CN110385516A - 一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法 - Google Patents

一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明焊接技术领域，具体涉及一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法。包括采用机械加工方法，将铝合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理，提高待焊接面的表面质量；采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理，去除试件表面的油污与非金属杂质；使用焊接夹具与工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定；使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。本发明使用激光清洗对材料进行焊前处理，不会对工件造成物理损坏，无需物理接触，操作简便，生产效率高；焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到标准要求。

Description

一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法。
背景技术
铝合金具有较高的比强度、耐腐蚀性能稳定和良好的导电导热性能，同时还具有优异的加工成形和焊接性，其在航空航天、船舶汽车、机械制造、军事化工等应用场合中已得到大量应用。
激光清洗是一种高效环保的清洗方法，可以用于铝合金、钛合金、高温合金等材料焊前清理，去除材料表面的油污、氧化膜等，与传统的清洗方式相比，不会对工件造成物理损坏，无需物理接触；激光方向性、可达性好，易自动化；可选区清洗并且操作简便等优点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法，以解决如何提高铝合金电子束焊接质量的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法，该方法包括如下步骤：
S1、焊接面处理：采用机械加工方法，将铝合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理，提高待焊接面的表面质量；
S2、焊前准备：采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理，去除试件表面的油污与非金属杂质；
S3、装配：使用焊接夹具与工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定；
S4、电子束焊接：使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。
进一步地，铝合金为5A06铝合金。
进一步地，在步骤S1中，保证焊接面的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且平整、光洁、无毛刺，并保持棱角。
进一步地，激光清洗设备采用脉冲激光器，最大功率100W，频率0～100kHz，清洗宽度5～60mm，焦距250mm。
进一步地，在步骤S3中，两个待焊接试件的焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm。
进一步地，步骤S4具体包括：
S4.1、采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具与工装放置在焊机的焊接平台上并固定，然后开始焊接；
S4.2、定位焊：先采用小电流找出焊接轨迹，保证电子束斑点位于焊缝中间位置；然后对待焊接试件进行定位焊；
S4.3、正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接；
S4.4、修饰焊：正式焊接后对焊缝进行修饰焊；修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；
S4.5、焊后将试件在电子束真空室内冷却冷却后取出。
进一步地，在步骤S4.1中，当电子束枪真空度低于1×10-5mbar，真空室真空度低于7×10-4mbar后开始焊接。
进一步地，在步骤S4.2中，定位焊工艺参数为：加速电压140kV；聚焦电流2010mA～2020mA；电子束流7.5mA～8.5mA；焊接速度8mm/s；偏摆X＝1.5mm～2.0mm、Y＝0mm。
进一步地，在步骤S4.3中，正式焊工艺参数为：加速电压140kV；聚焦电流2010mA～2020mA；电子束流7.5mA～8.5mA；焊接速度8mm/s～10mm/s；偏摆X＝0.5mm～1mm、Y＝0mm；扫描频率20Hz。
进一步地，在步骤S4.4中，修饰焊工艺参数为：加速电压140kV；聚焦电流2070mA～2080mA；电子束流4mA～5mA；焊接速度8mm/s～10mm/s；偏摆X＝2mm～3mm、Y＝0mm；扫描频率20Hz。
(三)有益效果
本发明提出的基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法，包括采用机械加工方法，将铝合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理，提高待焊接面的表面质量；采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理，去除试件表面的油污与非金属杂质；使用焊接夹具与工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定；使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。
本发明的优点在于：使用激光清洗对材料进行焊前处理，不会对工件造成物理损坏，无需物理接触，操作简便，生产效率高；焊接后焊缝成形良好，焊缝表面无裂纹、气孔、凹陷、咬边、焊瘤等缺陷，焊接内部质量、常温力学性能均能达到GJB1718A-2005中的Ⅰ级要求。
附图说明
图1为本发明实施例电子束焊接试件焊缝示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种基于激光清洗处理的5A06铝合金电子束焊接方法，5A06铝合金电子束焊接试件的规格为300mm×100mm×1.5mm，该电子束焊接方法包括如下步骤：
S1、焊接面处理：采用机械加工方法，将待焊接试件的待焊接面进行加工，保证其表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且对接面平整、光洁、无毛刺，并保持棱角；
S2、焊前准备：将待焊接试件的待焊接面及附近20mm范围进行激光清洗处理，去除试件表面油污、非金属杂质等，激光清洗设备采用脉冲激光器，最大功率100W，频率0～100kHz，清洗宽度5～60mm可调，焦距250mm，采用手持激光清洗设备的方式进行清洗；
S3、装配：使用焊接夹具、工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定，两个待焊接试件的焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm；
S4、电子束焊接，包括：
S4.1、采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具、工装放置在焊机的焊接平台上并固定，当电子束枪真空度低于1×10-5mbar，真空室真空度低于7×10-4mbar后开始焊接；
S4.2、定位焊：真空度满足要求后，先采用小电流找出焊接轨迹，即保证电子束斑点位于焊缝中间位置；然后对待焊接试件进行定位焊，定位焊长度约10mm～25mm，间距30mm～40mm；
定位焊工艺参数为：
加速电压：Ub＝140kV；
聚焦电流：Ic＝2010mA～2020mA；
电子束流：Ib＝7.5mA～8.5mA；
焊接速度：V＝8mm/s；
偏摆：X＝1.5mm～2.0mm；Y＝0mm；
S4.3、正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊时起弧、熄弧距离均为5mm～10mm，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接；
正式焊工艺参数为：
加速电压：Ub＝140kV；
聚焦电流：Ic＝2010mA～2020mA；
电子束流：Ib＝7.5mA～8.5mA；
焊接速度：V＝8mm/s～10mm/s；
偏摆：X＝0.5mm～1mm；Y＝0mm；
扫描频率：f＝20Hz；
S4.4、修饰焊：正式焊接后对焊缝进行修饰焊；修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；
修饰焊工艺参数为：
加速电压：Ub＝140kV；
聚焦电流：Ic＝2070mA～2080mA；
电子束流：Ib＝4mA～5mA；
焊接速度：V＝8mm/s～10mm/s；
偏摆：X＝2mm～3mm；Y＝0mm；
扫描频率：f＝20Hz；
S4.5、焊后将试件在电子束真空室内冷却15min～20min后再打开真空室舱门，待试件完全冷却后松开夹具取出试件；
S5、焊后质量检查，包括：
S5.1、焊后采用目视或借助于10倍以下放大镜对电子束焊缝进行外观质量检查，保证焊缝表面无裂纹、未熔合、气孔、咬边、凹陷等缺陷；
S5.2、焊后采用X射线对电子束焊缝进行无损检测，焊缝质量满足GJB1718A-2005中I级焊缝要求；
S5.3、对电子束焊缝制取常温拉伸试件，进行接头常温拉伸力学性能测试，焊缝常温拉伸强度不低于基体材料的95％。
本实施例中的电子束焊接试件焊缝形式如图1所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于激光清洗处理的铝合金电子束焊接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、焊接面处理：采用机械加工方法，将铝合金待焊接试件的待焊接面进行加工处理，提高待焊接面的表面质量；
S2、焊前准备：采用激光清洗设备对待焊接试件的待焊接面进行激光清洗处理，去除试件表面的油污与非金属杂质；
S3、装配：使用焊接夹具与工装装配待焊接试件，保证待焊接试件的焊接面对齐、夹紧并固定；
S4、电子束焊接：使用电子束焊机对待焊接试件进行焊接。
2.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述铝合金为5A06铝合金。
3.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S1中，保证焊接面的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm，且平整、光洁、无毛刺，并保持棱角。
4.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述激光清洗设备采用脉冲激光器，最大功率100W，频率0～100kHz，清洗宽度5～60mm，焦距250mm。
5.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，两个待焊接试件的焊接面间隙不大于0.15mm，错边不大于0.15mm，局部任意100mm内累计长度不大于20mm范围内间隙和错边不大于0.2mm。
6.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S4.1、采用高压真空电子束焊机，将焊接夹具与工装放置在焊机的焊接平台上并固定，然后开始焊接；
S4.2、定位焊：先采用小电流找出焊接轨迹，保证电子束斑点位于焊缝中间位置；然后对待焊接试件进行定位焊；
S4.3、正式焊：定位焊后对焊缝进行正式焊接，正式焊接时采用圆形波且采用下聚焦的方式进行焊接；
S4.4、修饰焊：正式焊接后对焊缝进行修饰焊；修饰焊起弧、熄弧距离均与正式焊一致，修饰焊时采用圆形波且采用上聚焦的方式进行焊接；
S4.5、焊后将试件在电子束真空室内冷却冷却后取出。
7.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S4.1中，当电子束枪真空度低于1×10-5mbar，真空室真空度低于7×10-4mbar后开始焊接。
8.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S4.2中，所述定位焊工艺参数为：加速电压140kV；聚焦电流2010mA～2020mA；电子束流7.5mA～8.5mA；焊接速度8mm/s；偏摆X＝1.5mm～2.0mm、Y＝0mm。
9.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S4.3中，所述正式焊工艺参数为：加速电压140kV；聚焦电流2010mA～2020mA；电子束流7.5mA～8.5mA；焊接速度8mm/s～10mm/s；偏摆X＝0.5mm～1mm、Y＝0mm；扫描频率20Hz。
10.如权利要求1所述的电子束焊接方法，其特征在于，在所述步骤S4.4中，所述修饰焊工艺参数为：加速电压140kV；聚焦电流2070mA～2080mA；电子束流4mA～5mA；焊接速度8mm/s～10mm/s；偏摆X＝2mm～3mm、Y＝0mm；扫描频率20Hz。
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