CN104400196A - 镁铝合金焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种镁铝合金焊接方法，包括如下步骤：对被焊接铝镁合金板材表面的焊接区域进行清理；对被焊接铝镁合金板材在焊接区域进行预热处理；用熔化极惰性气体保护焊机对铝镁合金板材进行点焊固定连接。本发明方法方法简单，易于操作，适合于工业化的推广和使用；使用泡沫石棉板将铝镁合金板材夹紧固定，可以使两个工件的焊接坡口之间的焊缝熔池中保温时间长，不易出现未熔合和未焊透气孔和裂纹现象；有效解决气孔和夹杂问题，经本发明方法处理后的焊接接头内部气孔和夹杂基本消除；强化效果理想，材料的综合力学性能得到大幅提升；节能环保。

Description

镁铝合金焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是镁铝合金板材的焊接方法。
背景技术
镁铝合金以其优异的加工性能、高强度、塑性好、耐蚀耐疲劳等优异的综合性能，被广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学等工业领域中。在这些行业应用中常常会遇到需要对镁铝合金零部件进行焊接，而由于镁铝合金本身的特殊性，铝镁合金在焊接时，由于铝镁合金的热传导比较快，焊接时热量散失较快，焊接熔池因热量不足经常出现未熔合，未焊透、气孔和裂纹的缺陷；而焊接后采用自然冷却，大量的热量积聚在工件中不能立即散去，导致金属内部晶粒长大，金属强度降低较多。另一方面，输入的大量热量使焊件在高温停留较长时间，导致焊接变形大，直接影响产品的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁铝合金焊接方法，解决上述现有技术中的一个或者是多个。
本发明提供一种镁铝合金焊接方法，包括如下步骤：
(1)对被焊接铝镁合金板材表面的焊接区域进行清理；
(2)将被焊接铝镁合金板材的上、下两平面接近焊接区域处，用泡沫石棉板夹紧固定；
(3)对被焊接铝镁合金板材在焊接区域进行预热处理；
(4)用熔化极惰性气体保护焊机对铝镁合金板材进行点焊固定连接；
(5)去掉泡沫饰棉板，冷却后将铝镁合金板材焊接处在430～580℃固溶1～3h；
(6)将固溶后的铝镁合金板材焊接处迅速转入15～25℃冷水中冷却至室温，转移时间不超过60s；
(7)将冷水冷却后的铝镁合金板材焊接处放入深冷处理装置，以(4～11℃)/min的速度冷却至-130～-196℃，且保温4～24h；
(8)取出铝镁合金板材焊接处放入加热保温装置，以(4～11℃)/min的速度加热至100～190℃，且保温6～24h；
(9)使铝镁合金板材焊接处随装置冷却至室温。
本发明方法方法简单，易于操作，适合于工业化的推广和使用；使用泡沫石棉板将铝镁合金板材夹紧固定，可以使两个工件的焊接坡口之间的焊缝熔池中保温时间长，不易出现未熔合和未焊透气孔和裂纹现象；有效解决气孔和夹杂问题，经本发明方法处理后的焊接接头内部气孔和夹杂基本消除；强化效果理想，材料的综合力学性能得到大幅提升；节能环保。
在一些实施方式中，步骤1中采用化学清理，包括步骤：分别配制50-60℃质量浓度为8-10％的NaOH溶液和质量浓度为40-50％的HNO3溶液；将待焊接零件浸入NaOH溶液中浸泡10min以上，取出零件用冷水冲洗并清除工件表面上的NaOH残留物；将清洗后的零件放入HNO3溶液中浸泡30～60s，取出零件放入水中清洗并清除工件表面的硝酸残留物。
在一些实施方式中，NaOH溶液的PH值在13～14之间，HNO3溶液的PH值为1。
在一些实施方式中，预热设备采用感应加热设备，预热温度为230℃～250℃。通过预热，事先为熔池提供了必要的热量，减少了缺陷产生的机会。
在一些实施方式中，步骤4中采用多层多道焊接，每完成一层、一道焊缝，均需要用红外线测温仪测量焊接处表面温度，保证每层焊缝表面温度均在50～100℃之间。在焊接过程中采用多层、多道的焊接、并保证每层焊缝表面温度均在50～100℃之间，这可以使两个工件的焊接坡口之间的焊缝熔池中保温时间长，不易出现未熔合和未焊透气孔和裂纹现象。
在一些实施方式中，步骤2中被焊接铝镁合金板材的上、下两面在距离焊缝边缘10mm处用泡沫石棉板夹紧固定。采用泡沫石棉板固定，在焊接时，对铝镁合金板材起到了保温作用。
具体实施方式
本发明提供一种镁铝合金焊接方法，下面结合实施例，对本发明作详细介绍：
实施例1
第一步：对被焊接铝镁合金板材表面的焊接区域进行清理，配制50℃含8％NaOH(火碱)溶液和40％HNO3(硝酸)的溶液；将待焊接零件浸入NaOH(火碱)中浸泡10min，每批浸洗前，首先用PH试纸检测NaOH(火碱)，其PH值为13，当PH值不足规定时，可随时加入适量的NaOH，使PH值达到规定值；从碱溶液中取出零件后，用冷水冲洗。清除工件表面上的NaOH(火碱)残留物，将清洗后的零件放入硝酸溶液中浸泡，时间为30s。每批浸洗前用PH试纸检测硝酸浓度值，PH值应为1，PH值不足规定时，可随时加入适量的硝酸，使PH值达到规定值；将零件从硝酸溶液中取出，放入水中清洗，清除工件表面的硝酸残留物，还需要将将清洗后的待焊接铝镁合金板材烘干。
第二步：在铝镁合金板材的上、下两面离焊缝坡口边缘10mm处，通长铺设泡沫石棉板，泡沫石棉板厚度为20mm，用C型夹将铝镁合金板材与上下两面的泡沫石棉板一起夹紧，并使泡沫石棉板尽可能贴紧铝镁合金板材，使铝镁合金板材隔绝了与空气的接触，使热量尽可能多地保存下来，为焊接熔池正常工作提供了必要的支持，使焊接熔池能反应充分，较大程度地减少了气孔，未焊透，未熔合，裂纹等缺陷。
第三步：对被焊接铝镁合金板材在焊接区域进行预热处理，将泡沫石棉板固定的铝镁合金板材，用感应加热器将待焊部位进行预热，预热温度为230℃。
第四步：将预热后的接铝镁合金板材放置在工作台用用MIG熔化极惰性气体保护焊机对铝镁合金板材进行多层多道焊接，每完成一层、一道焊缝，均需要用红外线测温仪测量焊接处表面温度，此时表面温度为50℃。如果表面温度低于50℃则需要对被焊接处进行加温处理至50℃，如果表面温度高于50℃，则等待自然冷却降温至50℃再进行下一层焊缝的焊接，总之要保证每层焊缝的表面温度均在50℃。
第五步：焊接完成后，立即去掉泡沫石棉板，用干冰粉喷撒在焊接区域，以加快铝镁合金板材的冷却，直到铝镁合金板材冷到环境温度停止喷撒干冰。干冰喷撒应均匀，尽量使整个板均匀冷却。通过喷撒干冰，调整了焊件的温度场，改变了焊接不均匀加热产生的温度场，使热量不均衡的温度场趋于平衡，从而较大程度上减小了热应变，减小了焊接变形。同时，焊缝在高温区间停留时间大大变短，大大限制了晶粒长大倾向，改善了焊接区域的强度。还需要将焊接完成后的铝镁合金板材焊接处在430℃下固溶1h。
第六步：将固溶后的铝镁合金焊接处迅速转入15℃冷水中冷却至室温，转移时间为10s，冷却后放入深冷处理装置中；
第七步：以4℃/min的降温速度将深冷处理装置中的温度从室温下降到-130℃，保温4h；
第八步：取出深冷处理后的焊接接头放入加热保温装置中，转移时间为10s，以4℃/min的升温速度将加热保温装置中的温度从室温升到100℃，保温6h；
第九步：关闭电源，使焊接接头随装置冷却至室温。
实施例2
第一步：对被焊接铝镁合金板材表面的焊接区域进行清理，配制55℃含9％NaOH(火碱)溶液和45％HNO3(硝酸)的溶液；将待焊接零件浸入NaOH(火碱)中浸泡15min，每批浸洗前，首先用PH试纸检测NaOH(火碱)，其PH值为12.5，当PH值不足规定时，可随时加入适量的NaOH，使PH值达到规定值；从碱溶液中取出零件后，用冷水冲洗。清除工件表面上的NaOH(火碱)残留物，将清洗后的零件放入硝酸溶液中浸泡，时间为45s。每批浸洗前用PH试纸检测硝酸浓度值，PH值应为1，PH值不足规定时，可随时加入适量的硝酸，使PH值达到规定值；将零件从硝酸溶液中取出，放入水中清洗，清除工件表面的硝酸残留物，还需要将将清洗后的待焊接铝镁合金板材烘干。
第二步：在铝镁合金板材的上、下两面离焊缝坡口边缘10mm处，通长铺设泡沫石棉板，泡沫石棉板厚度为25mm，用C型夹将铝镁合金板材与上下两面的泡沫石棉板一起夹紧，并使泡沫石棉板尽可能贴紧铝镁合金板材，使铝镁合金板材隔绝了与空气的接触，使热量尽可能多地保存下来，为焊接熔池正常工作提供了必要的支持，使焊接熔池能反应充分，较大程度地减少了气孔，未焊透，未熔合，裂纹等缺陷。
第三步：对被焊接铝镁合金板材在焊接区域进行预热处理，将泡沫石棉板固定的铝镁合金板材，用感应加热器将待焊部位进行预热，预热温度为240℃。
第四步：将预热后的接铝镁合金板材放置在工作台用用MIG熔化极惰性气体保护焊机对铝镁合金板材进行多层多道焊接，每完成一层、一道焊缝，均需要用红外线测温仪测量焊接处表面温度，此时表面温度为75℃。如果表面温度低于75℃则需要对被焊接处进行加温处理至75℃，如果表面温度高于75℃，则等待自然冷却降温至75℃再进行下一层焊缝的焊接，总之要保证每层焊缝的表面温度均在75℃。
第五步：焊接完成后，立即去掉泡沫石棉板，用干冰粉喷撒在焊接区域，以加快铝镁合金板材的冷却，直到铝镁合金板材冷到环境温度停止喷撒干冰。干冰喷撒应均匀，尽量使整个板均匀冷却。通过喷撒干冰，调整了焊件的温度场，改变了焊接不均匀加热产生的温度场，使热量不均衡的温度场趋于平衡，从而较大程度上减小了热应变，减小了焊接变形。同时，焊缝在高温区间停留时间大大变短，大大限制了晶粒长大倾向，改善了焊接区域的强度。还需要将焊接完成后的铝镁合金板材焊接处在505℃下固溶2h。
第六步：将固溶后的铝镁合金焊接处迅速转入25℃冷水中冷却至室温，转移时间为30s，冷却后放入深冷处理装置中；
第七步：以7℃/min的降温速度将深冷处理装置中的温度从室温下降到-163℃，保温14h；
第八步：取出深冷处理后的焊接接头放入加热保温装置中，转移时间为15s，以7℃/min的升温速度将加热保温装置中的温度从室温升到145℃，保温15h；
第九步：关闭电源，使焊接接头随装置冷却至室温。
实施例3
第一步：对被焊接铝镁合金板材表面的焊接区域进行清理，配制60℃含10％NaOH(火碱)溶液和50％HNO3(硝酸)的溶液；将待焊接零件浸入NaOH(火碱)中浸泡20min，每批浸洗前，首先用PH试纸检测NaOH(火碱)，其PH值为14，当PH值不足规定时，可随时加入适量的NaOH，使PH值达到规定值；从碱溶液中取出零件后，用冷水冲洗。清除工件表面上的NaOH(火碱)残留物，将清洗后的零件放入硝酸溶液中浸泡，时间为60s。每批浸洗前用PH试纸检测硝酸浓度值，PH值应为1，PH值不足规定时，可随时加入适量的硝酸，使PH值达到规定值；将零件从硝酸溶液中取出，放入水中清洗，清除工件表面的硝酸残留物，还需要将将清洗后的待焊接铝镁合金板材烘干。
第二步：在铝镁合金板材的上、下两面离焊缝坡口边缘10mm处，通长铺设泡沫石棉板，泡沫石棉板厚度为30mm，用C型夹将铝镁合金板材与上下两面的泡沫石棉板一起夹紧，并使泡沫石棉板尽可能贴紧铝镁合金板材，使铝镁合金板材隔绝了与空气的接触，使热量尽可能多地保存下来，为焊接熔池正常工作提供了必要的支持，使焊接熔池能反应充分，较大程度地减少了气孔，未焊透，未熔合，裂纹等缺陷。
第三步：对被焊接铝镁合金板材在焊接区域进行预热处理，将泡沫石棉板固定的铝镁合金板材，用感应加热器将待焊部位进行预热，预热温度为250℃。
第四步：将预热后的接铝镁合金板材放置在工作台用用MIG熔化极惰性气体保护焊机对铝镁合金板材进行多层多道焊接，每完成一层、一道焊缝，均需要用红外线测温仪测量焊接处表面温度，此时表面温度为100℃。如果表面温度低于100℃则需要对被焊接处进行加温处理至100℃，如果表面温度高于100℃，则等待自然冷却降温至100℃再进行下一层焊缝的焊接，总之要保证每层焊缝的表面温度均在100℃。
第五步：焊接完成后，立即去掉泡沫石棉板，用干冰粉喷撒在焊接区域，以加快铝镁合金板材的冷却，直到铝镁合金板材冷到环境温度停止喷撒干冰。干冰喷撒应均匀，尽量使整个板均匀冷却。通过喷撒干冰，调整了焊件的温度场，改变了焊接不均匀加热产生的温度场，使热量不均衡的温度场趋于平衡，从而较大程度上减小了热应变，减小了焊接变形。同时，焊缝在高温区间停留时间大大变短，大大限制了晶粒长大倾向，改善了焊接区域的强度。还需要将焊接完成后的铝镁合金板材焊接处在580℃下固溶3h。
第六步：将固溶后的铝镁合金焊接处迅速转入25℃冷水中冷却至室温，转移时间为60s，冷却后放入深冷处理装置中；
第七步：以11℃/min的降温速度将深冷处理装置中的温度从室温下降到-196℃，保温24h；
第八步：取出深冷处理后的焊接接头放入加热保温装置中，转移时间为20s，以11℃/min的升温速度将加热保温装置中的温度从室温升到190℃，保温24h；
第九步：关闭电源，使焊接接头随装置冷却至室温。
本发明方法方法简单，易于操作，适合于工业化的推广和使用；由于在铝镁合金板材在接近焊缝边缘处的上、下两面均用泡沫石棉板将铝镁合金板材夹紧固定。在焊接时，对铝镁合金板材起到了保温作用，在焊接过程中采用多层、多道的焊接、并保证每层焊缝表面温度均在50～100℃之间，这样，可以使两个工件的焊接坡口之间的焊缝熔池中保温时间长，不易出现未熔合和未焊透气孔和裂纹现象；有效解决气孔和夹杂问题，经本发明方法处理后的焊接接头内部气孔和夹杂基本消除；强化效果理想，材料的综合力学性能得到大幅提升；节能环保。

Claims (6)

1.镁铝合金焊接方法，其中，包括如下步骤： 
(1)对被焊接铝镁合金板材表面的焊接区域进行清理； 
(2)将被焊接铝镁合金板材的上、下两平面接近焊接区域处，用泡沫石棉板夹紧固定； 
(3)对被焊接铝镁合金板材在焊接区域进行预热处理； 
(4)用熔化极惰性气体保护焊机对铝镁合金板材进行点焊固定连接； 
(5)去掉泡沫饰棉板，冷却后将铝镁合金板材焊接处在430～580℃固溶1～3h； 
(6)将固溶后的铝镁合金板材焊接处迅速转入15～25℃冷水中冷却至室温，转移时间不超过60s； 
(7)将冷水冷却后的铝镁合金板材焊接处放入深冷处理装置，以(4～11℃)/min的速度冷却至-130～-196℃，且保温4～24h； 
(8)取出铝镁合金板材焊接处放入加热保温装置，以(4～11℃)/min的速度加热至100～190℃，且保温6～24h； 
(9)使铝镁合金板材焊接处随装置冷却至室温。 
2.根据权利要求1所述的镁铝合金焊接方法，其中，步骤1中采用化学清理，包括步骤： 
(1)分别配制50-60℃质量浓度为8-10％的NaOH溶液和质量浓度为40-50％的HNO3溶液； 
(2)将待焊接零件浸入NaOH溶液中浸泡10min以上，取出零件用冷水冲洗并清除工件表面上的NaOH残留物； 
(3)将清洗后的零件放入HNO3溶液中浸泡30～60s，取出零件放入水中清洗并清除工件表面的硝酸残留物。 
3.根据权利要求2所述的镁铝合金焊接方法，其中，所述NaOH溶液的PH值在13～14之间，所述HNO3溶液的PH值为1。 
4.根据权利要求1所述的镁铝合金焊接方法，其中，预热设备采用感应加热设备，预热温度为230℃～250℃。 
5.根据权利要求1所述的镁铝合金焊接方法，其中，步骤4中采用多层多道焊接，每完成一层、一道焊缝，均需要用红外线测温仪测量焊接处表面温度，保证每层焊缝表面温度均在50～100℃之间。 
6.根据权利要求5所述的镁铝合金焊接方法，其中，步骤2中所述被焊接铝镁合金板材的上、下两面在距离焊缝边缘10mm处用泡沫石棉板夹紧固定。 
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