CN106312317B - 中等厚度铝镁合金焊接方法 - Google Patents

中等厚度铝镁合金焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中等厚度铝镁合金焊接方法，包括以下步骤：将待焊产品的焊接区域采用机械加工开Y型坡口，之后对待焊产品的Y型坡口处进行化学清理；将待焊产品装配固定；采用激光焊对待焊产品的焊缝进行打底焊；对上述获得的激光打底焊缝进行机械打磨至露出金属光泽；采用CMT焊接方法对打磨后的激光打底焊缝上方的Y型坡口的坡面进行盖面焊，形成正面焊缝余高。本发明方法充分利用激光接打底，保证钝边焊透；再利用CMT焊对上部坡口处进行盖面，形成正面余高，有效的解决了中等厚度铝镁合金焊接气孔及未焊透问题，同时由于超低的热输入减小了焊接变形，提高了焊接结构的成型精度，该方法焊接过程稳定，焊缝质量可控，综合生产效率提高。

Description

中等厚度铝镁合金焊接方法
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，具体涉及一种中等厚度铝镁合金焊接方法。
背景技术
铝镁合金是以金属镁为主要合金元素的非热处理强化防锈铝合金，具有材料密度低、强度高、热电导率高、耐腐蚀能力强，兼顾良好的物理特性和力学性能，因而广泛应用于工业产品特别是航空航天产品的焊接结构上。
虽然铝镁合金作为结构材料具有诸多优势，但其特殊的物理性质增加了焊接难度。铝镁合金焊接过程中容易产生的缺陷如下：
（1）气孔 气孔是铝镁合金焊接时最容易出现的焊接缺陷，其形成原因主要是氢在熔体凝固过程中溶解度的剧烈下降，以及一些合金元素蒸汽来不及逸出导致的。气孔的存在降低了致密性和耐蚀性，同时减小了焊缝受力时有效承载面积，易形成应力集中，从而降低焊缝的力学性能，对焊缝危害较大。
（2）热裂纹 热裂纹是铝合金焊接时易出现的焊接缺陷，其产生是由于铝及铝合金线膨胀系数大，熔池金属冷却速度较快，易产生较大的焊接应力，使铝合金具有较大的裂纹倾向。
（3）接头软化 热处理强化的铝合金以及焊前经过冷作硬化的非热处理强化铝合金，焊接后热影响区的力学性能，特别是强度和硬度相比于原来的母材会有不同程度的降低，及焊缝附近出现软化。
（4）焊接变形 焊接变形是焊接区在热源作用下受热膨胀，但是受到周围较冷区域的约束不能自由膨胀，因此在工件中产生压应力。而在冷却时高温区因温度降低而收缩，但是受到周围较冷区域的限制不能自由收缩，这样在工件中产生拉应力，最终导致工件中存在较大应力而变形。
常用的焊接方法TIG、MIG焊能够获得优质焊接接头，但其生产效率低，焊接变形大等问题十分突出；近年来，激光焊、电子束及搅拌摩擦焊等先进焊接方法相继投入使用，效果同样不是很理想。激光焊接铝镁合金过程中氢及镁蒸汽形成的气孔以及激光小孔不稳定坍塌而形成的工艺气孔严重超标，并且随着焊接厚度的增加，气孔问题愈加明显；电子束、搅拌摩擦焊受限于焊接产品大小及结构形式，适用性不强。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种中等厚度铝镁合金焊接方法，其能够解决中等厚度镁铝合金焊接过程中产生的气孔、裂纹等缺陷的技术问题，并且能够兼顾焊接变形及生产效率的要求。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种中等厚度铝镁合金焊接方法，包括：
步骤一、将待焊产品的焊接区域采用机械加工开Y型坡口，之后对待焊产品的Y型坡口处进行化学清理；
步骤二、将待焊产品装配固定，使得Y型坡口的坡面朝向工作面，且待焊产品的焊缝间隙＜0.5 mm，阶差≤1mm；
步骤三、采用激光焊对所述待焊产品的焊缝进行打底焊；
步骤四、对步骤三获得的激光打底焊缝进行机械打磨至露出金属光泽；
步骤五、采用CMT焊接方法对打磨后的激光打底焊缝上方的Y型坡口的坡面进行盖面焊，形成正面焊缝余高。
优选的是，所述步骤一中，所述Y型坡口的坡口钝边厚度1~3 mm，坡口角度30°~60°。
优选的是，还包括以下步骤：
所述Y型坡口的化学清理方法为：
1.1、用40℃~70℃的质量分数为5%~10%的NaOH溶液碱洗3min~7min，之后用流动清水冲洗；
1.2、用20℃-60℃的质量分数为30%的HNO3溶液酸洗1min~3min，之后用流动清水冲洗，风干或低温干燥。
优选的是，所述激光焊采用单光束或双光束的激光光束，其中所述激光光束为CO2气体激光光束、Nd：YAG固体激光光束、半导体激光光束或光纤激光光束。
优选的是，所述激光焊的参数为激光功率2~4 kW，焊接速度为0.5~2 m/min。
优选的是，采用气动或电动钢丝刷对所述步骤三获得的激光打底焊缝进行打磨至焊缝露出金属光泽。
优选的是，根据不同的坡口尺寸，CMT焊接工艺规范为送丝速度5~10 m/min，焊接速度0.3~1.2 m/min。
优选的是，所述步骤五中还包括在CMT焊接前对焊丝进行所述化学清理。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明方法针对中等厚度铝镁合金对接接头采用激光打底-CMT盖面的焊接方法，充分利用激光焊热源能量集中，穿透能力强的优点进行打底焊，保证钝边焊透；利用CMT焊接超低热输入的优点，对上部坡口处进行盖面，形成正面余高；本发明方法有效的解决了中等厚度铝镁合金焊接气孔及未焊透问题，同时由于超低的热输入减小了焊接变形，提高了焊接结构的成型精度，该方法焊接过程稳定，焊缝质量可控，综合生产效率提高。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的待焊铝镁合金Y型坡口示意图；
图2为本发明的焊缝成形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1、2所示，本发明提供一种中等厚度铝镁合金焊接方法，包括：
步骤一、将待焊产品100的焊接区域采用机械加工开Y型坡口101，之后对待焊产品的Y型坡口处进行化学清理；
步骤二、将待焊产品装配固定，使得Y型坡口的坡面102朝向工作面，且待焊产品的焊缝103间隙＜0.5 mm，阶差≤1mm；
步骤三、采用激光焊对所述待焊产品的焊缝进行打底焊；
步骤四、对步骤三获得的激光打底焊缝进行机械打磨至露出金属光泽；
步骤五、采用CMT焊接方法对打磨后的激光打底焊缝上方的Y型坡口的坡面进行盖面焊104，形成正面焊缝余高。
一个优选方案中，所述步骤一中，所述Y型坡口的坡口钝边厚度1~3 mm，坡口角度30°~60°。
一个优选方案中，还包括以下步骤：
所述Y型坡口的化学清理方法为：
1.1、用40℃~70℃的质量分数为5%~10%的NaOH溶液碱洗3min~7min，之后用流动清水冲洗；
1.2、用20℃-60℃的质量分数为30%的HNO3溶液酸洗1min~3min，之后用流动清水冲洗，风干或低温干燥。
一个优选方案中，所述激光焊采用单光束或双光束的激光光束，其中所述激光光束为CO2气体激光光束、Nd：YAG固体激光光束、半导体激光光束或光纤激光光束。
一个优选方案中，所述激光焊的参数为激光功率2~4 kW，焊接速度为0.5~2 m/min。
一个优选方案中，采用气孔或电动钢丝刷对所述步骤三获得的激光打底焊缝进行打磨至焊缝露出金属光泽。
一个优选方案中，根据不同的坡口尺寸，CMT焊接工艺规范为送丝速度5~10 m/min，焊接速度0.3~1.2 m/min。
一个优选方案中，所述步骤五中还包括在CMT焊接前对焊丝进行所述化学清理。
本发明方法针对中等厚度铝镁合金对接接头采用激光打底-CMT盖面的焊接方法，充分利用激光焊热源能量集中，穿透能力强的优点进行打底焊，保证钝边焊透；利用CMT焊接超低热输入的优点，对上部坡口处进行盖面，形成正面余高；本发明方法有效的解决了中等厚度铝镁合金焊接气孔及未焊透问题，同时由于超低的热输入减小了焊接变形，提高了焊接结构的成型精度，该方法焊接过程稳定，焊缝质量可控，综合生产效率提高。
实施例1
一、采用机械加工方式将待焊铝镁合金板材开Y型坡口，坡口钝边厚度3mm，坡口角度60°之间，如附图1所示。试板坡口加工完成后进行化学清理，具体方法为：用70℃的10%NaOH溶液碱洗7min，流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗3min，流动清水冲洗，风干或低温干燥；
二、将焊接试板采用焊接压板固定在焊接平台上，保证间隙小于0.5 mm，阶差不大于1mm；
三、可以采用单光斑或双光束的激光光束对所述待焊焊缝进行打底焊。所述激光光束包括CO2气体激光光束、Nd：YAG固体激光光束、半导体激光光束和光纤激光光束。根据不同焊接厚度，选择激光焊参数如下：激光功率3 kW，焊接速度为2m/min；
四、采用气孔或电动钢丝刷对步骤三获得的激光打底焊缝进行打磨，确保焊缝露出金属光泽；
五、采用CMT焊接方法对所述待焊焊缝进行盖面焊，形成正面焊缝余高，如图2所示。根据不同的坡口尺寸，选择CMT焊接工艺规范为送丝速度7m/min，焊接速度0.8m/min。
实施例2
一、采用机械加工方式将待焊铝镁合金板材开Y型坡口，坡口钝边厚度1mm，坡口角度30°之间，如附图1所示。试板坡口加工完成后进行化学清理，具体方法为：用40℃的5%NaOH溶液碱洗3min，流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1 min，流动清水冲洗，风干或低温干燥；
二、将焊接试板采用焊接压板固定在焊接平台上，保证间隙小于0.5 mm，阶差不大于1mm；
三、可以采用单光斑或双光束的激光光束对所述待焊焊缝进行打底焊，所述激光光束包括CO2气体激光光束、Nd：YAG固体激光光束、半导体激光光束和光纤激光光束。根据不同焊接厚度，选择激光焊参数如下：激光功率2kW，焊接速度为0.5m/min；
四、采用气孔或电动钢丝刷对步骤三获得的激光打底焊缝进行打磨，确保焊缝露出金属光泽；
五、采用CMT焊接方法对所述待焊焊缝进行盖面焊，形成正面焊缝余高，如图2所示。根据不同的坡口尺寸，选择CMT焊接工艺规范为送丝速度5m/min，焊接速度0.3m/min。
实施例3
一、采用机械加工方式将待焊铝镁合金板材开Y型坡口，坡口钝边厚度2mm，坡口角度45°之间，如附图1所示。试板坡口加工完成后进行化学清理，具体方法为：用55℃的7%NaOH溶液碱洗5min，流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1min~3min，流动清水冲洗，风干或低温干燥；
二、将焊接试板采用焊接压板固定在焊接平台上，保证间隙小于0.5mm，阶差不大于1mm；
三、可以采用单光斑或双光束的激光光束对所述待焊焊缝进行打底焊。所述激光光束包括CO2气体激光光束、Nd：YAG固体激光光束、半导体激光光束和光纤激光光束。根据不同焊接厚度，选择激光焊参数如下：激光功率3kW，焊接速度为1m/min；
四、采用气动或电动钢丝刷对步骤三获得的激光打底焊缝进行打磨，确保焊缝露出金属光泽；
五、采用CMT焊接方法对所述待焊焊缝进行盖面焊，形成正面焊缝余高，如图2所示。根据不同的坡口尺寸，选择CMT焊接工艺规范为送丝速度10m/min，焊接速度1.2m/min。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，包括：
步骤一、将待焊产品的焊接区域采用机械加工开Y型坡口，之后对待焊产品的Y型
坡口处进行化学清理；
步骤二、将待焊产品装配固定，使得Y型坡口的坡面朝向工作面，且待焊产品的焊缝间隙＜0.5 mm，阶差≤1mm；
步骤三、采用激光焊对所述待焊产品的焊缝进行打底焊；
步骤四、对步骤三获得的激光打底焊缝进行机械打磨至露出金属光泽；
步骤五、采用CMT焊接方法对打磨后的激光打底焊缝上方的Y型坡口的坡面进行盖面焊，形成正面焊缝余高。
2.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，所述步骤一中，所述Y型坡口的坡口钝边厚度1~3 mm，坡口角度30°~60°。
3.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述Y型坡口的化学清理方法为：
1.1、用40℃~70℃的质量分数为5%~10%的NaOH溶液碱洗3min~7min，之后用流动清水冲洗；
1.2、用20℃-60℃的质量分数为30%的HNO3溶液酸洗1min~3min，之后用流动清水冲洗，风干或低温干燥。
4.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，所述激光焊采用单光束或双光束的激光光束，其中所述激光光束为CO2气体激光光束、Nd：YAG固体激光光束、半导体激光光束或光纤激光光束。
5.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，所述激光焊的参数为激光功率2~4 kW，焊接速度为0.5~2 m/min。
6.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，采用气动或电动钢丝刷对所述步骤三获得的激光打底焊缝进行打磨至焊缝露出金属光泽。
7.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，根据不同的坡口尺寸，CMT焊接工艺规范为送丝速度5~10 m/min，焊接速度0.3~1.2 m/min。
8.如权利要求1所述的中等厚度铝镁合金焊接方法，其特征在于，所述步骤五中还包括在CMT焊接前对焊丝进行化学清理。
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