CN113664329A - 一种铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铸造铍铝合金氦弧焊焊接的方法其包括：焊前对工件进行焊前处理，开破口，打磨表面，清洗；工件焊前预热处理；焊丝制备、选用和焊前处理；用300型氩弧焊机，采用氦气保护进行焊接；焊后的工件在马弗炉内进行缓慢降温，可实现单面焊接双面成型，焊接强度与母材基本相当。氦弧焊焊接铸造铍铝合金由于氦气的电离电压(用以衡量电离能)高于氩气，因此氦弧焊的能量密度更高，焊接深度更高，对于厚5到10mm的钢板，可以实现单面焊双面成形，生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及稀有金属合金焊接。
背景技术
铍是密排六方体结构，各向异性，硬且脆，塑性不好；铍铝易氧化，氧化铍或氧化铝均为陶瓷的主要成分，其具有脆硬，强度不高的特点，制作过程中熔池冷却速度很大，氢来不及溢出往往形成气孔；氧化铍或氧化由固态转变为液态时，无颜色的变化，焊接时熔池不容易看到；铍铝合金的热导率、比热容大，焊接时比钢消耗的热量要大得多；热裂纹倾向大，铝的熔点比铍的熔点低得多，由于过大的内应力会产生热裂纹等。
铍和铝两种材料的焊接技术较为成熟，公开号为CN 101653863A的中国专利申请实现铍铝两种金属的氩弧焊接，将铍合金环和铝合金环进行焊接，实现了异种金属的焊接。现有技术中，采用电子束焊接铍材料，在成形过程中的添加含有铝金属的材料作为填充金属，成形质量较好，并且在微观组织中能观察到铍、铝二元组织的存在。现有技术中还有采用YAG激光焊接方法，通过控制激光束的能量密度和焊接速度，对铍、铝两种几乎完全不相溶的金属进行焊接并得到良好的接头组织的先例，焊缝和热影响区的显微组织为典型的铍-铝共晶组织。
西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司开展铍铝合金氩弧焊接研究，其公开号为CN 109570689A的发明专利申请中涉及铍铝合金氩弧焊接的方法，但是氩弧焊接技术在实际生产中存在热影响区宽等特点，并不能适应复杂结构的小型薄壁产品。
发明内容
本发明提供一种铸造铍铝合金材料焊接的新方法，主要包括以下步骤：
步骤S1.焊前对工件进行焊前处理，开破口，打磨表面，清洗；
步骤S2.为防止裂纹，工件焊前预热处理；
步骤S3.焊丝制备、选用和焊前处理，用线切割制备铍铝材质的焊丝，为防止夹杂或气孔，焊前焊丝进行预热处理；
步骤S4.选用300型氩弧焊机，采用氦气保护进行焊接；
步骤S5.因铍铝合金硬脆，为防止降温速度过快，造成裂纹，焊后的工件在马弗炉内进行缓慢降温至室温，焊后保温温度：500℃，焊后保温时间：≥36h。
所述步骤S1中工件焊前处理时，对厚度大于3mm的铸造铍铝板材开破口，厚度小于3mm的板材不需打破口，焊前用砂纸打磨铍铝板材及其破口表面，露出金属本色，并清洗附着在表面的油污及灰尘。
所述步骤S2中为防止焊接裂纹，工件预热温度为：420～510℃，最高温度保温时间：≥30min。
所述步骤S3中焊丝的制备、选用中，选用铍铝焊丝，选用粉冶铍铝锭，加工直径1～3mm的焊丝，焊丝材料为铍铝，铍的成分体积比为60％～62％，铝的成分体积比为39％～37％，其余为微量合金成分，银、钴、镍等。
所述步骤S3中焊丝焊前处理包括：打磨焊丝表面，漏出金属本色，焊丝焊前烘干温度为150℃，保温时间≥2h。
所述步骤S4中氦弧焊焊接过程中采用氦气保护，根据板厚的不同，电流选择不同，板厚为5mm，氩弧焊电流130～150A，板厚3mm，氩弧焊电流100～120A，板厚2mm，氩弧焊电流80～100A。
因铍铝有毒，作业过程中必须打开通风除尘系统，保护操作人员的职业健康。
所述步骤S5中焊后保温处理，焊后保温温度：500℃，焊后保温时间：≥36h。
氦弧焊焊接铸造铍铝合金，由于氦气的电离电压(用以衡量电离能)高于氩气，因此氦弧焊的能量密度更高，焊接深度更高，对于厚5到10mm的钢板，可以实现单面焊双面成形，生产效率高。通过焊前焊后预热保温处理，采用氦弧焊，铍铝焊丝，针对铸造件中存在缩孔、补缩缺肉、气孔等缺陷进行修补，可完成具体产品的修复，焊缝区、热影响区、母材无裂纹、避免未焊透等缺陷。
具体而言，铸造铍铝合金具有可焊性，可以通过焊前焊后进行预热和保温，焊丝焊前烘干，根据板厚的不同，选择不同电流，采用氩弧焊机，焊丝为铍铝焊丝，用氦气进行保护，可实现单面焊接双面成型，焊接强度与母材基本相当，焊缝区、热影响区、母材无裂纹、未焊透、塌陷、内凹、气孔、夹杂等缺陷。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明所述技术方案进一步地详细说明。
实施例1.铸造铍铝合金氦弧焊焊接的方法，其包括：
步骤1.工件焊前处理：对于大于3mm厚的铸造铍铝板材开破口，小于3mm厚的板材不需打破口，焊前用砂纸打磨表面，露出金属本色，清洗附着在表面的油污及灰尘。
步骤2.工件预热温度：420～510℃，最高温度保温时间：≥30min。
步骤3.选用铍铝焊丝、粉冶铍铝锭，利用DK7763电火花数控线切割加工直径1～3mm的焊丝；或者选用铝硅311焊丝，直径1～3mm。
步骤4.进行焊丝焊前对处理：打磨表面，露出完全的金属本色，再使用酒精清洗附着在表面的油污及灰尘，保证坡口处的清洁。
步骤5.焊丝焊前烘干温度为150℃，保温时间≥2h。
步骤6.焊接；焊接过程中采用氦气保护，根据板厚的不同，电流选择不同，比如：5mm厚，氩弧焊电流130～150A，3mm厚100～120A，2mm厚80～100A。
焊接过程中，打开通风除尘系统，保护操作人员的职业健康。
步骤7.焊后保温处理：焊后保温温度：500℃，焊后保温时间：≥36h。
本实施例所述技术方案中由于氦气的电离电压(用以衡量电离能)高于氩气，因此氦弧焊的能量密度更高，焊接深度更高，对于厚5到10mm的铍铝板材，可以实现单面焊双面成形，生产效率高。完成了具体产品的修复，焊缝区、热影响区、母材无裂纹、未焊透等缺陷，解决了铸造铍铝产品缺陷的修补。可完成5mm厚140mm样件焊接，焊接无裂纹、气孔、塌陷等缺陷，进行的板材和圆柱试样焊接，其中圆柱试样的焊接抗拉强度Rm达到了178MPa，屈服强度Rp0.2达到167.5MPa，通过焊前焊后预热保温处理，采用氦弧焊，铍铝焊丝，针对铸造件中存在缩孔、补缩缺肉、气孔等缺陷进行修补。
Claims (7)
1.一种铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，包括：
步骤S1.焊前对待焊接工件进行焊前处理，开破口，打磨表面，清洗；
步骤S2.工件焊前预热处理；
步骤S3.焊丝制备、选用和焊前处理：制备铍铝材质的焊丝，焊前对焊丝进行预热处理；
步骤S4.采用氦气保护对待焊接工件进行焊接；
步骤S5.焊接后的工件缓慢降温。
2.如权利要求1所述的铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中工件焊前处理时，对厚度大于3mm的铸造铍铝板材开破口，厚度小于3mm的板材不需打破口。
3.如权利要求1或2所述的铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中工件预热温度为：420～510℃，最高温度保温时间：≥30min。
4.如权利要求3所述的铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中选用铍铝焊丝、粉冶铍铝锭，加工成直径为1～3mm的焊丝。
5.如权利要求1或2或4所述的铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中焊丝焊前处理包括：打磨焊丝表面，露出金属本色，焊丝焊前烘干温度为150℃，保温时间≥2h。
6.如权利要求1或2或4所述的铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤S4中氦弧焊焊接过程中采用氦气保护，根据板厚的不同，电流选择不同，板厚为5mm，氩弧焊电流130～150A，板厚3mm，氩弧焊电流100～120A，板厚2mm，氩弧焊电流80～100A。
7.如权利要求6所述的铸造铍铝合金氦弧焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤S5中焊后保温处理的保温温度：500℃，焊后保温时间：≥36h。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211119 |