CN112935519B - 一种大尺寸铝合金板的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大尺寸铝合金板的焊接方法，涉及铝合金板焊接领域。大尺寸铝合金板的焊接方法包括以下步骤：S1、将两个待焊铝合金板的第一待焊部位进行初次打磨处理，并拼装至待焊工位；S2、采用搅拌摩擦焊对两个待焊铝合金板进行焊合连接，形成半成品铝合金板；S3、对半成品铝合金板的第二待焊部位进行搅拌摩擦加工处理，第二待焊部位与第一待焊部位相交；S4、将两个半成品铝合金板拼装至待焊工位，采用熔化极惰性气体保护焊对两个半成品铝合金板进行焊合连接，形成大尺寸铝合金板。加入搅拌摩擦加工处理步骤，消除了搅拌摩擦焊和熔化极惰性气体保护焊的交叉焊引起的一系列问题，提高了焊接接头的质量，适用于大尺寸铝合金板的高效焊接加工。

Description

一种大尺寸铝合金板的焊接方法
技术领域
本发明涉及铝合金板焊接技术领域，特别是涉及一种大尺寸铝合金板的焊接方法。
背景技术
由于铝合金具有比强度高和耐腐蚀等优点，越来越广泛地应用在船舶建造中。传统的，铝合金材料多采用熔化极惰性气体保护焊(英文简称：MIG)和钨极惰性气体保护焊(英文简称：TIG)等方式焊接，但对于5000系高活性铝镁合金而言，这类铝合金的电弧焊往往产生气孔等缺陷。
随后发展出采用搅拌摩擦焊(英文简称：FSW)来进行焊接加工，搅拌摩擦焊因其热输入量小、焊接强度高、焊接变形小，大量应用于铝合金板材加工中。如申请公布号为CN105127583A、申请公布日为2015.12.09的中国发明专利申请公开了一种铝合金厚板搅拌摩擦焊方法，并具体公开了包括以下步骤：(1)通过搅拌摩擦焊预组焊，实现待焊工件的部分焊合连接；(2)在焊缝侧位钻孔，以便从焊缝侧位启焊；(3)在钻孔位置侧位启焊，待搅拌头垂直行至实际焊缝中心处，再沿预组焊焊缝中心进行全焊透搅拌摩擦焊焊接。
现有技术中的铝合金厚板搅拌摩擦焊方法，可有效控制铝合金厚板搅拌摩擦焊时的组对间隙，确保搅拌摩擦焊接质量的稳定性。在船舶建造中，通常会用到大尺寸的铝合金板，但搅拌摩擦焊机的设备体积大，无法灵活地完成大板焊接作业；并且当搅拌摩擦焊与电弧焊交叉焊接时在接头处容易出现气孔缺陷等问题，难以高效地加工出质量可靠的大尺寸铝合金板。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸铝合金板的焊接方法，以解决大板焊接作业灵活性差以及难以高效地加工出质量可靠的大尺寸铝合金板等问题。
本发明的大尺寸铝合金板的焊接方法的技术方案为：
大尺寸铝合金板的焊接方法包括以下步骤：
S1、将两个待焊铝合金板的第一待焊部位进行初次打磨处理，并拼装至待焊工位；
S2、采用搅拌摩擦焊对两个所述待焊铝合金板进行焊合连接，形成半成品铝合金板；
S3、对所述半成品铝合金板的第二待焊部位进行搅拌摩擦加工处理，所述第二待焊部位与所述第一待焊部位相交；
S4、将两个所述半成品铝合金板拼装至待焊工位，采用熔化极惰性气体保护焊对两个所述半成品铝合金板进行焊合连接，形成大尺寸铝合金板。
进一步的，在步骤S1中，所述待焊铝合金板的形状为矩形，所述第一待焊部位为所述待焊铝合金板的一侧长度边缘；
在步骤S2中，焊合形成半成品铝合金板后，两个所述待焊铝合金板的宽度边缘平齐；
在步骤S3中，两个所述待焊铝合金板的同侧宽度边缘构成所述半成品铝合金板的第二待焊部位。
进一步的，在步骤S2和S3中，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌头轴肩形状为同心环，且同心环的径向间距为0.5至2mm。
进一步的，在步骤S2和S3中，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌头轴肩尺寸为10至15mm。
进一步的，在步骤S2和S3中，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌头轴肩形貌为同心环，同心环间距为1mm，搅拌头轴肩尺寸为12mm。
进一步的，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌针为15°锥度带螺纹搅拌针，且搅拌针的长度为3至4mm。
进一步的，在步骤S2和S3中，搅拌摩擦焊的焊接速度为100至300mm/min，旋转速度为600至1400rpm，下压力为9至15kN。
进一步的，在步骤S2和S3中，搅拌摩擦焊的焊接速度为200mm/min，旋转速度为800rpm，下压力为10kN。
进一步的，在步骤S3中，控制搅拌摩擦加工处理的搅拌针中心与待焊铝合金板的宽度边缘之间的距离为7至11mm。
进一步的，在步骤S4中，选用1561铝镁合金焊丝，选用氩气作为保护气，焊接电流参数为70至80A，焊接电压与电流相匹配，送丝速度为3.7至5.4m/min，焊接速度为8至15mm/s。
有益效果：该大尺寸铝合金板的焊接方法结合了搅拌摩擦焊(英文简称：FSW)、搅拌摩擦加工(英文简称：FSP)和熔化极惰性气体保护焊(英文简称：MIG)这三种工艺，先对两个待焊铝合金板进行初次打磨、拼装以及通过搅拌摩擦焊进行焊合，将两个小尺寸的待焊铝合金板焊成中等尺寸的半成品铝合金板，由于步骤S2的焊接对象为待焊铝合金板，尺寸小更容易利用搅拌摩擦焊机实施作业；然后，对半成品铝合金板的第二待焊部位进行搅拌摩擦加工处理，使半成品铝合金板的第二待焊部位的板条状组织变为细小等轴晶组织，由于搅拌针的搅拌作用，打散了第一待焊部位和第二待焊部位交叉部分焊缝中沿细小等轴晶分布的氧化物颗粒，搅碎了氧化物及杂质残留，避免了熔化极惰性气体保护焊热输入对搅拌摩擦焊“S”线缺陷的热影响而形成“S”线微裂纹，进而封闭了熔化极惰性气体保护焊对搅拌摩擦焊再加热过程中空气中的氮、氢元素从熔池进入搅拌摩擦焊“S”线微裂纹的途径，防止在交叉焊缝熔化极惰性气体保护焊热影响区形成连续的气孔，有效解决了固熔交叉焊的气孔缺陷等问题，从而提高了大尺寸铝合金板的焊接接头质量。
其中，熔化极惰性气体保护焊的设备简单且操作方便，能够高效、顺利地焊合加工大尺寸铝合金板，并且，通过加入搅拌摩擦加工处理的中间步骤，消除了搅拌摩擦焊和熔化极惰性气体保护焊的交叉焊引起的一系列问题，提高了焊接接头的质量，适用于大尺寸铝合金板的高效焊接加工。
附图说明
图1为本发明的大尺寸铝合金板的焊接方法的具体实施例1中步骤S2的立体示意图；
图2为本发明的大尺寸铝合金板的焊接方法的具体实施例1中步骤S3的立体示意图；
图3为本发明的大尺寸铝合金板的焊接方法的具体实施例1中步骤S3的立体示意图；
图4为图3中两个半成品铝合金板拼装至待焊工位的俯视示意图；
图5为本发明的大尺寸铝合金板的焊接方法的具体实施例1中步骤S4的立体示意图。
图中：1－待焊铝合金板、11－第一待焊部位、2－半成品铝合金板、21－第二待焊部位、22－熔化极惰性气体保护焊的焊缝。
具体实施方式
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。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的大尺寸铝合金板的焊接方法的具体实施例1，如图1至图5所示，该大尺寸铝合金板的焊接方法是用于将铝合金小板进行焊合拼装形成铝合金大板，其包括以下步骤：
S1、将两个待焊铝合金板1的第一待焊部位11进行初次打磨处理，并拼装至待焊工位；具体的，在步骤S1中，待焊铝合金板1的形状为矩形，待焊铝合金板1的第一待焊部位11为待焊铝合金板1的一侧长度边缘，分别将两个待焊铝合金板1的一侧长度边缘及表面进行初次打磨，以消除板边缘和表面的毛刺和氧化物，确保拼装时使两个待焊铝合金板1的长度边缘能够准确拼合到位。
S2、采用搅拌摩擦焊对两个待焊铝合金板1进行焊合连接，形成半成品铝合金板2；在步骤S2中，焊合形成半成品铝合金板2后，两个待焊铝合金板1的宽度边缘平齐，即两个待焊铝合金板1的长度边缘焊合在一起，并且两个待焊铝合金板1的同侧长度边缘相平齐，以确保能够准确地实施后续的拼装和焊接作业。其中，搅拌摩擦焊的搅拌头轴肩形貌为同心环，且同心环的径向间距为0.5至2mm；搅拌摩擦焊的搅拌头轴肩尺寸为10至15mm。
在本实施例中，搅拌摩擦焊的搅拌针为15°锥度带螺纹搅拌针，且搅拌针的长度为3至4mm。搅拌摩擦焊的焊接速度为100至300mm/min，旋转速度为600至1400rpm，下压力为9至15kN。具体的，在步骤S2中，搅拌摩擦焊的搅拌头轴肩形貌为同心环，且同心环的径向间距为1mm，搅拌头轴肩尺寸为12mm；搅拌摩擦焊的焊接速度为200mm/min，旋转速度为800rpm，下压力为10kN。
S3、对半成品铝合金板2的第二待焊部位21进行搅拌摩擦加工处理，第二待焊部位21与第一待焊部11位相交，将两个半成品铝合金板2拼装至待焊工位；并且，在步骤S3中，两个待焊铝合金板1的同侧宽度边缘构成半成品铝合金板2的第二待焊部位21。即搅拌摩擦加工处理的位置沿半成品铝合金板2宽度方向延伸，并且，在步骤S3中，控制搅拌摩擦加工处理的搅拌针中心与待焊铝合金板的宽度边缘之间的距离为7至11mm，优选为，搅拌摩擦加工处理的搅拌针中心与待焊铝合金板的宽度边缘之间的距离为8mm；并将搅拌摩擦加工处理的搅拌头的后退侧靠近待焊铝合金板1的宽度边缘，由于搅拌头的前进侧和后退侧温度不同，前进侧组织在热影响区和焊缝之间缺乏平滑过渡，为了避免由此引发的问题，作业时将其后退侧靠近待焊铝合金板1的宽度边缘，防止造成交叉焊微观组织的变化影响。
S4、采用熔化极惰性气体保护焊对两个半成品铝合金板2进行焊合连接，形成大尺寸铝合金板。在步骤S4中，选用1561铝镁合金焊丝，选用氩气作为保护气，焊接电流参数为70至80A，焊接电压与电流相匹配，送丝速度为3.7至5.4m/min，焊接速度为8至15mm/s，最终形成大尺寸铝合金板，如图5所示，两个半成品铝合金板2之间依次为一个搅拌摩擦加工处理后的带状区、中间的熔化极惰性气体保护焊的焊缝22，以及另一个搅拌摩擦加工处理后的带状区。
该大尺寸铝合金板的焊接方法结合了搅拌摩擦焊(英文简称：FSW)、搅拌摩擦加工(英文简称：FSP)和熔化极惰性气体保护焊(英文简称：MIG)这三种工艺，先对两个待焊铝合金板1进行初次打磨、拼装以及通过搅拌摩擦焊进行焊合，将两个小尺寸的待焊铝合金板1焊成中等尺寸的半成品铝合金板2，由于步骤S2的焊接对象为待焊铝合金板1，尺寸小更容易利用搅拌摩擦焊机实施作业；然后，对半成品铝合金板2的第二待焊部位21进行搅拌摩擦加工处理，使半成品铝合金板2的第二待焊部位21的板条状组织变为细小等轴晶组织，由于搅拌针的搅拌作用，打散了第一待焊部位11和第二待焊部位21交叉部分焊缝中沿细小等轴晶分布的氧化物颗粒，搅碎了氧化物及杂质残留，避免了熔化极惰性气体保护焊热输入对搅拌摩擦焊“S”线缺陷的热影响而形成“S”线微裂纹，进而封闭了熔化极惰性气体保护焊对搅拌摩擦焊再加热过程中空气中的氮、氢元素从熔池进入搅拌摩擦焊“S”线微裂纹的途径，防止在交叉焊缝熔化极惰性气体保护焊热影响区形成连续的气孔，有效解决了固熔交叉焊的气孔缺陷等问题，从而提高了大尺寸铝合金板的焊接接头质量。
其中，熔化极惰性气体保护焊的设备简单且操作方便，能够高效、顺利地焊合加工大尺寸铝合金板，并且，通过加入搅拌摩擦加工处理的中间步骤，消除了搅拌摩擦焊和熔化极惰性气体保护焊的交叉焊引起的一系列问题，提高了焊接接头的质量，适用于大尺寸铝合金板的高效焊接加工。
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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、将两个待焊铝合金板的第一待焊部位进行初次打磨处理，并拼装至待焊工位；
S2、采用搅拌摩擦焊对两个所述待焊铝合金板进行焊合连接，形成半成品铝合金板；
S3、对所述半成品铝合金板的第二待焊部位进行搅拌摩擦加工处理，所述第二待焊部位与所述第一待焊部位相交；
S4、将两个所述半成品铝合金板拼装至待焊工位，采用熔化极惰性气体保护焊对两个所述半成品铝合金板进行焊合连接，形成大尺寸铝合金板；
在步骤S1中，所述待焊铝合金板的形状为矩形，所述第一待焊部位为所述待焊铝合金板的一侧长度边缘；
在步骤S2中，焊合形成半成品铝合金板后，两个所述待焊铝合金板的宽度边缘平齐；
在步骤S3中，两个所述待焊铝合金板的同侧宽度边缘构成所述半成品铝合金板的第二待焊部位；
在步骤S3中，控制搅拌摩擦加工处理的搅拌针中心与待焊铝合金板的宽度边缘之间的距离为7至11mm；并将搅拌摩擦加工处理的搅拌头的后退侧靠近待焊铝合金板的宽度边缘。
2.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，在步骤S2和S3中，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌头轴肩形貌为同心环，且同心环的径向间距为0.5至2mm。
3.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，在步骤S2和S3中，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌头轴肩尺寸为10至15mm。
4.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，在步骤S2和S3中，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌头轴肩形貌为同心环，同心环间距为1mm，搅拌头轴肩尺寸为12mm。
5.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，所述搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的搅拌针为15°锥度带螺纹搅拌针，且搅拌针的长度为3至4mm。
6.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，在步骤S2和S3中，搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的焊接速度为100至300mm/min，旋转速度为600至1400rpm，下压力为9至15kN。
7.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，在步骤S2和S3中，搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工的焊接速度为200mm/min，旋转速度为800rpm，下压力为10kN。
8.根据权利要求1所述的大尺寸铝合金板的焊接方法，其特征是，在步骤S4中，选用1561铝镁合金焊丝，选用氩气作为保护气，焊接电流参数为70至80A，焊接电压与电流相匹配，送丝速度为3.7至5.4m/min，焊接速度为8至15mm/s。
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