CN110899922A - 一种6061铝合金的焊接方法 - Google Patents

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苏庆双
赵云龙
陈叙江
丁佳欣
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钱蓉蓉
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Abstract

本发明涉及焊接工艺技术领域，尤其涉及一种6061铝合金的焊接方法，焊接时采用脉冲MIG焊，电弧长度保持在4‑8mm，电弧电压取27‑29V。本发明通过对电弧电压与可见弧长的严格匹配，使熔滴过渡形式为恒射流过渡，即可见弧长发生变化时，焊接电流值基本不变，控制了焊接过程中熔滴过渡频度、熔滴过渡方式以及熔滴体积发生的间断性，保持了熔池状态的稳定性，使焊接线能量与焊缝熔合区的过热现象降低，防止了熔池出现单向性结晶以及抗电磁力的能力增强，降低了气孔和裂纹的倾向性，确保了采用6061铝合金焊接而成的真空腔体的气密性。

Description

一种6061铝合金的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接工艺技术领域，尤其涉及一种6061铝合金的焊接方法。
背景技术
真空密闭腔体是国家中子源实验仪器小角散射谱仪的核心部件之一，为小角散射谱仪的工作部件He3中子探测管提供真空冷却作用。设计要求腔体焊缝单点漏率小于10- 6Pa.m3/s，进行气密性实验，要求腔体内部充2Mpa气体，保压三天无泄漏。如达不到要求，会导致He3中子探测管无法在低温下冷却，中子源实验工作将无法进行。
小角散射谱仪真空腔体一般采用6061铝合金材料加工制造。6061铝合金属于可热处理强化锻铝合金，具有优异的抗蚀性、低温韧性以及良好的热塑性等性能特点。另外，6061铝合金具有较高的导热膨胀系数和线膨胀系数，在焊接过程中，6061铝合金的氧化能力极强，合金元素高温蒸发和烧损，造成焊接接头软化，在焊接过程中极易形成氢气孔和裂纹。
在现有技术中，6061铝合金多采用直流MIG焊工艺，其熔滴过渡形式无论是短路过渡，还是喷射过渡，所使用的焊接电流都是有限制的。由于短路过渡是在低电流、低电压情况下实现的，熔深比较浅、熔滴过渡的颗粒粗大，飞溅也比较大，再加上6061铝合金本身的材料特性，非常容易形成未焊透和气孔缺陷；喷射过渡是在高电流、高电压的情况下形成的，热输入较大，焊缝的拘束应力过大，再加上6061铝合金本身的材料特性，非常容易产生裂纹。故，采用直流MIG焊极易造成小角散射谱仪真空密闭腔体气密性不合格的问题。
因此，亟需一种6061铝合金的焊接方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种6061铝合金的焊接方法，以解决现有技术的焊接方式易造成气孔和裂纹的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种6061铝合金的焊接方法，焊接时采用脉冲MIG焊，电弧的可见弧长保持在4-8mm，电弧电压取27-29V。
作为优选，峰值电流为260-300A，基值电流为120-160A。
作为优选，脉冲频率为60Hz。
作为优选，所述铝合金的厚度小于50mm。
作为优选，焊丝采用直径为1.6mm的ER4043焊丝。
作为优选，焊接设备采用NB-500熔化极气体保护焊机，喷嘴直径为22mm。
作为优选，保护气体为氩气，纯度为99.999％。
作为优选，保护气体的流量为18-20L/min。
本发明的有益效果：
本发明提供的6061铝合金的焊接方法，通过对电弧电压与可见弧长的严格匹配，使熔滴过渡形式为恒射流过渡，即可见弧长发生变化时，焊接电流值基本不变，控制了焊接过程中熔滴过渡频度、熔滴过渡方式以及熔滴体积发生的间断性，保持了熔池状态的稳定性，使焊接线能量与焊缝熔合区的过热现象降低，防止了熔池出现单向性结晶以及抗电磁力的能力增强，降低了气孔和裂纹的倾向性，确保了采用6061铝合金焊接而成的真空腔体的气密性。
具体实施方式
下面结合实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
本发明提供一种6061铝合金的焊接方法，焊接时采用脉冲MIG焊工艺，且使电弧的可见弧长保持在4-8mm，电弧电压为27-29V。需要说明的是，电弧的可见弧长是指焊丝前端与母材之间的距离。
在进行脉冲MIG焊时，采用直流反接，把焊丝接为阳极后，电弧阳极区的形成是在熔滴前端，电弧弧柱呈圆锥形，焊丝端部的液态熔滴细小并形成铅笔状，其过渡频度达到每秒200-250次左右，使熔滴细化形成平稳过渡。
本发明提供的6061铝合金的焊接方法中，熔滴过渡形式为恒射流过渡，恒射流过渡是介于短路过渡与射流过渡之间的一种过渡形式。经试验发现：当可见弧长小于4mm后，电弧电压随可见弧长的降低而急剧减小，该区域为短路区；当可见弧长大于8mm后，电弧电压随可见弧长的增加而急剧增加，该区域为喷射区；只有当可见弧长在4-8mm的范围内时，电弧电压随电弧的可见弧长的变化量较小，该区域也正是使熔滴呈恒射流过渡的恒射流区。
本发明提供的焊接方法，通过对电弧电压与可见弧长的严格匹配，使可见弧长发生变化时，焊接电流值基本不发生变化，控制了焊接过程中熔滴过渡频度、熔滴过渡方式以及熔滴体积发生的间断性，保持了熔池状态的稳定性，使焊接线能量与焊缝熔合区的过热现象降低，防止了熔池出现单向性结晶以及抗电磁力的能力增强，降低了气孔和裂纹的倾向性，确保了采用6061铝合金焊接而成的真空腔体的气密性。
在恒射流区，电弧略带有短路过渡的特征、同时也有射流过渡的性质，由于恒射流区焊丝熔化量增大，可见弧长缩短后熔滴的温度降低，使得焊丝的熔化不再需要过高的热量，控制了焊缝金属氢气孔和裂纹的形成。恒射流脉冲MIG焊优于直流MIG焊，特别适合于50mm以下中厚板6061铝合金的焊接，焊前工件材料不需预热，焊接后的构件变形及热输入量小，提高了铝合金焊缝金属的强度、塑性、疲劳寿命以及焊缝金属的紧实度，有效解决了焊缝金属形成气孔和裂纹的问题。
进一步地，基值电流优选为120-160A，峰值电流优选为260-300A。脉冲MIG焊是采用一个低频的协调脉冲对另一个高频的脉冲电流进行调制匹配，使脉冲电流按照低频脉冲的频率在基值电流和峰值电流之间周期性切换，得到周期性变化的强弱脉冲群。调制匹配后的焊接电流作用于熔池中的电弧压力发生变化，当脉冲电流高时，电弧压力大，熔池表面的液体呈凹状；当脉冲电流低时，电弧压力小，熔池表面的液体呈凸状，从而导致熔池液体的上、下振动，使熔池液体具有搅拌作用，一方面增加了熔池内熔滴过渡形态原有的对流，增大了液体流动，降低了温度梯度，扩大了固-液界面前沿的成分过冷区域，另一方面可使部分熔化的晶粒脱离熔池侧壁进入熔池，不仅可以提高焊缝的熔深，获得均匀美观的鱼鳞纹焊缝，而且还增强了对熔池的冲击和振动提高了焊缝金属的力学性能，增加了形核核心，促使焊缝组织进一步细化避免产生气孔和裂纹。但基值电流太小易造成固体短路，因为基值电流小于临界电流时，基值电流期间只产生焊丝前端的加热熔化，而不产生熔滴的脱落，但基值电流不宜过大，否则脉冲焊特点就不明显，甚至会出现熔滴过渡紊乱现象；峰值电流太大易引起焊丝回烧，只有当周期性叠加的峰值电流大于临界电流时，峰值电流期间电磁拘束力增大，才能使熔滴产生强制过渡。因此，基值电流和峰值电流在上述取值范围时效果最佳。
进一步地，脉冲频率优选为60Hz。脉冲频率和脉宽比是决定脉冲焊能量及强弱的重要因素。考虑采用的焊接电源是通过可控硅整流器获得恒射流脉冲电流，脉冲宽度必须使脉冲峰值电流处于临界脉冲电流之上，由于过渡频率过低规范区间变窄，影响了熔滴过渡的规律性，但过渡频率过高需要很高的脉冲电流，在工艺上没有必要，所以焊接铝合金实现恒射流过渡脉冲频率的最佳选择是60Hz。
另外，在焊接过程中还需注意以下工艺要点：
1)施焊过程中必须采用高电压、低电弧、快速焊的硬规范缩短焊缝及热影响区的高温停留时间，以及30°小幅摆动操作的焊接手法来控制焊缝热输入量，使焊道热量分布均匀，使用以上工艺方法来减小融合比，降低具有各向异性的晶体在原子密度最高方向上的高低差异，达到控制铝合金真空密闭腔体变形量的效果。
2)为防止铝合金真空密闭腔体焊缝接头过热产生变形倾向，以及降低气孔和裂纹的产生，保持原材料固有的金相组织，须采用先内后外的焊接顺序及原则，焊缝温度不能高于150℃，以100～150℃为宜。
此外，在本实施例中，焊接设备选用NB-500熔化极气体保护焊机，焊接材料选用直径为φ1.6mm的ER4043焊丝，保护气体为氩气，纯度为99.999％，气体流量为18-20L/min，喷嘴直径为22mm。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种6061铝合金的焊接方法，其特征在于，焊接时采用脉冲MIG焊，电弧的可见弧长保持在4-8mm，电弧电压取27-29V。
2.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，峰值电流为260-300A，基值电流为120-160A。
3.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，脉冲频率为60Hz。
4.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，所述铝合金的厚度小于50mm。
5.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，焊丝采用直径为1.6mm的ER4043焊丝。
6.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，焊接设备采用NB-500熔化极气体保护焊机，喷嘴直径为22mm。
7.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，保护气体为氩气，纯度为99.999％。
8.根据权利要求1所述的6061铝合金的焊接方法，其特征在于，保护气体的流量为18-20L/min。
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