CN104625350B - 一种铝合金的tig焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种铝合金的TIG焊接方法，解决了传统铝合金TIG焊接散热快，电弧热量集中程度低的问题。该焊接方法包括：在所述两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬槽；采用TIG焊对两个工件之间的待焊焊缝进行打底焊，形成背面焊漏；采用TIG焊对经过打底焊的焊缝进行盖面焊，形成正面焊缝余高。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金的焊接技术，特别涉及一种铝合金的TIG焊接方法。
技术背景
铝合金普遍存在着一些焊接性问题：极易氧化，常温和空气接触及焊接高温环境下容易生成一层致密的氧化膜，氧化膜的存在会造成材料物理化学性能的不均匀性，焊接过程易产生未熔合、气孔夹杂等缺陷；具有高的导热率和热容量，焊接过程中热量损耗严重；线膨胀系数大，焊接受热过程中热输入控制不均容易产生较大的变形及应力集中；低熔点合金元素在电弧的高温作用下容易烧损、蒸发，出现过烧现象时会极大降低接头质量等。
目前中厚度铝合金普遍采用的焊接工艺是开坡口单面非熔化极气体保护焊(Tungsten Inert Gas arc Welding，TIG)氩弧焊与开坡口双面TIG氩弧焊。坡口是焊接过程中根据需要在待焊端头加工并装配成一定的几何形状的沟槽，主要目的就是为了保证焊接接头能焊透而不出现焊接工艺缺陷。现有的坡口形状有X型、V型、Y型。
坡口的尺寸及形式均需要根据产品厚度及实际需要变化，通常来讲开坡口的时间占据了整个焊接过程的65％以上。开坡口后，焊道愈接近工件表面愈宽，尤其是单面开坡口焊接，到最后焊接时可能需要多道焊从可以填满坡口，从而影响焊接效率。双面开坡口焊接时还需要按一定次序先后焊接正反面焊道，所以需要不断的翻转工件，会进一步降低焊接效率。由于需要填充金属材料补充坡口，外界金属材料的加入必将引起材料本身性能的变化，若填充材料或层间清理不干净，极易产生层间缺陷，如气孔、夹渣。多层多道焊会增加层间清理难度，同时多次的焊接会增加焊接缺陷产生的几率，影响焊接质量。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种铝合金的TIG焊接方法，提高铝合金焊接性能。
为此，本发明实施例提供的一种铝合金的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，包括：
在所述两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬槽；
采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊，形成背面焊漏。
采用TIG焊对所述待焊焊缝进行盖面焊；形成正面焊缝余高。
利用本发明实施例提供的铝合金的TIG焊接方法，先通过在两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬槽，减小焊接区域垫板和工件的接触面积，减缓焊接过程垫板(尤其是熔池周围)散热速度，再采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊接直接形成背面焊漏，最后用TIG焊对所述待焊焊缝进行盖面焊，形成正面焊缝余高，减缓了焊散热快，使得电弧热量更为集中，提高了铝合金焊接性能。
附图说明
图1是本发明实施例中一种铝合金的TIG焊接方法的流程示意图。
图2是本发明实施例中一种铝合金TIG焊接散热垫板的结构示意图。
图3是本发明实施例中一种铝合金的焊接装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供的一种铝合金的焊接方法适用于厚度范围4-10mm的铝合金，用于焊接铝合金对接接头。图1是本发明实施例中一种铝合金的TIG焊接方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤101：在两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬槽。
为了解决传统TIG焊接散热速度快，电弧热量集中率低的问题，本发明一实施例提供了一种铝合金的悬空TIG焊接散热垫板，图2为本发明一实施例所提供的悬空TIG焊接散热垫板结构示意图。如图2所示，在两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区4下方预留悬空槽2,采用这种在焊接熔池区下方预留悬空槽的方法可以减小焊接区域垫板1和工件3的接触面积，减缓焊接过程垫板(尤其是熔池周围)散热速度，使得TIG电弧热量得到最大程度利用。
在本发明一实施例中，还可以根据不同焊接工件的尺寸(板厚等)，调整并选择最优悬空装配尺寸(悬空槽的长宽高)，也可以根据实际熔池区的位置微调整悬空槽的位置，实现焊缝成形和热量集中利用相平衡的目的。
步骤102：采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊，形成背面焊漏。
在本发明一实施例中，用TIG焊对工件待焊焊缝进行打底焊时采用直流正接的方式。直流正接具有如下优点：
(1)熔池深而窄，焊接生产率高，焊件的收缩应力和变形都小；
(2)钨极许用电流大，寿命长；
(3)电弧引燃容易，燃烧稳定。
在本发明一实施例中，在用TIG焊对工件待焊焊缝进行打底焊时采用高纯氦气作为保护气体，由于氦气能量高穿透力强且带有悬空槽的焊接散热垫板散热慢，有效提高了TIG焊电弧热量集中程度，使得TIG电弧热量利用率较传统TIG焊接工艺高，实现了4-10mm厚度铝合金一次性背面焊透，形成背面焊漏，同时利用氦弧高能量特性能实现直流正接方式下氧化膜的清理破除。
步骤103：采用TIG焊对经过所述打底焊的焊缝进行盖面焊形成正面焊缝余高。
在本发明一实施例中，盖面焊可采用脉冲变极性氩弧TIG焊接工艺进行。盖面焊采用主流的变极性，充分满足交流氩弧TIG焊对铝合金氧化膜的清理要求，另外在变极性的基础上叠加脉冲调制功能，有效减小了盖面焊过程热输入，而带有悬空槽的焊接散热垫板的引入，有效地提高了TIG电弧热量利用率。盖面焊时加入焊丝并形成正面焊缝余高，最终形成完整的双面焊缝，整个过程TIG电弧热量得以集中利用。
焊接速度是TIG悬空焊工艺方法最关键的焊接参数，合适的焊接速度是获得外观成形良好、接头性能优异焊缝的必要前提。由于悬空工艺下熔池下方无垫板支撑，减缓了熔池散热速度，使得熔池热量更加集中，适合采取较高的焊接速度。如果焊接速度较低，容易在熔池区出现塌陷、焊穿等焊接缺陷，较难获得良好的焊缝外观成形；在较高的焊接速度下，不仅能够提高焊接效率，而且能极大降低焊缝接头组织过热、过烧的风险，获得力学性能良好的焊缝。为此，本发明一实施例中，对待焊焊缝的打底焊和盖面焊均采用了一个较高的焊接速度。
利用本发明实施例的技术方案，在所述两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬槽，使得焊接区域垫板和工件的接触面积减少，进一步使得焊接过程垫板(尤其是熔池周围)散热速度减低，这样使得TIG焊工艺热量集中利用成为可能。进一步地，由于悬空槽的设置，消除了焊接时焊缝熔池区背面的盲区，使得在焊缝熔池区的背面设置摄像头成为可能。利用包含熔池背面摄像头的焊接视像在线监测装置，可以进行实时监测焊接熔池区正反面图像，以控制调整最佳的焊接参数。
图3是本发明实施例中一种焊接装置结构示意图。如图3所示，在图2所示的悬空焊接散热垫板1上进一步安装有焊接视像在线监测装置5。该焊接视像在线监测系统包括：摄像镜头、滤光片、视频采集卡、传输光纤、存储/显示设备，这些硬件设备用于实现焊接过程熔池图像的物理采集。尤为重要的是，摄像镜头包括熔池正面摄像头和熔池背面摄像头，其中，熔池正面摄像头设置在焊缝上方，用于监视熔池正面的焊接情况，熔池背面摄像头设置在悬空槽下面，摄像头方向也对着焊缝位置。
本领域技术人员可以理解，该焊接视像在线监测装置还可以进一步包括一处理器，该处理器中安装有软件，该软件一旦被运行，可以实现焊接过程熔池视像数据的实时监测、采集和存储功能。
焊接时焊接工件3接电源2的正极，焊枪4接电源2的负极，焊接过程中焊接视像在线监测装置5通过熔池正面摄像头6和摄像头7分别对焊接过程中熔池8的正反面图像进行实时监测，辅助于图像标定方法，能够精确反映焊缝成形尺寸。
根据焊缝接头空间尺寸位置的不同，摄像头安装模式分为多路切换跟踪式、单路摇柄跟踪式两类，多路切换跟踪式摄像头适用于焊道长度长、空间位置单一的焊缝结构，如各类平焊缝、环焊缝，各路摄像头可以选择统一标定焦距及视场的定焦镜头，监测方便，更换维修快捷；单路摇柄式摄像头适用于空间位置复杂焊道，如爬坡焊缝等结构，可以实时跟踪焊缝位置并根据焊道远近调整焦距，保证监测视场清晰稳定。
与传统铝合金ITG焊接工艺相比，焊接操作人员采用悬空TIG焊接工艺并通过视像在线监测装置，更能直观、实时、准确的了解焊缝背部成形情况，提高焊接规范水平，实现焊缝双面成形的量化控制；降低接头成形质量对人为因素的依赖，实现铝合金双面成型的自动控制。
利用本发明实施例提供的悬空TIG，配合焊接视像在线监控装置，可以发现典型厚铝合金TIG悬空焊接工艺存在一个最佳的焊接工艺窗口，具体如表1所示。
表1：典型4厚铝合金TIG悬空焊接工艺的最佳焊接工艺
本发明实施例提供的悬空TIG焊，由于其装配特性，采取了更加精细的焊接参数，热输入控制更加苛刻，接头过热/过烧倾向比垫板焊低，因而接头性能指标及其均匀性要普遍优于同等材料垫板焊工艺。为了说明悬空TIG焊的性能，发明人特意以4mm2219铝合金为例，分别进行了4组悬空TIG焊以及4组垫板焊，并对8个切片进行性能参数测试。表2为悬空焊与垫板焊性能对比结果。从测量数据可以总结得出，悬空焊接头平均抗拉强度是母材的71％以上，而垫板焊性能平均强度为母材的62％，悬空焊接头平均抗拉强度相比于垫板焊提高了9％；悬空焊的延伸率平均为4.5％-5％之间，而垫板焊的延伸率平均值为3.0％至4.5％，悬空焊在延伸率方面有明显提高；从每组数据的波动看，悬空焊的延伸率数据波动较小，表明其接头的均匀性更好，垫板焊的数据波动率较大，表明其接头的均匀性相对较差。
表2悬空焊与垫板焊性能对比结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铝合金的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，其特征在于，包括：
在焊接散热垫板上对应于所述两个工件之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，根据焊接工件的厚度选择悬空槽的长宽高；
采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊，形成背面焊漏，所述打底焊的TIG焊的焊接电流160-240A，焊接速度14-20m/h，Ar流量0-4L/Min，He流量8-14L/Min；所述盖面焊的TIG焊的焊接电流250-330A，焊接速度5-10m/h，Ar流量8-14L/Min，He流量0-4L/Min；
采用TIG焊对所述待焊焊缝进行盖面焊，形成正面焊缝余高。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TIG焊采用直流正接的方式，和/或采用高纯氦气作为保护气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盖面焊采用脉冲变极性氩弧焊接工艺。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据实时监控所述熔池区正反面的形态来对所述打底焊和/或盖面焊过程焊接参数实施精调。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，通过设置包含熔池正面摄像头、熔池背面摄像头的焊接视像在线监测装置对所述熔池区正、反面的形态进行实时监测，其中所述熔池正面摄像头和熔池背面摄像头分别设置在待焊焊缝的上方以及悬空槽下方，熔池正面摄像头、熔池背面摄像头的摄像头均对着焊缝方向。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焊接视像在线监测装置进一步包括：滤光片、视频采集卡、传输光纤、存储/显示设备。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据焊缝接头空间尺寸位置的不同，所述摄像头的安装模式分为多路切换跟踪式、单路摇柄跟踪式两类。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述打底焊和盖面焊均采用了高焊接速度。
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| CN104625350A (zh) | 2015-05-20 |
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