CN104722895A - 一种适应于中厚度铝合金的tig焊接方法 - Google Patents

一种适应于中厚度铝合金的tig焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种中厚度铝合金TIG焊接方法，在不开坡口情况下，达到了单面焊接双面成型的效果，可以极大的提高接头力学性能与焊接效率。该铝合金TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，包括：在待焊工件的正面采用外压块压住待焊工件，在待焊工件的背面利用带有焊漏槽的焊接垫板撑紧工件，使得两个待焊工件的待焊焊缝正对所述焊漏槽中心；将打底焊和盖面焊分为两个步骤，其中，采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊，使待焊焊缝背面形成焊漏直接成型；采用脉冲变极性TIG焊对焊缝进行盖面焊。

Description

一种适应于中厚度铝合金的TIG焊接方法
技术领域
本发明涉及铝合金焊接技术，特别涉及一种适应于中厚度铝合金的TIG焊接方法。
技术背景
铝合金焊接过程中，焊接缺陷对焊缝的影响是巨大的，比如未焊透、未熔合等缺陷都将直接导致焊缝接头强度大幅降低。
由于铝合金的特殊性，如其在焊接过程中生成的致密Al2O3薄膜会阻止基本金属的熔合，造成焊缝金属夹渣；氧化物容易吸取水分，在焊接时形成气孔，导致气孔倾向性大；铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大2倍，会产生较大的焊接变形和内应力，对刚性较大的结构，工艺不当，会产生裂纹；液态铝可溶解大量的氢，因此溶化的焊缝金属经快速冷却与凝固时，如果氢来不及析出，则易在焊缝中聚集成气孔；对应力集中十分敏感。
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。
开坡口后TIG氩弧焊接，在需要较大焊速情况下，需明显增大焊接电流，增大热输入，从而造成焊接收缩变形和残余应力，而且在中厚板焊接时，焊缝形状系数较大，焊缝宽而浅，不利于最后的表层盖面焊接。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种中厚度铝合金TIG焊接方法，在不开坡口情况下，达到了单面焊接双面成型的效果，可以极大的提高焊接效率。
本发明实施例提供的一种中厚度铝合金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：
在待焊工件的正面采用外压块压住待焊工件，在待焊工件的背面利用带有焊漏槽的焊接垫板撑紧工件，使得两个待焊工件的待焊焊缝正对所述焊漏槽中心；
将打底焊和盖面焊分为两个步骤，其中，
采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊，使待焊焊缝背面形成焊漏直接成型；
采用脉冲变极性TIG焊对焊缝进行盖面焊。
利用本发明实施例提供的适应于中厚度铝合金的TIG焊接方法，通过在焊接垫板上、焊缝的正下方设置焊漏槽；同时通过能量密度高，穿透率强，焊接熔深大的TIG打底焊快速在焊缝背面形成焊漏直接背部成型，再通过一次盖面焊完成整个焊接过程，使得在不开坡口情况下，达到单面焊接双面成型的效果，减小了填充金属，可有效控制焊接变形，极大地提高焊接效率。还需要特别强调的是，相比现有技术中，一次焊接两层(打底层和盖面层)的方式相比，将打底层和盖面层分两次实现，对铝合金的性能影响更小。
附图说明
图1是本发明实施例中一种适应于中厚度铝合金的TIG焊接方法流程示意图。
图2是本发明实施例中适应于中厚度铝合金的TIG焊接位置示意图。
图3是本发明另一实施例中一种适应于中厚度铝合金TIG焊接方法流程示意图。
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。
本发明实施例提供了一种适应于中厚度铝合金的TIG焊接方法，该方法可以应用于厚度在6-15mm的铝合金材料上，焊前工件不需要开坡口，即可达到了单面焊接双面成型的效果，可以极大的提高焊接效率。图1是本发明实施例中一种适应于中厚度铝合金TIG焊接方法的流程示意图。如图1所示，该TIG焊接方法包括如下步骤：
步骤101：在焊前装配阶段，在待焊工件的背面采用有焊漏槽的焊接垫板内撑待焊工件，在待焊工件的正面采用压板将待焊工件压住，使得待焊工件的待焊焊缝正对所述焊漏槽中心。
图2所示为本发明一实施例所提供的TIG焊接位置示意图。图2清晰地示出了焊接装配前正背面的位置结构。如图2所示，在待焊工件1的背面加焊接垫板4，在焊接垫板4中设置有一焊漏槽5，背面撑紧后需使焊漏槽5的中心正对对待焊工件1的待焊焊缝。同时，在待焊工件1的正面用外压块3压住焊缝两侧。然后利用焊枪2通过后续步骤即可通过背部垫板上的焊漏槽5形成焊漏，强制焊接成型。在本发明一实施例中，还可以通过调整焊接垫板4的高度以消除错边。在本发明一实施例中，采用外压块3压住以焊缝为中心两侧各20-30mm范围即可。
采用这种内撑外压的方式，可以强制焊缝成型，降低焊接变形。
发明人经过大量的实验发现焊漏槽尺寸对焊接成型有重要的影响。焊漏槽尺寸太小，则会造成焊缝背部成型不良，导致焊缝性能下降；若焊漏槽尺寸太大，又会造成焊接过程中焊缝容易塌陷或未焊透，焊缝参数变化裕度范围小，不利于控制焊接参数，造成焊缝成型及性能易出现异常点。所以既要获得良好的焊缝成型，又要有裕度范围大的焊接参数调整空间，焊漏槽的尺寸选择较为重要。在一实施例中，一般采取宽15-25mm，深度为0.8-3mm的焊漏槽，特别是深度为1.5mm-3mm的焊漏槽。
步骤102：采用TIG焊对待焊焊缝进行打底焊；使待焊焊缝背面形成焊漏直接成型，正面形成一定深度的小凹槽。
在本发明一实施例中，打底时应保证焊缝形成一定宽度和高度的焊漏，适当增加焊漏高度有利排除焊漏表面的气孔等缺陷。
在本发明一实施例中，可以利用氦弧TIG对待焊焊缝进行打底焊。
在相同电流和弧长情况下，氦弧电压对氩弧电压要高，具有较高的热功率，对焊件有较大的热输入，相同条件下，采取氦弧可获得焊缝更大的熔深，提高生产效率；同时，氦弧由于其热输入较大，焊缝从液态凝固到固态的时间长一些，提供了液态焊缝中气体溢出更长的时间，所以减少了焊缝中气孔的存在，提高焊缝性能。因此采用氦弧TIG焊打底焊，可以改善了接头形状系数，降低了接头残余应力和焊接收缩变形，具体而言：
(1)线能量密度高，穿透率强，焊接熔深大，中厚度板可不开坡口一次焊透，减小了焊接收缩变形。
(2)氦弧有效功率大，在保持较大焊接速度的同时，显著减小了焊接电流，减少焊缝的热输入，减少焊接残余应力。
(3)对中厚板焊后的焊缝形状系数值小(焊缝深而窄，熔宽小)，减少盖面焊接的难度。
根据可以根据不同的需要加入不同的气体，如以He气为主、Ar气为辅。通常，氦氩气体流量配比一般为(7-16):(1-4)。也可以采取其他具有类似功能的单一气体作为保护气。
当然，本领域技术人员可以根据实际需要，在打底焊的过程中添加或不添加焊丝。
具体而言，以单纯的氦弧打底，并采用较大电流时，不加丝。当采用不加丝的氦弧打底焊时，应尽可能的采用低电弧、并且保证快速度焊接，在此过程中可以适当的加大氦气流量。
打底焊速度控制在10-18m/h的速度上可以获得成形良好焊缝。
步骤103：采用脉冲变极性TIG焊对焊缝进行盖面焊。
采用脉冲变极性TIG焊进行盖面焊，变极性可有效去除工件表面氧化膜，避免焊缝夹杂；同时加大脉冲时间，可对熔池形成搅拌作用，利于熔池中气孔的溢出。
盖面的原则是采用柔软的电弧而尽量减小熔深，因此在盖面焊时，不需要较大熔深，只要将焊缝盖满并获得一定的焊缝余高即可。因此，一方面可以在氦气中加入大量的氩气，即保护气以Ar气为主，He气为辅，氩氦气体流量配比一般为(6-15):(1-3)；另一方面在盖面焊时需加入焊丝，保证焊缝要有一定的正面高度(高于母材)，同时焊后盖面宽度大于打底焊缝宽度。
在本发明一实施例中，焊接的作用通常是将两个待焊工件进行连接，因此在工件连接前，还可以包括：将两个待焊工件的待焊对接端面进行对合，形成待焊焊缝。其中，在将两个待焊工件的待焊对接端面进行对合之前，还可以进一步包括：对两个待焊端面进行清理打磨刮削处理，具体可以是，用汽油酒精分别擦拭两个待焊对接端面及以待焊端面为中心一定区域范围；还可以分别打磨清理以两个待焊端面为中心的一定区域范围；同时分别对待焊端面进行刮削处理去除氧化膜。
在本发明一实施例中，在TIG打底焊前还可以包括：将待焊工件定位焊，防止焊接过程中工件变形。比如，可以用小电流对待焊工件进行定位焊；保护气以He气为主，Ar气为辅。
图3所示为本发明另一实施例所提供的一种铝合金TIG焊接方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括：
步骤301：清理打磨刮削待焊工件的焊接端面。比如，用汽油酒精分别擦拭两个待焊对接端面及以待焊端面为中心40mm的范围；还可以分别打磨清理以两个待焊端面为中心20-30mm的范围；同时分别对待焊端面进行刮削处理去除氧化膜。
步骤302：将两个待焊工件的焊接端面对合，形成焊缝。在进行工件对合时需要注意调整接头部位的错边及间隙≤0.5mm。当然，利用本发明实施例的TIG焊接工艺，错边在0-2mm，间隙在0-2mm范围内都可以接受。
步骤303：正面采用压板将待焊工件压住以焊缝为中心两侧各20-30mm范围，反面采用有焊漏槽的焊接垫板内撑待焊工件，调整焊接垫板的撑出量以消除错边，背面撑紧后需使焊漏槽中心正对焊缝。
步骤304：利用小电流对待焊工件进行定位焊，防止焊接过程中工件变形。
由于定位焊的主要作用时控制焊缝在焊接过程中的变形，对焊缝熔深的要求不高，目的只要将两侧的工件固定住即可，所以可以焊接较小的焊接参数。在一实施例中，可以采取150-200A的焊接电流，10-20V焊接电压，焊速为20-30m/h。
在一实施例中，小电流定位焊时可采取以He气为主，Ar气为辅的保护气。
步骤305：采用较大电流进行不加丝的氦弧TIG打底焊；低电弧、快速度(打底焊接速度控制在10-18m/h)，并适当的加大氦气流量速度。打底时保证焊缝焊漏有一定宽度和高度的。
步骤306：采用脉冲变极性TIG焊进行盖面焊。保护气以Ar气为主，He气为辅，盖面焊时加入焊丝，并使焊缝高于母材，同时焊后盖面宽度大于打底焊缝宽度。
在本发明实施例的工艺应用在2219铝合金实现近无缺陷焊接，极大程度提升焊接效率。
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 (10)

1.一种中厚度铝合金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：
在待焊工件的正面采用外压块压住待焊工件，在待焊工件的背面利用带有焊漏槽的焊接垫板撑紧工件，使得两个待焊工件的待焊焊缝正对所述焊漏槽中心；
将打底焊和盖面焊分为两个步骤，其中，
采用TIG焊对所述待焊焊缝进行打底焊，使待焊焊缝背面形成焊漏直接成型；
采用脉冲变极性TIG焊对焊缝进行盖面焊。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用TIG焊对待焊工件进行打底焊之前，进一步包括：
利用小电流对待焊工件进行定位焊。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊漏槽的宽为15-25mm，深度为0.8-3mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊漏槽深度为1.5mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于打底焊的TIG焊为不加丝氦弧TIG焊，打底焊速度为10-18m/h；或
所述用于打底焊的TIG焊为以氦弧为主、氩气为辅的TIG焊。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氦氩气体流量配比一般为(7-16):(1-4)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲变极性TIG焊为以Ar气为主，He气为辅的TIG焊接；或加丝盖面焊。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氩氦气体流量配比一般为(6-15):(1-3)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
调整所述焊接垫板的高度以消除错边。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
对工件焊接端面进行清理打磨刮削处理。
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