CN109676531B - 一种不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法 - Google Patents

一种不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金法兰盘窄深槽吹砂工艺表面粗糙度控制方法。对铝合金工件窄深灌锡槽表面进行清理检查后，通过对铝合金工件固定装夹，变位机倾角、转速的调整，吹砂喷枪气体压力和距吹砂零件表面固定高度的确定，根据工艺要求进行的砂质类型选择。由于在铝合金工件窄深灌锡槽吹砂工艺进行了表面粗糙度量化控制，提升了灌锡槽吹砂表面粗糙度的一致性，促进了锡铅钎焊结合力的改善。因此为铝合金工件窄深灌锡槽后续一系列加工中提供了良好的表面基础。

Description

一种不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法
技术领域
本发明属于焊接技术，涉及一种适用于铝合金工件窄深槽吹砂工艺表面粗糙度控制方法，具体涉及一种不锈钢/铝合金异种金属钎焊前的窄深槽吹砂工艺表面粗糙度控制方法。
背景技术
作为不锈钢/铝合金异种金属钎焊前的表面处理工序，铝合金表面吹砂工艺对不锈钢/铝合金异种金属钎焊质量具有重要影响。
钢/铝焊接结构在航空航天、交通运输、国防等工业部门有着重要应用。但二者的连接问题一直是焊接领域的技术难点。一直以来，国内外在钢/铝异种金属连接领域进行了大量的研究工作，并实现了在汽车、卫星、高铁、飞机等非密封结构上的工程应用。
现有方法中采用了不锈钢/铝合金异种金属管材结构的焊接密封构件。产品制造采用锡铅软钎焊工艺实现了工程应用。但在钎焊缝质量控制方面，一直存在薄弱环节，其中，钎焊前的铝合金吹砂工艺表面粗糙度一致性控制成为影响钎缝质量不稳定的关键因素之一。传统的手工吹砂方式，依赖于操作人员的经验，无法保证吹砂后零件表面质量的一致性和均匀性。
另外，由于在铝合金工件窄深槽处要求进行后续浸锌、镀铜、灌锡等工序，铝合金零件表面吹砂粗糙度及其均匀性控制影响后续钎缝的结合力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝合金法兰盘窄深槽吹砂工艺表面粗糙度控制方法，适用于铝合金工件、管件的表面吹砂粗糙度及其均匀性控制的吹砂方法，能够解决钎焊前的铝合金工件、管件表面吹砂工艺一致性不高的问题。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种铝合金工件窄深槽吹砂工艺表面粗糙度控制方法，步骤如下：
(1)铝合金工件表面清理、检查；
(2)采用变位机装夹铝合金工件，在设置变位机倾角θ；调整变位机转速，使得铝合金法兰吹砂面保持所需恒定线速度；喷枪竖直向下吹砂；
(3)调整变位机的姿态完成窄深槽内表面的吹砂。
(4)对吹砂面进行外观检查，如果不满足要求则重新吹砂。
优选的，铝合金工件表面清理的方法为：
将铝合金工件先用汽油清洗，然后再用酒精清洗并吹干。
优选的，铝合金工件表面检查的方法为：
检查铝合金工件外表面及窄深槽的内表面是否有误磕碰伤或划伤，如果有则更换铝合金工件。
优选的，所述变位机能够带动铝合金法兰轴向旋转和倾斜，变位机的倾角θ能够±90°变位，铝合金法兰装夹到变位机的三爪卡盘。
优选的，喷枪与铝合金工件零件表面高度距离为100～300mm，吹砂压力为 0.5MPa～1.5MPa。
优选的，步骤(3)中调整变位机的姿态完成窄深槽内表面的吹砂，包括：变位机分别水平旋转完成槽底吹砂，向内倾斜θ并旋转，完成窄深槽内槽面的吹砂，向外倾斜θ并旋转，完成窄深槽外槽面的吹砂。
优选的，槽底吹砂、窄深槽内槽面的吹砂以及窄深槽外槽面的吹砂时常分别为：12s～78s，21s～126s，21s～126s。
优选的，槽底吹砂过程中控制变位机旋转3～6转，窄深槽内槽面的吹砂以及窄深槽外槽面的吹砂过程中控制变位机旋转5～8转。
优选的，槽底吹砂、窄深槽内槽面的吹砂以及窄深槽外槽面的吹砂，当吹砂面表面呈乌灰色时完成吹砂。
优选的，变位机和喷枪均有主控系统联动控制，喷枪的高度和吹砂角度可调整，当变位机保持设定角度并旋转时喷枪进行吹砂。
优选的，储气罐出口设置过滤器，过滤水汽和杂质，保持为喷枪提供气源清洁干燥。
优选的，所述窄深槽为环槽，槽深为15～25mm，槽宽为3～10mm。
提供一种不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法，步骤如下：
(1)铝合金工件表面清理、检查；
(2)采用变位机装夹铝合金工件，在设置变位机倾角θ；调整变位机转速，使得铝合金工件吹砂面保持所需恒定线速度；喷枪竖直向下吹砂；
(3)调整变位机的姿态完成窄深槽内表面的吹砂。
(4)对吹砂面进行外观检查，如果不满足要求则重新吹砂；，如果满足要求则进入步骤(5)；
(5)对铝合金工件窄深槽进行镀锌处理；
(6)对铝合金工件窄深槽进行镀铜处理；
(7)对铝合金工件的窄深槽灌锡，再进行整体阳极化处理；
(8)清理不锈钢管件表面；对阳极化处理后的铝合金工件锡槽表面进行清理；
(9)将铝合金工件放入钎焊炉内加热至钎料熔化并取出；
(10)将不锈钢管件装入灌锡后的窄深槽，待钎料锡料固化；
(11)进行清洗。
优选的，步骤(10)中将不锈钢管件装入锡槽还包括顺时针转动2-3圈，再逆时针转动2-3圈，其间按需要添加钎料、钎剂，保证焊角饱满。
优选的，步骤(11)中进行清洗包括：
11.1钎焊后的组合件放入50～60℃流动的热水中清洗后，吹干；
11.2放入酒精中浸泡、清洗并吹干；
11.3采用机械的方式进行钎缝清理，直至目视观察没有残留钎剂。
优选的，步骤11.3中采用机械的方式进行钎缝清理包括：使用弯成圆环状的刚性焊丝外面包裹绸布并蘸取酒精，套在不锈钢管件内外侧对钎缝进行清理。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)由于在吹砂过程中对零件的装卡、翻转角度、砂子类型进行了选择，提高了工艺稳定性，因此为获得均匀一致的吹砂表面状态奠定了基础。
(2)在吹砂设备操作使用中，对喷枪与零件的距离和气体压力和状态进行了数值优化，保证了后续吹砂表面状态的工艺需要。
(3)由于对吹砂过程中采用了一系列的量化控制方法和工艺优化措施，使铝合金工件窄深槽处的吹砂后的表面粗糙度一致性得到有效控制。
(4)本发明在焊接前进行了镀锌，首次使用中间层变性工艺，提高了铝合金工件与钢管的连接强度，避免了焊接过程中因镀锌层厚度不均匀导致的局部失效，进而造成产品渗漏。
附图说明
图1为本发明铝合金工件零件结构示意图；
图2为铝合金工件零件装夹结构示意图；
图3为变位机结构示意图；
图4为喷枪固定高度示意图；
图5为储气罐输送管压力示意图。
具体实施方式
本发明针对的铝合金工件具有环形凹槽作为与不锈钢管件钎焊的连接灌锡槽，凹槽内后续需要浸锌、镀铜、灌锡等工序，因此需要对凹槽内的三个表面进行粗糙度处理。凹槽为窄缝槽，且深度较深，不利于喷砂。
本发明提供一种铝合金吹砂工艺表面粗糙度控制方法，该方法包括如下步骤：
(1)将铝合金工件表面进行清理
将铝合金工件先用汽油清洗，然后再用酒精清洗并吹干。
(2)检查铝合金工件表面
检查铝合金工件表面有误磕碰伤及划伤，尤其是法兰盘窄深槽的内表面，按要求记录检查结果。如果有误磕碰伤或划伤，则更换铝合金工件。
(3)变位机参数选择
结合图3，将铝合金法兰装夹到变位机的三爪卡盘，变位机能够带动铝合金法兰轴向旋转和倾斜，变位机的倾角θ可±90°变位，并且可与主控系统联动控制。
设定变位机参数转速v，倾角θ。
(4)吹砂
将清洗检查完成的铝合金工件用三爪卡盘夹持住非吹砂面，联接固定于可旋转角度的变位机上。
将固定在变位机上的铝合金工件按零件直径大小调整变位机转速v，使铝合金法兰吹砂面保持恒定线速度V恒。
喷枪的联动装置，其位移高度和角度可根据产品加工需要，随机变动控制和调整。将吹砂喷枪调整到于铝合金工件零件表面高度距离H＝
(100～300mm)，同一产品设定固定高度，按技术条件要求操作。将需要吹砂的铝合金工件窄深槽的三个吹砂面(底面、环槽内环和外环)，调整变位机上铝合金工件的倾角θ＝(0～80°)，如图4所示，吹砂喷枪固定不动，竖直向下吹砂。
选择砂质类型，根据工艺要求，将所选砂型放置于设备容器中。
将吹砂设备气体压力调至工艺要求工作要求，P＝0.5MPa～1.5MPa。
将喷枪与自动可控十字滑架，或是可编程控制机械手及变位机相联接，可进行整个操作过程的联动控制从而达到铝合金工件零件表面粗糙度的量化控制。吹砂过程如下：
首先竖直向下吹砂，变位机旋转在完成铝合金工件环槽底面的吹砂，吹砂时间为设定时常，或者控制变位机旋转3～6转，或者观察已经去除环槽底面表面的氧化膜，表面呈乌灰色。
然后变位机带动铝合金工件向右侧倾斜θ，变位机旋转在完成铝合金工件环槽内环面的吹砂，吹砂时间为设定时常，或者控制变位机旋转5～8转，或者观察已经去除环槽内环面的氧化膜，表面呈乌灰色。
最后变位机带动铝合金工件向左侧倾斜θ，变位机旋转在完成铝合金工件环槽外环面的吹砂，吹砂时间为设定时常，或者控制变位机旋转5～8转，或者观察已经去除环槽外环面的氧化膜，表面呈乌灰色。
通过变换工作作用面，来达到吹砂过程的角度控制。
吹砂时，压力稳定，干燥洁净的气源时关键。因此吹砂设备稳定的工作是获得吹砂工艺表面良好状态的必要条件。如图5所示，储气罐出口设置过滤器，对气体进行过滤，保持气源清洁干燥。
(5)对吹砂面的表面进行外观检查，应满足后续镀层要求，如果不满足则对铝合金工件重新吹砂。
本发明同时提供一种不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法，步骤如下：
(1)对铝合金工件窄深槽进行吹砂，吹砂的具体方法如前文所述；
(2)对铝合金工件窄深槽进行镀锌处理；
(3)对铝合金工件窄深槽进行镀铜处理；
(4)对铝合金工件的窄深槽灌锡，再进行整体阳极化处理；
(5)清理不锈钢管件表面；对阳极化处理后的铝合金工件锡槽表面进行清理；
(6)将铝合金工件放入钎焊炉内加热至钎料熔化并取出；将钎焊炉加热至85～95℃区间，保温1小时，然后将清洗好的铝合金工件放入电炉内加热，待钎料熔化后，从电炉中拿出，再刮去铝合金工件锡槽内表面部分因加热而氧化的钎料。
(7)将不锈钢管件装入灌锡后的窄深槽，顺时针转动2-3圈，再逆时针转动2-3圈，其间添加钎料、钎剂，保证焊角饱满；待钎料锡料固化；
(8)进行清洗。
a)热水清洗
将钎焊好的产品放入50～60℃流动的热水中清洗后，吹干。
b)酒精清洗
为进一步清除热水清洗后残留的氧化物和水渍，进行酒精浸泡和清洗，吹干。
c)机械清理
使用弯成圆环状的刚性焊丝裹住绸布并蘸取酒精，对钎缝内外进行进一步清理，直到目视观察没有残留钎剂为止，吹干。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示为铝合金工件示意图，法兰盘内径为B，外径为A，沟槽外径E，内径F，沟槽深度为Hq。如图2所示，装夹块为圆周放心均匀分布 3×120°。
实施例1
沟槽内径Φ70mm规格铝合金工件吹砂。
(1)清理
铝合金工件外(灌锡)沟槽直径ΦE＝76mm，内沟槽直径ΦF＝70mm，法兰盘内径45mm，外径112mm，沟槽深度18mm；待去除产品包装后，将铝合金工件先用汽油清洗，然后再用酒精清洗并吹干。
(2)检查
检查铝合金工件表面有误磕碰伤及划伤，尤其是法兰盘窄深槽的内表面。
(3)变位机参数选择
将清洗检查完成的铝合金工件用三爪卡盘夹持住非吹砂面，联接固定于可旋转角度的变位机上。
将固定在变位机上的铝合金工件按零件直径大小调整变位机转速v，使之保持恒定线速度56mm/s。
将需要吹砂的铝合金工件窄深槽的三个吹砂面，分别调整变位机上零件倾角θ＝(30～60°)，然后通过变换工作作用面，来达到吹砂过程的角度控制。
将吹砂喷枪调整到于铝合金工件零件表面高度距离H＝200mm，同一产品设定固定高度，按技术条件要求操作。
选择砂质类型，根据工艺要求，将Ⅰ号砂型放置于设备容器中。
将吹砂设备气体压力调至工艺要求工作要求，P＝1MPa。
(4)吹砂
将喷枪与自动可控十字滑架，或是可编程控制机械手及变位机相联接，可进行整个操作过程的联动控制从而达到铝合金工件零件表面粗糙度的量化控制。
(5)外观检查。
实施例2
沟槽内径Φ320mm规格铝合金工件吹砂。
(1)清理
铝合金工件外(灌锡)沟槽直径ΦE＝326mm，内沟槽直径ΦF＝320mm，法兰盘内径ΦB＝300mm，外径ΦA＝372mm，沟槽深度Hq＝18mm；待去除产品包装后，将铝合金工件先用汽油清洗，然后再用酒精清洗并吹干。
(2)检查
检查铝合金工件表面有误磕碰伤及划伤，尤其是法兰盘窄深槽的内表面。
(3)变位机参数选择
将清洗检查完成的铝合金工件用三爪卡盘夹持住非吹砂面，联接固定于可旋转角度的变位机上。
将固定在变位机上的铝合金工件按零件直径大小调整变位机转速v，使之保持恒定线速度56mm/s。
将需要吹砂的铝合金工件窄深槽的三个吹砂面，分别调整变位机上零件倾角θ＝(40～70°)，然后通过变换工作作用面，来达到吹砂过程的角度控制。
将吹砂喷枪调整到于铝合金工件零件表面高度距离H＝220，同意产品设定固定高度，按技术条件要求操作。
选择砂质类型，根据工艺要求，将Ⅰ号砂型放置于设备容器中。
将吹砂设备气体压力调至工艺要求工作要求，P＝1.2MPa。
(4)吹砂
将喷枪与自动可控十字滑架，或是可编程控制机械手及变位机相联接，可进行整个操作过程的联动控制从而达到铝合金工件零件表面粗糙度的量化控制。
(5)外观检查，如果吹砂面不满足则对铝合金工件重新吹砂。
由于在铝合金工件窄深灌锡槽吹砂工艺进行了表面粗糙度量化控制，提升了灌锡槽吹砂表面粗糙度的一致性，促进了锡铅钎焊结合力的改善。因此为铝合金工件窄深灌锡槽后续一系列加工中提供了良好的表面基础。并在零件的结合致密性检验中，合格率大幅度提高，保证了后续钎焊的工艺要求。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法，其特征在于，步骤如下：
(1)铝合金工件表面清理、检查；
(2)采用变位机装夹铝合金工件，设置变位机倾角θ；调整变位机转速，使得铝合金工件吹砂面保持所需恒定线速度；喷枪竖直向下吹砂；
(3)调整变位机的姿态完成窄深槽内表面的吹砂；
(4)对吹砂面进行外观检查，如果不满足要求则重新吹砂；，如果满足要求则进入步骤(5)；
(5)对铝合金工件窄深槽进行镀锌处理；
(6)对铝合金工件窄深槽进行镀铜处理；
(7)对铝合金工件的窄深槽灌锡，再进行整体阳极化处理；
(8)清理不锈钢管件表面；对阳极化处理后的铝合金工件锡槽表面进行清理；
(9)将铝合金工件放入钎焊炉内加热至钎料熔化并取出；
(10)将不锈钢管件装入灌锡后的窄深槽，待钎料固化；
(11)进行清洗。
2.如权利要求1所述的不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法，其特征在于，步骤(10)中将不锈钢管件装入灌锡后的窄深槽还包括顺时针转动2-3圈，再逆时针转动2-3圈，其间添加钎料、钎剂，保证焊角饱满。
3.如权利要求1所述的不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法，其特征在于，步骤(11)中进行清洗包括：
3.1钎焊后的组合件放入50～60℃流动的热水中清洗后，吹干；
3.2放入酒精中浸泡、清洗并吹干；
3.3采用机械的方式进行钎缝清理，直至目视观察没有残留钎剂。
4.如权利要求3所述的不锈钢管件与铝合金工件窄深槽钎焊装接方法，其特征在于，步骤3.3中采用机械的方式进行钎缝清理包括：使用弯成圆环状的刚性焊丝外面包裹绸布并蘸取酒精，套在不锈钢管件内外侧对钎缝进行清理。
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