CN112091429A - 一种铝合金焊接方法 - Google Patents

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怀玺
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易耀勇
蔡得涛
韩善果
王昕昕
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Abstract

本发明提供了一种铝合金焊接方法，所述铝合金焊接方法采用激光束与等离子弧形成复合热源作用于铝合金进行焊接，所述等离子弧由两个异极性电极交替产生，所述等离子体弧的输出中心轴所在直线和所述激光束输出中心轴所在直线重合，所述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气。本发明的铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气可以避免熔池内熔融金属飞溅，并且不会在焊接期间引入负面干扰。此外，本发明的铝合金焊接方法的焊接过程中在熔池中产生了与等离子气体脉冲周期同步的周期性的振荡，促进熔池中气泡上升而降低气孔率，减少了焊缝气孔，提高了焊接质量。

Description

一种铝合金焊接方法
技术领域
本发明涉及合金制备领域，具体涉及一种铝合金焊接方法。
背景技术
铝合金在航空航天、高速列车、新能源汽车、船舶等领域应用广泛。由于铝合金表面容易形成一层密实、难熔的氧化膜，容易造成焊接气孔。前苏联专利№221477公布了一种薄板金属等离子焊接方法，根据该方法，在喷嘴与工件之间加载正极脉冲电压，而在电极与工件之间加载负极脉冲电压，从而产生阴极雾化的作用去除铝合金表面的氧化膜。该方法的缺点是在焊接过程中为了消除焊缝内部气孔以及外部缺陷使得焊接速度比普通弧焊慢。
俄罗斯专利RU 2555701公布了一种激光-等离子复合焊接方法及设备，根据该方法，等离子枪包含外部和内部电极形成环形等离子弧，继而在焊接过程中采用环形等离子弧对待焊工件进行预热，激光束通过环形等离子弧的中心对工件进行焊接。该发明通过激光增强了焊接热输入，降低了焊接区域的冷却速率，继而减小了焊接残余应力。该方法的缺点是使用了非转移型等离子弧，在焊接过程中难以消除氧化膜，并且需要消耗大量的等离子气，会影响熔池中的液态金属流动，使得焊缝产生气孔。
因此，为进一步提高铝合金焊接的效率和质量，还需要开发新的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种铝合金焊接方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种铝合金焊接方法，所述铝合金焊接方法采用激光束与等离子弧形成复合热源作用于铝合金进行焊接，所述等离子弧由两个异极性电极交替产生，所述等离子体弧的输出中心轴所在直线和所述激光束输出中心轴所在直线重合，所述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气。
上述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气可以避免熔池内熔融金属飞溅，并且不会在焊接期间引入负面干扰。此外，焊接过程中在熔池中产生了与等离子气体脉冲周期同步的周期性的振荡，促进熔池中气泡上升而降低气孔率，减少了焊缝气孔，提高了焊接质量。
优选地，所述等离子气的脉冲频率为5Hz～10Hz。
上述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气并且限定等离子气的脉冲频率减少了焊缝气孔，提高了焊接质量。
优选地，所述等离子气的最大流量供气的持续时间与最小流量供气的持续时间之比1：1。
优选地，所述等离子气的脉冲气体最大流速与最小流速之比为10：1，所述等离子气的脉冲气体最小流速为0.1L/min～1.0L/min。
上述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气并且限定等离子气的脉冲气体的流速，减少了焊缝气孔，提高了焊接质量。
优选地，所述铝合金焊接方法以20～40L/min的流速连续送给保护气。
上述铝合金焊接方法以20～40L/min的流速连续送给保护气可以保护焊接区域。
优选地，所述等离子气为一种气体或两种气体的混合物。
优选地，所述铝合金焊接方法焊接3～15mm厚铝合金的条件包括：焊接速度为60～180m/h、等离子弧电流为50～300A和激光功率为1～6kW。
上述铝合金焊接方法在60～180m/h的焊接速度下实现铝合金高效焊接，能够大幅度降低气孔生成率并获得稳定的焊缝成形。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种铝合金焊接方法，本发明的铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气可以避免熔池内熔融金属飞溅，并且不会在焊接期间引入负面干扰。此外，焊接过程中在熔池中产生了与等离子气体脉冲周期同步的周期性的振荡，促进熔池中气泡上升而降低气孔率，减少了焊缝气孔，提高了焊接质量。
附图说明
图1为本发明实施例的铝合金焊接方法的等离子气的方波脉冲示意图。
图2为本发明实施例的铝合金焊接方法的复合焊枪结构示意图。
图3为本发明实施例的铝合金焊接方法对1460铝合金的焊接效果示意图。
图4为本发明实施例的铝合金焊接方法对1570铝合金的焊接效果示意图。
图5为本发明实施例的铝合金焊接方法对1420铝合金的焊接效果示意图。
图6为本发明对比例的铝合金焊接方法对1460铝合金的焊接效果示意图。
图7为本发明对比例的铝合金焊接方法对1570铝合金的焊接效果示意图。
图8为本发明对比例的铝合金焊接方法对1420铝合金的焊接效果示意图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种铝合金焊接方法，所述铝合金焊接方法采用激光束与等离子弧形成复合热源作用于铝合金进行焊接，所述等离子弧由两个异极性电极交替产生，所述等离子体弧的输出中心轴所在直线和所述激光束输出中心轴所在直线重合，如图1所示，所述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气；所述等离子气的脉冲频率为5Hz～10Hz，所述等离子气的最大流量Pmax的供气持续时间为tP＝50～100ms，所述等离子气的最小流量为Pmin的供气持续时间为tg＝50～100ms，所述等离子气的最小流量Pmin为0.1～1.0L/min，所述铝合金焊接方法以40L/min的流速连续送给保护气。
所述铝合金焊接方法使用如图2所示的焊枪，激光束1与等离子弧2相互作用，通过等离子压缩喷嘴3作用于待焊部件4表面，等离子弧由钨电极5和6交替产生，其中，电极5产生正极性电弧，电极6产生负极性的电弧，等离子气7通过喷嘴3产生稳定的等离子体流2，为了保护焊接区域，保护气体8通过保护喷嘴9用来保护焊接区域，相对工件4移动复合焊枪，实现焊接过程。
实施例1
作为本发明实施例的一种铝合金焊接方法，其所述铝合金焊接方法采用激光束与等离子弧形成复合热源作用于铝合金进行焊接，所述等离子弧由两个异极性电极交替产生，所述等离子体弧的输出中心轴所在直线和所述激光束输出中心轴所在直线重合，如图1所示，所述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气；所述等离子气的脉冲频率为10Hz，所述等离子气的最大流量Pmax的供气持续时间为tP＝50ms，所述等离子气的最小流量为Pmin的供气持续时间为tg＝50ms，所述等离子气的最小流量Pmin为0.2L/min，所述等离子气的脉冲气体最大流速与最小流速之比为10：1；
所述铝合金焊接方法焊接5mm厚的1460铝合金，所述铝合金焊接方法的焊接速度120m/h，所述铝合金焊接方法的等离子弧电流为185A，在一个周期内，所述等离子弧电流的正极性电流脉冲的持续时间为7ms，负极性电流的脉冲持续时间为3ms；所述铝合金焊接方法应用直径为1.2mm的焊丝进行焊接，焊丝由与1460铝合金的材料相同，送丝速度为360m/h。
本实施例的焊接方法的焊接结果如图3所示，经过测试分析，100mm的焊缝长度上的孔数量为15个。
实施例2
作为本发明实施例的一种铝合金焊接方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述铝合金焊接方法焊接5mm厚的1570铝合金，所述铝合金焊接方法的等离子弧电流为165A。
本实施例的焊接方法的焊接结果如图4所示，经过测试分析，100mm的焊缝长度上的孔数量为8个。
实施例3
作为本发明实施例的一种铝合金焊接方法，本实施例与实施例1的唯一区别为：所述铝合金焊接方法焊接5mm厚的1420铝合金。
本实施例的焊接方法的焊接结果如图5所示，经过测试分析，100mm的焊缝长度上的孔数量为15个。
实施例1-3的铝合金组分(以质量百分比计)
Figure BDA0002643146390000051
对比例1
作为本发明对比例的一种铝合金焊接方法，本对比例与实施例1的唯一区别为：除脉冲送气外，使用相同的工艺参数焊接，即本对比例采用连续送气供给等离子气体，流量为6L/min。
本对比例的焊接方法的焊接结果如图6所示，经过测试分析，100mm的焊缝长度上的孔数量为40个。
对比例2
作为本发明对比例的一种铝合金焊接方法，本对比例与实施例2的唯一区别为：除脉冲送气外，使用相同的工艺参数焊接。
本对比例的焊接方法的焊接结果如图7所示，经过测试分析，100mm的焊缝长度上的孔数量为35个。
对比例3
作为本发明对比例的一种铝合金焊接方法，本对比例与实施例3的唯一区别为：除脉冲送气外，使用相同的工艺参数焊接。
本对比例的焊接方法的焊接结果如图8所示，经过测试分析，100mm的焊缝长度上的孔数量为45个。
通过比较实施例1与对比例1、通过比较实施例2与对比例2，实施例3与对比例3，说明实施例1-3的铝合金焊接方法，在其他焊接参数相同的情况下，以方波脉冲的方式送给等离子气可使铝合金焊缝的孔隙率降低60％以上，减少了焊缝气孔，提高了焊接质量。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种铝合金焊接方法，其特征在于，所述铝合金焊接方法采用激光束与等离子弧形成复合热源作用于铝合金进行焊接，所述等离子弧由两个异极性电极交替产生，所述等离子体弧的输出中心轴所在直线和所述激光束输出中心轴所在直线重合，所述铝合金焊接方法以方波脉冲的方式送给等离子气。
2.根据权利要求1所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述等离子气的脉冲频率为5Hz～10Hz。
3.根据权利要求2所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述等离子气的最大流量供气的持续时间与最小流量供气的持续时间之比1：1。
4.根据权利要求1所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述等离子气的脉冲气体最大流速与最小流速之比为10：1，所述等离子气的脉冲气体最小流速为0.1L/min～1.0L/min。
5.根据权利要求1所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述铝合金焊接方法以20～40L/min的流速连续送给保护气。
6.根据权利要求1所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述等离子气为一种气体或两种气体的混合物。
7.根据权利要求1所述的铝合金焊接方法，其特征在于，所述铝合金焊接方法焊接3～15mm厚铝合金的条件包括：焊接速度为60～180m/h、等离子弧电流为50～300A和激光功率为1～6kW。
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