CN106825871A - 一种铝合金的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金的焊接工艺，属于金属焊接技术领域。所述铝合金的焊接工艺包括如下步骤：(1)将铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中进行超声波清洗，然后烘干处理；(2)将被焊接铝合金板材的将焊接区域加热至150‑200℃；(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至750‑830℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材焊接；(4)冷却后将铝合金板材焊接处在300‑450℃中固溶，并采用超声波对铝合金板材作除气处理；(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入冷水中冷却至室温；(6)清理、除尽焊粉或熔渣。本发明能够有效的解决气孔的问题，且不易出现未熔合、未焊透以及裂纹的现象。

Description

一种铝合金的焊接工艺
技术领域
本发明属于金属焊接技术领域，具体涉及一种铝合金的焊接工艺。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
铝合金由于有其独特的物理性能，因此在焊接过程中会带来一系列的困难。如铝合金在焊接前如果没有清洁表面的油污或其他杂质，将有可能会产生焊接缺陷，强度下降，使用寿命变短。铝合金从固态变成液态时无明显的色泽变化，因此在焊接过程中给操作者带来不少困难，容易出现未焊透的缺陷。另一方面，铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温下溶入大量氢气，在焊接后冷却凝固过程中来不及逸出而凝集在焊缝中而形成气孔，影响铝合金焊接产品的质量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术问题的缺点，提供一种铝合金的焊接工艺，该焊接工艺能够有效的解决气孔的问题，且不易出现未熔合、未焊透以及裂纹的现象。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，在温度为25-55℃时进行超声波清洗，然后进行烘干处理；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至150-200℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至750-830℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金2-10％、热致变色化合物3-10％、锂0.5-3.5％、镁0.5-1.2％、铜0.03-0.09％以及余量的铝；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热1-3h，加热温度为450-620℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在300-450℃中固溶60-100min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入10-25℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
进一步的，所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金5-8％、热致变色化合物4-9％、锂1.5-2.5％、镁0.7-1.1％、铜0.04-0.08％以及余量的铝。
进一步的，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌10-20份、氟化锂10-20份、碳酸铵10-15份和四氯化碳5-10份。
进一步的，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10-15份、乙二醇丁酯5-12份、硼酸5-10份、磷酸三钠8-15份和去离子水50-80份。
进一步的，所述热致变色化合物为三芳甲烷类化合物、酚类化合物或磺酸类化合物中的一种或两种以上。
进一步的，所述步骤(3)中，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为180～350A，焊接电压为20～27V，氩气流量为8～13L/min，焊接速度为15-22cm/min。
进一步的，所述步骤(1)中超声波清洗时间为2-6min，频率为20-26kHz，所述步骤(4)中超声波除气时间为3-8min，频率为25-30kHz。
进一步的，所述步骤(1)中烘干处理是在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为90-150℃，时间为20-35min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的铝合金专用焊丝，原料配方以接近母料的铝为主，并辅助加入锂、镁、铜等元素增强铝合金的抗拉强度；本发明的铝合金专用焊丝还加入了具有吸氢作用的镁镍合金，能够在焊接的过程中及时的将氢气吸收，减少气孔的产生；由于铝合金从固态变成液态时无明显的色泽变化，本发明的铝合金专用焊丝入具有热致变色化合物，在焊接时随着温度升高，能够使熔化的铝合金专用焊丝变色，便于操作者观察熔池焊接区域，降低出现虚焊的现象，且冷却后所述热致变色化合物能够恢复原来的颜色，不会影响铝合金焊接的美观和质量。
本发明的铝合金的焊接工艺方法简单，易于操作，适合于工业化的推广和使用。被焊接铝合金板材表面的焊接区域在超声波中用清洗液清洗，所述清洗剂的各组分相互配合，可以轻松的把焊接区域表面的脏污清洗干净，使合金表面保持光洁，结合更紧密，不仅清洗效率提高，而且不会引入杂质离子，减少了清洗成本与污染。其中，丙酮是一种很好的有机溶剂，既具有脂溶性，也具有水溶性，脂溶性会洗掉杂质，水溶性会使水溶性的杂质洗去，而且有机溶剂中丙酮的沸点比较低，容易挥发掉；乙二醇丁酯作为水基金属清洗剂中常用的助洗剂，起到螯合、缓蚀、消泡、增溶、稳定清洗剂等作用；硼酸可防止铝合金焊接的表面被氧化；磷酸三钠作为清洗液中铝合金的缓蚀剂，与硬水中的钙、镁盐反应，成为不熔性的磷酸钙和磷酸镁盐。
对铝合金焊接区域进行预热，不但可以减少焊接区域表面上的水分，同时也可以降低熔池的冷却速度，改善气体溢出条件，减少焊缝的含氢量，防止裂纹产生。在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，再对铝合金板材进行焊接，能够降低铝合金焊接时的含气量，促成焊缝处晶粒细化。碳酸铵在高温下分解，同铝合金液体中的氢及氧反应，以二氧化碳、二氧化氮、水蒸汽、氨气及少量甲烷等气体逸出，并因为有水蒸汽的产生，会提高熔融铝合金液体的搅动程度，提高气体的逸出。所述脱水氯化锌能够溶解铝合金表面的金属氧化物，焊接时不会损伤铝合金表面，并与所述四氯化碳一起吸收周围的水蒸汽，氟化锂作为铝合金焊接的助熔剂，能够显著降低铝合金焊接时的熔融温度，并使铝合金焊缝表面的颗粒物质和气孔率减少。在固溶的同时，采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，能够使熔池内的大量气体有效地去除，使除气效果大幅度提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细介绍。
实施例1
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10份、乙二醇丁酯5份、硼酸5份、磷酸三钠8份和去离子水50份；在温度为25℃时进行超声波清洗，超声波清洗时间为2min，频率为20kHz，然后在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为90℃，时间为20min；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至150℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至750℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌10份、氟化锂10份、碳酸铵10份和四氯化碳5份；再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为180A，焊接电压为20V，氩气流量为8L/min，焊接速度为15cm/min；所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金2％、三芳甲烷类化合物3％、锂0.5％、镁0.5％、铜0.03％以及铝93.97％；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热1h，加热温度为450℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在300℃中固溶60min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，超声波除气时间为3min，频率为25kHz；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入10℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
实施例2
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮15份、乙二醇丁酯12份、硼酸10份、磷酸三钠15份和去离子水80份；在温度为55℃时进行超声波清洗，超声波清洗时间为6min，频率为26kHz，然后在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为150℃，时间为35min；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至200℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至830℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌20份、氟化锂20份、碳酸铵15份和四氯化碳10份；再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为350A，焊接电压为27V，氩气流量为13L/min，焊接速度为22cm/min；所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金10％、酚类化合物10％、锂3.5％、镁1.2％、铜0.09％以及铝75.21％；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热3h，加热温度为620℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在450℃中固溶100min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，超声波除气时间为8min，频率为30kHz；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入25℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
实施例3
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10份、乙二醇丁酯5份、硼酸5份、磷酸三钠8份和去离子水50份；在温度为25℃时进行超声波清洗，超声波清洗时间为2min，频率为20kHz，然后在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为90℃，时间为20min；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至150℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至750℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌10份、氟化锂10份、碳酸铵10份和四氯化碳5份；再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为180A，焊接电压为20V，氩气流量为8L/min，焊接速度为15cm/min；所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金5％、磺酸类化合物4％、锂1.5％、镁0.7％、铜0.04％以及铝88.76％；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热1h，加热温度为450℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在300℃中固溶60min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，超声波除气时间为3min，频率为25kHz；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入10℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
实施例4
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮15份、乙二醇丁酯12份、硼酸10份、磷酸三钠15份和去离子水80份；在温度为55℃时进行超声波清洗，超声波清洗时间为6min，频率为26kHz，然后在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为150℃，时间为35min；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至200℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至830℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌20份、氟化锂20份、碳酸铵15份和四氯化碳10份；再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为350A，焊接电压为27V，氩气流量为13L/min，焊接速度为22cm/min；所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金8％、三芳甲烷类化合物5％、酚类化合物4％、锂2.5％、镁1.1％、铜0.08％以及铝78.92％；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热3h，加热温度为620℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在450℃中固溶100min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，超声波除气时间为8min，频率为30kHz；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入25℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
实施例5
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮11份、乙二醇丁酯6份、硼酸6份、磷酸三钠9份和去离子水60份；在温度为35℃时进行超声波清洗，超声波清洗时间为3min，频率为22kHz，然后在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为100℃，时间为25min；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至160℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至760℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌11份、氟化锂12份、碳酸铵11份和四氯化碳6份；再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为190A，焊接电压为21V，氩气流量为9L/min，焊接速度为16cm/min；所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金4％、酚类化合物2.5％、磺酸类化合物2.5％、锂2％、镁0.6％、铜0.04％以及铝88.36％；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热1.5h，加热温度为500℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在320℃中固溶70min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，超声波除气时间为4min，频率为26kHz；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入15℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
实施例6
一种铝合金的焊接工艺，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮13份、乙二醇丁酯11份、硼酸9份、磷酸三钠13份和去离子水70份；在温度为45℃时进行超声波清洗，超声波清洗时间为5min，频率为25kHz，然后在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为140℃，时间为30min；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热3h，加热温度为620℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至180℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至800℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌19份、氟化锂17份、碳酸铵14份和四氯化碳9份；再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为320A，焊接电压为25V，氩气流量为12L/min，焊接速度为20cm/min；所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金9％、三芳甲烷类化合物4％、磺酸类化合物4％、锂3％、镁1％、铜0.07％以及铝78.93％；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在440℃中固溶90min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理，超声波除气时间为7min，频率为29kHz；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入23℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
申请人还对本发明的铝合金的焊接工艺所得的焊缝进行检测，检测数据如下：
实验组1-6为采用本发明的铝合金的焊接工艺，对照组采用常规的铝合金的焊接工艺。
随机选取厚度相等的铝合金焊接，焊接结束后进行缺陷检测，实验组和对照组的焊缝长度为500mm,焊缝中的气孔个数如下表1所示：
表1
由上表1可以看出，采用本发明的铝合金的焊接工艺焊接的效果优于常规的铝合金的焊接工艺，焊缝出现气孔少，无未熔合、未焊透的现象，且无裂纹，满足铝合金产品对焊缝的要求。而采用常规的铝合金的焊接工艺获得的焊缝中气孔个数为40个，最大气孔直径为1.2mm，并且出现了未熔合、未焊透以及裂纹的现象。说明采用本发明的铝合金的焊接工艺进行焊接，能够有效的解决气孔的问题，不易出现未熔合、未焊透以及裂纹的现象。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将被焊接铝合金板材表面的焊接区域放入清洗液中，在温度为25-55℃时进行超声波清洗，然后进行烘干处理；
(2)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至150-200℃进行预热处理；
(3)将被焊接铝合金板材的焊接区域加热至750-830℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材进行焊接，所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金2-10％、热致变色化合物3-10％、锂0.5-3.5％、镁0.5-1.2％、铜0.03-0.09％以及余量的铝；所述铝合金专用焊丝的制作方法为将上述原料进行配料，将所述镁镍合金、锂、镁、铜以及余量的铝混合熔炼后，浇注成毛坯棒，将所述毛坯棒加热1-3h，加热温度为450-620℃，再将该毛坯棒挤压成丝，经修磨、冷拉、氢退处理后得到初级铝合金专用焊丝，将所述热致变色化合物均匀喷涂在所述初级铝合金专用焊丝的表面上，即得所述铝合金专用焊丝；
(4)冷却后将铝合金板材焊接处在300-450℃中固溶60-100min，并采用超声波对铝合金板材作进一步除气处理；
(5)将固溶后的铝合金板材焊接处转入10-25℃冷水中冷却至室温；
(6)清理、除尽焊粉或熔渣。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述铝合金专用焊丝主要由如下质量百分比的原料制得：镁镍合金5-8％、热致变色化合物4-9％、锂1.5-2.5％、镁0.7-1.1％、铜0.04-0.08％以及余量的铝。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述除气剂主要由如下重量份的原料制得：脱水氯化锌10-20份、氟化锂10-20份、碳酸铵10-15份和四氯化碳5-10份。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10-15份、乙二醇丁酯5-12份、硼酸5-10份、磷酸三钠8-15份和去离子水50-80份。
5.根据权利要求1或2所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述热致变色化合物为三芳甲烷类化合物、酚类化合物或磺酸类化合物中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，焊接采用熔化极氩弧焊，焊接电流为180～350A，焊接电压为20～27V，氩气流量为8～13L/min，焊接速度为15-22cm/min。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述步骤(1)中超声波清洗时间为2-6min，频率为20-26kHz；所述步骤(4)中超声波除气时间为3-8min，频率为25-30kHz。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金的焊接工艺，其特征在于，所述步骤(1)中烘干处理是在真空干燥箱中进行烘干，烘干温度控制为90-150℃，时间为20-35min。
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