CN109332896B - 一种2219/3a21异种铝合金套接结构焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2219/3A21异种铝合金套接结构焊接方法,属于金属材料及工艺技术领域。一种将2219/3A21异种铝合金套接接头进行可靠连接的方法。该方法通过合理的焊接结构形式设计及特定的焊接工艺,有效避免了常规方法焊接导致的焊接裂纹问题,用本方法能完全实现该异种铝合金结构的可靠焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种2219/3A21异种铝合金套接结构焊接方法,属于金属材料及工艺技术领域,用于上面级贮箱口盖与表面张力管理装置(PMD)及其类似结构的可靠连接,该方法是指将两个管状结构套接在一起后进行端部封焊,两个管状结构中的一个的外径与另一个的内径相匹配。
背景技术
上面级贮箱位于火箭顶端,用于深空探测、高轨道卫星发射,应用在长征三号系列火箭上。上面级贮箱由前底、筒段、后底和口盖等部件焊接组成。其中,液体推进剂管理装置(PMD)出液口与箱体口盖焊缝为2219(外)+3A21 (内)异种铝合金套接形式,焊缝最小直径28mm。
该焊接结构形式如图1,外部为2219铝合金,内部为3A21铝合金,目前工艺为电子束(不填丝)焊接。焊缝焊接裂纹一般出现在靠近收弧部分的焊缝中心位置,沿焊缝走向,长度一般为20-40mm,有时会更长,甚至达到一圈。这种结构是化学成分、熔点相差较大的异种铝合金(2219+3A21)焊接,非常容易在焊缝中心附近出现裂纹,而且裂纹长度一般较长。
试验分析结果表明:2219/3A21异种铝合金焊接后,由于元素成分差异导致焊缝成分Cu含量显著减少,Al-Cu合金中Cu元素含量落入了裂纹敏感区间,焊接裂纹敏感性会大大增加。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提出一种2219/3A21 异种铝合金套接结构焊接方法,该方法采用高能束焊接方法,解决了2219铝合金与3A21铝合金套接结构容易出现焊接裂纹的问题。
本发明的技术解决方案是:
一种2219/3A21异种铝合金套接结构焊接方法,该方法的步骤包括:
(1)在2219铝合金管的焊接面上且位于焊口位置处加工一环形凸台;
(2)清洗2219铝合金管和3A21铝合金管,并烘干;
(3)将加工有凸台的2219铝合金管套在3A21铝合金管外部,2219铝合金管和3A21铝合金管之间形成焊缝;
(4)用高能电子束焊的方法或激光焊的方法进行焊接,焊接时,高能电子束的束流位于焊缝中心或光束位于焊缝中心,完成2219/3A21铝合金管的焊接。
所述的步骤(2)中,2219铝合金管的内径与3A21铝合金管的外径相匹配。
所述的步骤(2)中,2219铝合金管的焊接面与3A21铝合金管的焊接面齐平。
所述的步骤(1)中,2219铝合金管的内径d2为10-50mm,外径d3为 20-60mm,所述的步骤(2)中,3A21铝合金管内径d1为1-10mm,外径 d2为10-50mm。
所述的步骤(3)中,2219铝合金管和3A21铝合金管之间成形的焊缝的直径为d2为10-50mm。
所述的步骤(1)中,环形凸台为一空心圆柱,设该空心圆柱的内半径为 R1,外半径为R2,即该空心圆柱的内径为2R1,外径为2R2,且焊缝的直径为d2与环形凸台的外径2R2一致,该空心圆柱的高a为0.5-3mm。
2219铝合金管的焊接面上的环形凸台的径向厚度b=R2-R1,b为 0.5-3mm。
所述的步骤(1)中,环形凸台的材料为2219铝合金。
所述的步骤(4)中,采用激光焊的方法进行焊接时,参数如下:光斑直径0.3~0.5mm,离焦量-5mm~5mm,激光功率1800~2500W,焊接速度 15~25mm/s。
所述的步骤(4)中,采用高能电子束焊的方法进行焊接时,参数如下:加速电压60~80KV,焊接束流12~18mA,离焦量0~-2mm,焊接速度 15~25mm/s。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)通过特殊的焊接结构设计配合高能束焊接工艺,改变了采用一般焊接结构和焊接工艺得到的焊缝的组织成分,很好抑制了焊接裂纹倾向,提高了焊接质量。高能束中心位于焊缝中心,这样两侧基材金属熔化形成焊缝,但因为2219一侧有凸台结构,而3A21一侧没有,所以由2219铝合金凸台熔化可以使焊缝中的Cu含量显著提高,以达到抑制焊接裂纹的目的。
(2)本发明属于金属连接领域,一种将2219/3A21异种铝合金套接接头进行可靠连接的方法。该方法通过合理的焊接结构形式设计及特定的焊接工艺,有效避免了常规方法焊接导致的焊接裂纹问题,用本方法能完全实现该异种铝合金结构的可靠焊接。
附图说明
图1为2219/3A21异种铝合金套接结构(端部无环形凸台);
图2为2219/3A21异种铝合金套接结构(端部有环形凸台)。
具体实施方式
一种2219/3A21异种铝合金套接结构焊接方法,该方法是将2219铝合金管套在3A21铝合金管外部,且2219铝合金管的内径与3A21铝合金管的外径相匹配;该方法的步骤包括:
(1)在2219铝合金管的焊接面上且位于焊口位置处加工一环形凸台;
(2)清洗2219铝合金管和3A21铝合金管,并烘干;
(3)将加工有凸台的2219铝合金管套在3A21铝合金管外部,2219铝合金管和3A21铝合金管之间形成焊缝,且2219铝合金管的焊接面与3A21 铝合金管的焊接面齐平,即2219铝合金管上的凸台高于3A21铝合金管的焊接面;
(4)用高能电子束焊的方法或激光焊的方法进行焊接,焊接时,高能电子束的束流位于焊缝中心或光束位于焊缝中心;
所述的步骤(1)中,2219铝合金管的内径d2(10-50mm),外径d3 (20-60mm);
所述的步骤(2)中,3A21铝合金管内径d1(1-10mm),外径d2 (10-50mm);
所述的步骤(3)中,2219铝合金管和3A21铝合金管之间成形的焊缝的直径为d2(10-50mm);
所述的步骤(1)中,2219铝合金管的焊接面上的环形凸台的高度a (0.5-3mm),径向厚度b(0.5-3mm);环形凸台的材料为2219铝合金;
所述的步骤(4)中,采用激光焊的方法进行焊接时,参数如下:光斑直径0.3~0.5mm,离焦量-5mm~5mm,激光功率1800~2500W,焊接速度 15~25mm/s;
所述的步骤(4)中,采用高能电子束焊的方法进行焊接时,参数如下:加速电压60~80KV,焊接束流12~18mA,离焦量0~-2mm,焊接速度 15~25mm/s。
对上述焊接后的焊缝进行焊缝漏率检测,结果为焊缝具有良好的气密性能,氦质谱漏率≤6.7×10-7Pa.m3.s-1。
一种2219/3A21异种铝合金焊接结构形式及高能束焊接方法,用于2219 铝合金材料的贮箱法兰与3A21铝合金材料的PMD管理装置进行可靠连接,套接结构的外层材料为2219铝合金,内层材料为3A21铝合金,在环形焊缝外侧设置一圈环形凸台,内外层结构套接一起后形成环形焊缝。通过高能束焊接将二者焊接起来,形成可靠焊缝。包括焊接结构形式设计和焊接工艺方法。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1、加工2219和3A21零件焊接接口,前者环形凸台截面尺寸 a=b=0.5mm,如图2所示,后者保持无环形凸台状态;
2、对2219和3A21零件进行除油、清洗、烘干处理;
3、进行装配;
4、采用激光焊接,参数如下:光斑直径0.3~0.5mm,离焦量-5mm~5mm,激光功率1800~2500W,焊接速度15~25mm/s;
5、检查焊缝质量并检测焊缝漏率,漏率≤6.7×10-7Pa.m3.s-1。
实施例2
1、加工2219和3A21零件焊接接口,前者环形凸台截面尺寸 a=b=1.0mm,后者保持无环形凸台状态;
2、对2219和3A21零件进行除油、清洗、烘干处理;
3、进行装配;
4、采用电子束焊接,参数如下:加速电压60~80KV,焊接束流12~18mA,离焦量0~-2mm,焊接速度15~25mm/s;
5、检查焊缝质量并检测焊缝漏率,漏率≤6.7×10-7Pa.m3.s-1。
Claims (1)
1.一种2219/3A21异种铝合金套接结构焊接方法,其特征在于该方法的步骤包括:
(1)在2219铝合金管的焊接面上且位于焊口位置处加工一环形凸台;
(2)清洗2219铝合金管和3A21铝合金管,并烘干;
(3)将加工有凸台的2219铝合金管套在3A21铝合金管外部,2219铝合金管和3A21铝合金管之间形成焊缝;
(4)用高能电子束焊的方法或激光焊的方法进行焊接,焊接时,高能电子束的束流位于焊缝中心或光束位于焊缝中心,完成2219/3A21铝合金管的焊接;
所述的步骤(3)中,2219铝合金管的内径与3A21铝合金管的外径相匹配,2219铝合金管的焊接面与3A21铝合金管的焊接面齐平;
所述的步骤(1)中,2219铝合金管的内径d2为10-50mm,外径d3为20-60mm;
所述的步骤(2)中,3A21铝合金管内径d1为1-10mm,外径d2为10-50mm;
所述的步骤(3)中,2219铝合金管和3A21铝合金管之间形成的焊缝的直径为d2为10-50mm;
所述的步骤(1)中,环形凸台为一空心圆柱,设该空心圆柱的内半径为R1,外半径为R2,即该空心圆柱的内径为2R1,外径为2R2,且焊缝的直径为d2与环形凸台的内径2R1一致,该空心圆柱的高a为0.5-3mm;
2219铝合金管的焊接面上的环形凸台的径向厚度b=R2-R1,b为0.5-3mm;
所述的步骤(1)中,环形凸台的材料为2219铝合金;
所述的步骤(4)中,采用激光焊的方法进行焊接时,参数如下:光斑直径0.3~0.5mm,离焦量-5mm~5mm,激光功率1800~2500W,焊接速度15~25mm/s;
所述的步骤(4)中,采用高能电子束焊的方法进行焊接时,参数如下:加速电压60~80KV,焊接束流12~18mA,离焦量0~-2mm,焊接速度15~25mm/s。
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