丝轮清除坡口表面的氧化膜，然后用干净的棉纱擦拭干净。焊丝在焊前也要经过丙酮擦拭，以清除其表面灰尘、水分、油污等杂物。4.焊接对双U形焊接坡口进行焊接。使用最大输出500A的逆变式熔化极氩弧焊机进行焊接，双面焊接时，首先进行一遍打底焊，然后进行反面清根，再进行四至六遍填缝焊接，焊接电压^_30V，打底焊时电流采用320-350A，填缝焊接时电流为290-320A，氩气流量为201/ min,不预热。为了有效控制焊接变形，焊接顺序按对称形式排序进行焊接，即类似于安装汽车轮胎的方法和顺序，在待焊接边缘的任意位置开始，先焊接一点，再在对称位置焊接一点； 在首次焊接位置焊点附近顺指针位置焊接一点，再在对称点附近顺指针位置焊接一点，各个焊接点的间距满足焊接强度要求，依次继续，直至全部焊接完成。5.过程热处理焊后采用退火工艺，在该种铝合金的再结晶温度下保温30分钟，随后空冷至室温，可大大消除焊接残余应力的存在。6.稳定化热处理在随后进一步的机械加工过程中，根据HB/Z352-2002《航空精密仪器仪表金属制件的尺寸稳定化处理》进行去应力退火，工艺参数为250-290°C保温2-4小时后空冷至室温，可以有效消除机械加工中的加工应力，保证高精度零件的尺寸稳定化。通过本发明，可以有效提高厚铝板的焊缝内部质量，并对焊后尺寸进行控制。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。例 1采用Al-Mg系5A06-H112铝合金厚板制造而成的箱式吊框，由宽度200mm左右板厚60mm左右的铝合金板材拼焊而成，框体Im见方，尺寸较大。尺寸精度要求士0. 5mm。箱式吊框的焊接采用米加尼克Flex 5000熔化极氩弧焊机设备，将需要焊接的铝板两端用内撑外压的方法固定牢固进行焊接。焊接参数如表2所示。表25A06 (60mm) MIG焊焊接工艺参数
权利要求
1.一种铝合金厚板焊接方法，其特征在于包括下述步骤1)从大铝板上按照指定尺寸下料；2)在铝合金厚板的待焊接边缘上下表面分别向厚度中心线开弧形坡口，且上下表面的弧形坡口之间不连接，相对的两条待焊接边缘对接后在铝合金厚板的上下表面形成一正一反两个U型焊接坡口；3)先用丙酮清洗铝合金和焊丝，待丙酮挥发后，再用风动不锈钢丝轮清除U型焊接坡口表面的氧化膜并擦拭干净；4)使用最大输出500A的逆变式熔化极氩弧焊机对U形焊接坡口进行焊接，双面焊接时，首先进行一遍打底焊接，然后进行反面清根，再进行四至六遍填缝焊接；5)焊后采用退火工艺，在该种铝合金的再结晶温度下保温30分钟，随后空冷至室温；6)在随后进一步的机械加工过程中进行去应力退火，工艺参数为250-290°C保温2-4 小时后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的铝合金厚板焊接方法，其特征在于所述的两个U型焊接坡口之间的钝边厚4mm，U型焊接坡口的上开口宽度为^mm-30mm，U型底部圆弧直径为25mm。
3.根据权利要求1所述的铝合金厚板焊接方法，其特征在于所述步骤4)的焊接电压为^_30V，打底焊接时电流为320-350A，填缝焊接时电流为290-320A，氩气流量为201/ min,不预热。
4.根据权利要求1所述的铝合金厚板焊接方法，其特征在于所述步骤4)的焊接顺序按对称形式排序进行焊接，在待焊接边缘的任意位置开始，先焊接一点，再在对称位置焊接一点；向同一方向依次选择下一焊接点进行焊接继续，直至全部焊接完成。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金厚板焊接方法，从大铝板上按照指定尺寸下料∶相对的两条待焊接边缘对接后在铝合金厚板的上下表面制备两个U型焊接坡口；先用丙酮清洗铝合金和焊丝，再清除U型焊接坡口表面的氧化膜并擦拭干净；使用最大输出500A的逆变式熔化极氩弧焊机对U形焊接坡口进行焊接，焊后采用退火工艺，并在在随后进一步的机械加工过程中进行去应力退火。本发明焊前不预热，有效减小了劳动强度，并提高了焊接接头的力学性能，提高了厚铝板的焊缝内部质量，焊接强度需要达到母材基体强度的90％以上。
文档编号C22F1/04GK102363237SQ20111028516
公开日2012年2月29日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者刘海涛, 张云燕, 李成禄, 李碧芳, 苏生华, 赵征 申请人:中国航天科工集团第二研究院二一〇所