CN103418919A - 异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法 - Google Patents

异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其包括步骤：（1）先采用NaOH溶液对待焊结构进行碱洗去除氧化膜，再采用HNO3溶液对待焊结构进行酸洗，然后采用清水洗净待焊结构、并用压缩空气吹干；（2）焊接采用激光引导电弧方式对待焊结构进行焊接，焊接速度1mm/min～3mm/min，激光功率为500W～2500W，TIG电弧电流为100A～150A；TIG电弧角度与法线夹角35°、TIG电弧高度2-4mm、激光电弧热源间距2-4mm、保护气为氩气，氩气流量15-25L/min；（3）焊后采用钢刷清理焊缝表面。本发明方法通过采用激光-电弧复合焊接、优化焊接工艺，提高了焊接过程稳定性、焊缝表面质量，降低了焊前装配间隙要求，以及焊后的结构变形。

Description

异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种厚度3mm以内的异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法。
背景技术
ZL114是一种Al-Mg-Si系铸造铝合金，大量应用于航天器框架结构的制造，LF6是Al-Mg系铝合金中一种较为常用变形铝合金，大量用于航天器中蒙皮，ZL114-LF6异种铝合金在框架-蒙皮复合结构中具有广泛的应用前景。
激光焊接技术作为一种高效、柔性、精密焊接技术，已成为二十一世纪最先进的焊接方法之一。但是，铝合金对激光的高反射和自身的高导热性，特别是对于波长为10.6μm的CO2激光的反射率高达97％以上，为了克服铝合金的高反射和高导热性所造成的能量耦合的壁障，铝合金的激光焊接要求极高的功率密度（约为钢铁材料的5倍），对激光器的输出功率和光束质量要求极高。高功率激光器的投入较大、对焊接结构件装配精度要求严格，焊接生产成本太高。
激光-电弧复合焊将物理性质和能量传输机制截然不同的两种热源复合在一起，同时作用在同一加工位置的焊接方法。激光电弧复合焊接充分利用了激光和电弧的优势，改善了激光和电弧单热源焊接的一些缺陷和不足。激光-电弧复合焊以其高效率、良好适应性在在航空、航天领域获得越来越广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其可以实现ZL114-LF6异种铝合金薄缘结构的连接，其焊接效率高、焊接过程稳定性好，并且焊后结构变形小。
本发明的技术方案如下：一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，所述的异种铝合金薄边缘结构厚度在3mm以内，其该方法包括如下步骤：
（1）对待焊接的异种铝合金薄边缘结构待焊面进行清理，其中一种为Al-Mg-Si系铸造铝合金，另一种为Al-Mg系铝合金，具体为：先采用40～60wt%NaOH溶液对待焊结构进行碱洗去除氧化膜；再采用20～30wt%HNO3溶液对待焊结构进行酸洗；然后采用清水洗净待焊结构、并用压缩空气吹干；
（2）对步骤（1）清理后所得异种铝合金薄边缘结构进行焊接，具体为；
焊接采用激光引导电弧方式对待焊结构进行焊接，焊接速度1mm/min～3mm/min，激光功率为500W～2500W，TIG电弧电流为100A～150A；TIG电弧角度与法线夹角35°、TIG电弧高度2-4mm、激光电弧热源间距2-4mm、保护气为氩气，氩气流量15-25L/min；
（3）焊后，采用钢刷清理焊缝表面。
如上所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其所述的Al-Mg-Si系铸造铝合金为ZL114，所述的Al-Mg系铝合金为LF6。
如上所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其所述的激光利用工业激光器产生。
如上所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其所述的工业激光器为CO2激光器、YAG激光器或Disc激光器。
本发明的显著效果在于：
本发明所述的一种针对厚度3mm以内的异种铝合金薄边缘结构激光-电弧焊接方法，通过采用激光-电弧复合焊接、优化焊接工艺，提高了焊接过程稳定性、焊缝表面质量，降低了焊前装配间隙要求，以及焊后的结构变形。
本发明方法：（1）焊缝外观美观，焊接过程稳定，焊缝表面无宏观缺陷；（2）通过优化焊接工艺，避免出现表面缺陷，减小焊接变形；（3）焊接效率高，焊接速度大于1mm/min。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法作进一步详细说明。
实施例1
本发明所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，所述的异种铝合金薄边缘结构厚度在3mm以内，其包括如下步骤：
（1）对待焊接的异种铝合金薄边缘结构待焊面进行清理，其中一种为Al-Mg-Si系铸造铝合金，另一种为Al-Mg系铝合金，具体为：先采用40wt%NaOH溶液对待焊结构进行碱洗去除氧化膜；再采用20wt%HNO3溶液对待焊结构进行酸洗；然后采用清水洗净待焊结构、并用压缩空气吹干；
（2）对步骤（1）清理后所得异种铝合金薄边缘结构进行焊接，具体为；
焊接采用激光引导电弧方式对待焊结构进行焊接，焊接速度1mm/min，激光功率为1500W，TIG电弧电流为120A；TIG电弧角度与法线夹角35°、TIG电弧高度3mm、激光电弧热源间距3mm、保护气为氩气，氩气流量20L/min；
（3）焊后，采用钢刷清理焊缝表面。
所述的Al-Mg-Si系铸造铝合金为ZL114，所述的Al-Mg系铝合金为LF6。
所述的激光利用工业激光器产生，例如：CO2激光器、YAG激光器或Disc激光器。
实施例2
本发明所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，所述的异种铝合金薄边缘结构厚度在3mm以内，其包括如下步骤：
（1）对待焊接的异种铝合金薄边缘结构待焊面进行清理，其中一种为Al-Mg-Si系铸造铝合金，另一种为Al-Mg系铝合金，具体为：先采用50wt%NaOH溶液对待焊结构进行碱洗去除氧化膜；再采用25wt%HNO3溶液对待焊结构进行酸洗；然后采用清水洗净待焊结构、并用压缩空气吹干；
（2）对步骤（1）清理后所得异种铝合金薄边缘结构进行焊接，具体为；
焊接采用激光引导电弧方式对待焊结构进行焊接，焊接速度2mm/min，激光功率为500WW，TIG电弧电流为100A；TIG电弧角度与法线夹角35°、TIG电弧高度2mm、激光电弧热源间距2mm、保护气为氩气，氩气流量15L/min；
（3）焊后，采用钢刷清理焊缝表面。
所述的Al-Mg-Si系铸造铝合金为ZL114，所述的Al-Mg系铝合金为LF6。
所述的激光利用工业激光器产生，例如：CO2激光器、YAG激光器或Disc激光器。
实施例3
本发明所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，所述的异种铝合金薄边缘结构厚度在3mm以内，其包括如下步骤：
（1）对待焊接的异种铝合金薄边缘结构待焊面进行清理，其中一种为Al-Mg-Si系铸造铝合金，另一种为Al-Mg系铝合金，具体为：先采用60wt%NaOH溶液对待焊结构进行碱洗去除氧化膜；再采用30wt%HNO3溶液对待焊结构进行酸洗；然后采用清水洗净待焊结构、并用压缩空气吹干；
（2）对步骤（1）清理后所得异种铝合金薄边缘结构进行焊接，具体为；
焊接采用激光引导电弧方式对待焊结构进行焊接，焊接速度3mm/min，激光功率为2500W，TIG电弧电流为150A；TIG电弧角度与法线夹角35°、TIG电弧高度4mm、激光电弧热源间距4mm、保护气为氩气，氩气流量25L/min；
（3）焊后，采用钢刷清理焊缝表面。
所述的Al-Mg-Si系铸造铝合金为ZL114，所述的Al-Mg系铝合金为LF6。
所述的激光利用工业激光器产生，例如：CO2激光器、YAG激光器或Disc激光器。

Claims (4)

1.一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，所述的异种铝合金薄边缘结构厚度在3mm以内，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）对待焊接的异种铝合金薄边缘结构待焊面进行清理，其中一种为Al-Mg-Si系铸造铝合金，另一种为Al-Mg系铝合金，具体为：先采用40～60wt%NaOH溶液对待焊结构进行碱洗去除氧化膜；再采用20～30wt%HNO3溶液对待焊结构进行酸洗；然后采用清水洗净待焊结构、并用压缩空气吹干；
（2）对步骤（1）清理后所得异种铝合金薄边缘结构进行焊接，具体为；
焊接采用激光引导电弧方式对待焊结构进行焊接，焊接速度1mm/min～3mm/min，激光功率为500W～2500W，TIG电弧电流为100A～150A；TIG电弧角度与法线夹角35°、TIG电弧高度2-4mm、激光电弧热源间距2-4mm、保护气为氩气，氩气流量15-25L/min；
（3）焊后，采用钢刷清理焊缝表面。
2.根据权利要求1所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其特征在于：所述的Al-Mg-Si系铸造铝合金为ZL114，所述的Al-Mg系铝合金为LF6。
3.根据权利要求1所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其特征在于：所述的激光利用工业激光器产生。
4.根据权利要求3所述的一种异种铝合金薄边缘结构激光-电弧复合焊接方法，其特征在于：所述的工业激光器为CO2激光器、YAG激光器或Disc激光器。
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