CN102350576A

CN102350576A - 一种控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法

Info

Publication number: CN102350576A
Application number: CN2011102850859A
Authority: CN
Inventors: 赵征; 张云燕; 李碧芳; 史永禄; 苏生华; 李成禄
Original assignee: SECOND RESEARCH INSTITUTE 210TH STATION OF CHINA AEROSPACE SCIENCE AND INDUSTRY GROUP
Current assignee: SECOND RESEARCH INSTITUTE 210TH STATION OF CHINA AEROSPACE SCIENCE AND INDUSTRY GROUP
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开了一种控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法，按照工件设计图纸对铝板下料，在需要强化防止变形的待两个待焊接铝板边缘加工Y形坡口，按照工件设计图纸对工件铝板进行折弯，先用丙酮进行清洗，再用风动不锈钢丝轮清除坡口表面的氧化膜并擦拭干净；焊丝在焊前也要经过丙酮擦拭；对于需要强化防止变形的关键位置焊缝的Y形焊接坡口进行TIG多道焊接，其余部分的铝合金结构采用MIG焊接；将焊接完成大的铝合金工件进行自然时效8～10天。本发明生产成本低，使用方便，简单易行，能够控制铝合金焊接结构焊接后局部下沉缺陷，保证工件的尺寸稳定性。

Description

一种控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法

技术领域

本发明涉及先进制造技术领域的先进成型与工艺技术，尤其是一种焊接变形控制技术。

背景技术

根据学者对LY12、6063等铝合金焊接试件采用三坐标测量仪进行的测试发现，多种铝合金焊缝在焊后96小时左右会发生伸长，之后尺寸将趋于稳定。而据介绍，5A06铝合金焊接结构随时间推移则出现继续增加变形的趋势。究其原因，铝合金焊接结构焊后不会产生介金属相，焊缝中过饱和固溶体产生分解，其析出相的晶格常数不同而出现增加焊接变形的趋势。可见，铝合金焊接结构的尺寸不稳定是一种普遍现象。目前控制铝合金焊接结构尺寸不稳定的方法有以下三种：

1.整体热处理

按照目前最有效的方法，采用稳定化热处理来消除焊接应力，即将铝合金焊接结构放入热处理炉中，随炉加热至指定温度，温度控制在190℃～210℃，保温0.5小时～1小时，随炉冷却，可以大大消除焊接应力，通常认为可以消除残余应力70-80％。但是该方法耗能高，花费大，成本高。

2.振动时效

对铝合金焊接结构可以在制造过程中进行了一次振动时效以消除焊接残余应力。由于振动时效消除的效果有限(一般认为可以消除残余应力的20-50％，并相应提高其尺寸稳定性40～70％)，零件中的残存的残余应力将会进一步进行松弛和再分布，从而引起零件的变形。可见，振动时效的效果有限。

3.煮沸法

该技术以100℃的沸水对铝合金焊接结构进行整体热水煮沸一定时间，通过升温后应力的重新分布实现应力松弛的效果。但该方法投资大，耗能高，效果也较为有效。

发明内容

为了克服现有技术成本较高或效果有效的不足，本发明提供一种控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法，生产成本低，使用方便，简单易行。

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.按照工件设计图纸对铝板下料，在需要强化防止变形的待焊接部分预制45°带钝边斜坡口，两个待焊接铝板边缘对接后形成Y形坡口，按照工件设计图纸对工件铝板进行折弯，得到铝合金结构。

2.铝合金结构在焊接前先用丙酮进行清洗，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并擦拭干净；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。

3.对于需要强化防止变形的关键位置焊缝的Y形焊接坡口进行TIG多道焊接，焊接次数为两次以上，其余部分的铝合金结构采用MIG焊接，

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。

4.将焊接完成大的铝合金工件进行自然时效8～10天，保证对应力松弛现象的控制。

本发明的有益效果是：

虽然多道焊大量用于焊接生产，但该技术使用于铝合金焊接结构的应力松弛主要是考虑到利用多道焊的方法，每焊一层都使焊接接头产生一次角变形，在根部引起一次拉伸塑性变形。多次塑性变形的积累，使这部分金属产生应变硬化致使硬度提高，从而起到强化焊缝的效果。

由于使用TIG焊进行多层焊接强化焊缝，提高了焊缝的抗弯能力，并保证了焊接接头的力学性能，控制铝合金焊接结构焊接后局部下沉缺陷，焊接强度需要达到母材基体强度的90％以上。

焊后采用时效处理，可以有效消除焊接后的残余应力，完成焊后尺寸的控制，保证工件的尺寸稳定性。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是5A06MIG焊和TIG焊焊缝中心残余应力测试结果；

图3是本发明所述45°带钝边斜坡口示意图。

具体实施方式

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。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

1.钣金加工

按照工件设计图纸对铝板下料，在需要强化防止变形的待焊接部分预制45°带钝边斜坡口，即在待焊接的铝板边缘加工倾斜角为45°的坡口，且坡口不占满整个整个铝板厚度，在坡口到铝板下边缘留有一定厚度，两个待焊接铝板边缘对接后形成Y形坡口，如图3所示。按照工件设计图纸对工件铝板进行折弯，得到铝合金结构。

2.焊前准备

铝合金结构在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。

3.焊接成形

对于需要强化防止变形的关键位置焊缝的Y字形焊接坡口进行TIG多道焊接，焊接次数为两次以上，其余部分的铝合金结构采用MIG焊接，

焊接顺序按对称形式排序进行焊接，以保证有效控制焊接变形，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。

4.焊后时效

根据残余应力的变化趋势为，在开始的4-5天内残余应力逐步上升，之后逐步降低，直至10天左右趋于稳定。依据这一现象，可以采用自然时效10天左右的工艺方法，保证对应力松弛现象的控制。

通过本发明，可以有效控制应力松弛现象，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

本产品总长7000mm，高1111mm，宽1068mm，蒙皮采用5A06-0II类5mm厚铝板，为全焊接结构，焊缝总长约50m。要求产品总长控制在±2mm以内，箱体宽和高公差可控制在0.5mm以内。箱体内部安装前后导轨，其导轨高度差保证在163±0.1mm，对称度±0.2mm。

箱体的焊接采用CZ12-3×3型焊接操作机配套米加尼克双脉冲熔化极氩弧焊机设备，需要强化的关键焊缝采用唐山松下YE300WP型手工钨极氩弧焊机手工焊接。焊缝控制在2mm±0.5mm，将需要焊接的铝板两端用内撑外压的方法固定牢固。焊接参数如表1所示。

表1：5A06(5mm)TIG焊焊接工艺参数

对焊接接头进行X射线探伤，按照QJ176A-99《地面设备熔焊通用技术条件》对焊缝进行评定，达到I级焊缝要求。

焊后根据残余应力的变化趋势，制定了时效及装配过程中前后端框增加辅助支撑，时效10天左右的工艺方法，保证了应力松弛现象的控制。

例2

本产品总长8000mm，高1351mm，宽1200mm，蒙皮采用5A06-0II类6mm厚铝板，为全焊接结构，焊缝总长约55m。要求产品总长控制在±2mm以内，箱体宽和高公差可控制在0.5mm以内。箱体内部安装前后导轨，其导轨高度差保证在174±0.1mm，对称度±0.2mm。

箱体的焊接采用CZ12-3×3型焊接操作机配套米加尼克双脉冲熔化极氩弧焊机设备，需要强化的关键焊缝采用唐山松下YE300WP型手工钨极氩弧焊机手工焊接。焊缝控制在2mm±0.5mm，将需要焊接的铝板两端用内撑外压的方法固定牢固。焊接参数如表2所示。

表2：5A06(6mm)TIG焊焊接工艺参数

例3

：本产品总长5500mm，高952mm，宽865mm，蒙皮采用5A06-0II类4mm厚铝板，为全焊接结构，焊缝总长约48m。要求产品总长控制在±2mm以内，箱体宽和高公差可控制在0.5mm以内。箱体内部安装前后导轨，其导轨高度差保证在98±0.1mm，对称度±0.2mm。

箱体的焊接采用CZ12-3×3型焊接操作机配套米加尼克双脉冲熔化极氩弧焊机设备，需要强化的关键焊缝采用唐山松下YE300WP型手工钨极氩弧焊机手工焊接。焊缝控制在2mm±0.5mm，将需要焊接的铝板两端用内撑外压的方法固定牢固。焊接参数如表3所示。

表3：5A06(4mm)TIG焊焊接工艺参数

通过本发明，按照控制→减少→时效的原则，可以有效控制铝合金焊接结构焊接变形和焊缝内部质量，并保证空间安装位置的相对安装精度。

其焊接强化原理在于，铝合金MIG焊和多道TIG焊焊接试样的机械性能差异不大，但微观硬度存在差异所致。对多道TIG焊接和MIG焊接试样采用ASM2-30便携式多通道精密应变仪和BE120-2CA-K应变计对焊接试样X和Y方向的残余应力进行了测试。测试从焊接完成之日起，连续测试10天(每隔一天测试一次)，共计10组数据。测试结果如图2所示。

从图2可见，残余应力的变化趋势为，在开始的4-5天内残余应力逐步上升，之后逐步降低，直至10天左右趋于稳定。第4-5天，焊缝方向的残余应力(σx)，MIG焊缝(140Mpa)大于TIG焊缝(128Mpa)。垂直于焊缝方向的残余应力(σy)，TIG焊缝(261Mpa)大于MIG焊缝(246Mpa)。究其原因，虽然MIG焊接头的显微组织比TIG焊接头具有更为细小的晶粒和焊接热影响区，从而有效提高了接头的综合力学性能，但是TIG焊焊接5mm工件，采用多道焊的工艺，每焊一层都使焊接接头产生一次角变形，在根部引起一次拉伸塑性变形。多次塑性变形的积累，使这部分金属产生应变硬化致使硬度提高，从而导致虽然抗拉强度相当，但抗弯性能有少许差异的现象。但无论采用什么方法，持续8-10天的应力松弛现象普遍存在。

Claims

1.一种控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法，其特征在于包括下述步骤：

1)按照工件设计图纸对铝板下料，在需要强化防止变形的待焊接部分预制45°带钝边斜坡口，两个待焊接铝板边缘对接后形成Y形坡口，按照工件设计图纸对工件铝板进行折弯，得到铝合金结构；

2)铝合金结构在焊接前先用丙酮进行清洗，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并擦拭干净；焊丝在焊前也要经过丙酮擦拭；

3)对于需要强化防止变形的关键位置焊缝的Y形焊接坡口进行TIG多道焊接，其余部分的铝合金结构采用MIG焊接；

4)将焊接完成大的铝合金工件进行自然时效8～10天。

2.根据利用权利要求1所述的控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法，其特征在于：所述步骤3)的焊接次数为两次以上。

3.根据利用权利要求1所述的控制铝合金焊接结构应力松弛的工艺方法，其特征在于：所述步骤3)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。