CN108544062B - 一种铝合金薄板的自动焊焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种铝合金薄板的自动焊焊接方法，包括将铝合金薄板等距切割的焊前准备、铝合金薄板对接处坡口的预处理、液压夹紧工装对铝合金薄板的均匀夹持、自动焊焊接方法将夹紧后的铝合金薄板焊接以及小范围火焰调修的焊后整形，解决了现有技术中采用MIG焊对铝合金薄板进行焊接时易产生较大的残余应力，导致焊接结束后母材产生较大变形，通过后续整形虽然可以进行微调但结果仍不理想的问题。

Description

一种铝合金薄板的自动焊焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种铝合金薄板的自动焊焊接方法。
背景技术
随着近年来高速铁路行业的快速发展，轨道车辆用铝合金的焊接成为新的研究热点。铝合金作为高速动车组制造的关键材料，铝合金焊接品质是决定高速列车长期安全运行的基础，对于提高高速列车的运行寿命具有重要意义。作为高速列车车体制造的关键工艺，铝合金的焊接有着非常重要的地位。如何提高铝合金的焊接品质成为铝合金车体制造中的关键。铝合金薄壁焊接结构重量轻、耐腐蚀、加工性能优异、易于连接而在高速列车车体大量应用。由于铝合金的热膨胀系数大、弹性模量小，焊接变形问题相当突出，严重影响结构的制造精度和使用性能。铝合金车体用薄板自身拘束度小，再加上铝合金热膨胀系数较大，传统的热输入量较大的焊接方法容易出现熔池下塌或烧穿，容易产生难以矫正的波浪变形。现阶段，我国高速列车生产厂家大量引进国外先进焊接设备，但对大型铝合金车体薄板的MIG焊接的理论研究较少，缺乏指导生产的相关方面理论，导致焊接产品质量稳定性差。
现有技术中关于铝合金的焊接特性表明其焊接难点在于：(1)极易氧化。在空气中，铝容易同氧化合，生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1～0.2μm)，熔点高(约2050℃)，远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。氧化铝薄膜的表面易吸附水分，焊接时，它阻碍基本金属的熔合，极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷，引起焊缝性能下降。(2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢，由于液态铝可溶解大量的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因此当熔池温度快速冷却与凝固时，氢来不及逸出，容易在焊缝中聚集形成气孔。(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍，易产生较大的焊接变形的内应力，对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。(4)合金元素的蒸发的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等)，在高温电弧作用下，极易蒸发烧损，从而改变焊缝金属的化学成分，使焊缝性能下降。
当前，采用MIG焊对铝合金薄板进行焊接时易产生较大的残余应力，导致焊接结束后母材产生较大变形，通过后续整形虽然可以进行微调但结果仍不理想，现有技术中采用搅拌摩擦焊可以满足生产要求，但却大大的增加了生产成本。因此，如何采用MIG焊生产出合格的铝合金薄板是当前领域的一大难题。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中采用MIG焊对铝合金薄板进行焊接时易产生较大的残余应力，导致焊接结束后母材产生较大变形，通过后续整形虽然可以进行微调但结果仍不理想的问题，提供一种铝合金薄板的自动焊焊接方法。
为达到上述目的，本发明提供一种铝合金薄板的自动焊焊接方法，包括如下步骤：
A、焊前准备：将铝合金薄板型材通过挤压模具一体挤压成型，将一体挤压成型后的铝合金薄板型材等距切割，其中铝合金薄板型材的宽度为250mm，厚度为5mm，长度为3.5m；
B、预处理：将铝合金薄板对接处的坡口形式设计为正面留有3mm深的Y型坡口，坡口倾斜角度为30°，坡口附近20～30mm的范围内用丙酮或乙醇清洗铝合金薄板表面油污；
C、装配组对：利用液压夹紧工装将铝合金薄板两侧压紧并施加侧顶力，保证铝合金薄板焊缝间隙≤0.8mm，焊缝两侧铝合金薄板的错边量≤0.5mm，将铝合金薄板外侧每300～350mm位置处设置一个液压夹紧工装，保证相邻两个液压夹紧工装的受力位置不在一条竖直线上，保证铝合金薄板各点均受力，且受力均匀；
D、焊接：通过自动焊焊接方法将夹紧后的铝合金薄板焊接在一起，自动焊焊接操作中，焊接机选用IGM自动焊机，焊接电流为190～200A，焊接电压为18～19V，焊接速度为100～110cm/min，焊接时采用分步退焊法进行焊接，其中第一道次为前端的0～1m位置，第二道次为后端的0～1m位置，最后一道为中间位置；
E、焊后整形：焊接结束后头尾各切掉0.25m，释放焊接残余应力，减小焊接变形；同时进行小范围火焰调修，减小焊接残余应力。
进一步，步骤B中将坡口两侧的铝合金薄板表面去除油污后，采用机械式铝合金专用打磨工具去除坡口两侧铝合金薄板表面的氧化膜，打磨后用丙酮或乙醇再次清洗铝合金薄板表面的残余废屑。
进一步，步骤C中液压夹紧工装为液压式压臂。
进一步，步骤C中铝合金薄板两侧的液压夹紧工装均匀相错排列。
进一步，步骤D中焊接时环境温度不低于20℃，湿度不大于60％。
进一步，步骤D中焊接电流为195A，焊接电压为18.5V，焊接速度为110cm/min。
本发明的有益效果在于：
1、本发明铝合金薄板的自动焊焊接方法，将铝合金薄板等距切割为宽度250mm，厚度5mm，长度3.5m的薄板单元，待焊接的铝合金薄板上开Y型坡口，使得铝合金薄板在保证焊缝强度达标的基础上，能够尽量减小焊接的热输入。利用液压夹紧工装将铝合金薄板两侧压紧并施加侧顶力，液压夹紧工装均匀相错排列，能够使得被液压夹紧工装夹紧的铝合金薄板各点均匀受力，防止了铝合金薄板焊接时产生较大的残余应力，导致焊接结束后母材产生较大变形，后续整形微调效果不理想，同时提高了铝合金薄板的焊接效果，提高了铝合金薄板的焊接合格率。
2、本发明铝合金薄板的自动焊焊接方法，采取了单道焊焊接，故而没有层间温度，不需要对层间温度进行控制，也不需要清除层间焊接气孔，故而不需要进行预热，从而减少了焊接层数，降低了焊接缺陷，提高了生产效率。本发明将焊前处理和焊中能量控制及焊后整形制成一体，大幅降低薄板铝合金焊接接头气孔焊接热裂纹数量，而且焊缝成形良好、焊接变形量小、焊接接头强度高，从而有效提升高速列车用铝合金薄板的MIG焊接品质，保证焊接质量稳定性。
3、本发明铝合金薄板的自动焊焊接方法，解决了MIG自动焊机无法生产出合格的铝合金薄板的难题，在保证焊缝强度的条件下大大减小了焊接变形，将平面度控制在±5mm以内；同时节约了生产成本，并且大大提高了生产效率，解决了该领域内的技术难题。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明铝合金薄板断面结构示意图；
图2为本发明铝合金薄板焊接坡口结构示意图；
图3为本发明液压夹紧工装的安装结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种铝合金薄板的自动焊焊接方法，包括如下步骤：
A、焊前准备：将铝合金薄板型材通过挤压模具一体挤压成型，铝合金薄板的断面结构如图1所示，将一体挤压成型后的铝合金薄板型材等距切割，其中铝合金薄板型材的宽度为250mm，厚度为5mm，长度为3.5m；
B、预处理：将铝合金薄板对接处的坡口形式设计为正面留有3mm深的Y型坡口，铝合金薄板焊接坡口的断面结构如图2所示，坡口倾斜角度为30°，这样在保证焊缝强度达标的基础上，尽量减小焊接的热输入，坡口附近20～30mm的范围内用丙酮或乙醇清洗铝合金薄板表面油污；
C、表面处理：采用机械式铝合金专用打磨工具去除坡口两侧铝合金薄板表面的氧化膜，打磨后用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗铝合金薄板表面的残余废屑；
D、装配组对：铝合金薄板液压夹紧工装的安装结构如图3所示，利用压臂式液压夹紧工装将铝合金薄板两侧压紧并施加侧顶力，保证铝合金薄板焊缝间隙≤0.8mm，焊缝两侧铝合金薄板的错边量≤0.5mm，将铝合金薄板外侧每300mm位置处设置一个液压夹紧工装，保证相邻两个液压夹紧工装的受力位置不在一条竖直线上，保证铝合金薄板各点均受力，且受力均匀；
E、焊接：通过自动焊焊接方法将夹紧后的铝合金薄板焊接在一起，自动焊焊接操作中，焊接机选用奥地利进口IGM自动焊机，焊接电流为190A，焊接电压为18V，焊接速度为100cm/min，其中焊接电流和焊接电压在焊缝填满的基础上可以小范围调整，但焊接速度不建议调整，焊接时采用分布退焊法进行焊接，其中第一道次为前端的0～1m位置，第二道次为后端的0～1m位置，最后一道为中间位置；
F、焊后整形：焊接结束后头尾各切掉0.25m，释放焊接残余应力，减小焊接变形；同时进行小范围火焰调修，减小焊接残余应力。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤D中铝合金薄板外侧每350mm位置处设置一个液压夹紧工装。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤E中焊接电流为195A，焊接电压为18.5V，焊接速度为110cm/min。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，步骤E中焊接电流为200A，焊接电压为19V，焊接速度为110cm/min。
通过对实施例1～4进行拉伸试验测试发现，接头拉伸试样的破坏位置断裂在铝合金母材，接头未发生明显软化现象。铝合金薄板焊后的平面度在±5mm，符合生产要求。铝合金薄板的焊缝强度也能满足预定的要求，整个自动焊焊接方法，实现了采用MIG焊生产合格的铝合金薄板，节约了生产成本，同时提高了生产效率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种铝合金薄板的自动焊焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、焊前准备：将铝合金薄板型材通过挤压模具一体挤压成型，将一体挤压成型后的铝合金薄板型材等距切割，其中铝合金薄板型材的宽度为250mm，厚度为5mm，长度为3.5m；
B、预处理：将铝合金薄板对接处的坡口形式设计为正面留有3mm深的Y型坡口，坡口倾斜角度为30°，坡口附近20～30mm的范围内用丙酮或乙醇清洗铝合金薄板表面油污；
C、装配组对：利用液压夹紧工装将铝合金薄板两侧压紧并施加侧顶力，保证铝合金薄板焊缝间隙≤0.8mm，焊缝两侧铝合金薄板的错边量≤0.5mm，将铝合金薄板外侧每300～350mm位置处设置一个液压夹紧工装，保证相邻两个液压夹紧工装的受力位置不在一条竖直线上，保证铝合金薄板各点均受力，且受力均匀；
D、焊接：通过自动焊焊接方法将夹紧后的铝合金薄板焊接在一起，自动焊焊接操作中，焊接机选用IGM自动焊机，焊接电流为190～200A，焊接电压为18～19V，焊接速度为100～110cm/min，焊接时采用分步退焊法进行焊接，其中第一道次为前端的0～1m位置，第二道次为后端的0～1m位置，最后一道为中间位置；
E、焊后整形：焊接结束后头尾各切掉0.25m，释放焊接残余应力，减小焊接变形；同时进行小范围火焰调修，减小焊接残余应力。
2.如权利要求1所述铝合金薄板的自动焊焊接方法，其特征在于，步骤B中将坡口两侧的铝合金薄板表面去除油污后，采用机械式铝合金专用打磨工具去除坡口两侧铝合金薄板表面的氧化膜，打磨后用丙酮或乙醇再次清洗铝合金薄板表面的残余废屑。
3.如权利要求2所述铝合金薄板的自动焊焊接方法，其特征在于，步骤C中液压夹紧工装为液压式压臂。
4.如权利要求2所述铝合金薄板的自动焊焊接方法，其特征在于，步骤C中铝合金薄板两侧的液压夹紧工装均匀相错排列。
5.如权利要求3或4所述铝合金薄板的自动焊焊接方法，其特征在于，步骤D中焊接时环境温度不低于20℃，湿度不大于60％。
6.如权利要求5所述铝合金薄板的自动焊焊接方法，其特征在于，步骤D中焊接电流为195A，焊接电压为18.5V，焊接速度为110cm/min。
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