CN114247967A - 一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，焊接时铝合金板之间采用无间隙的装配，降低了装配难度。焊接时使用自动焊小车进行焊接，将焊枪固定于自动焊小车上，自动焊小车运行带动焊枪前进完成焊接，从而实现自动焊接，整个过程无需人工干预，提高了生产效率。采用本发明的自动焊接方法完成焊接后，经射线探伤和表面渗透探伤测试，均符合规范要求。该自动焊接方法适用于铝质船舶在铝合金拼板焊接、船体大合拢焊接和船体维修过程中铝质结构件替换焊接等场景，弥补了现有技术中采用平焊和仰焊相结合的双面焊接的不足。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法。
背景技术
铝合金由于重量轻、耐腐蚀性好、加工成型性好等特点，目前我国船舶用铝板主要为5083铝合金，5083铝合金是铝镁合金，在不可热处理合金中强度良好，耐蚀性、可切削性良好。随着用户对船舶航速、运载能力、船体重量和船体耐腐蚀性等要求逐渐提高，对铝合金板的焊接制造需求越来越大。在铝合金船舶建造过程中，铝合金平面位置拼板焊接、船体大合拢焊接、船体维修过程中铝质结构件替换焊接时，一般常用的焊接方法是先正面手工平焊，然后反面清根打磨，再进行手工仰焊。然而实际生产过程中，仰焊位置焊接难度较高，主要因为仰焊时熔化的金属因重力作用容易下坠，使熔滴过渡和焊缝成形困难，焊缝下面容易形成焊瘤，背面则会出现内凹缺陷，同时受限于焊接位置操作空间有限，难以采用平焊和仰焊相结合的双面焊接，所以迫切需要单面焊双面成型的焊接技术。
现有的单面焊双面成型技术装配间隙较大对焊接装配要求较高，采用的铜衬垫或不锈钢衬垫易于脱落且成本较高，工程应用受限。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，用于解决现有技术中双面焊接成型困难、装配要求高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，所述自动焊接方法包括如下步骤：
S1：提供铝合金板，并在所述铝合金板的焊接处形成坡口；
S2：将所述铝合金板组对固定，使所述坡口根部紧挨不留间隙，并将陶瓷衬垫紧贴在所述坡口背面；
S3：使用自动焊小车进行焊接，具体为：将焊枪固定于所述自动焊小车上，所述自动焊小车运行带动焊枪前进完成焊接。
可选地，所述坡口为V型坡口，所述坡口的开口角度为60-70°，所述铝合金板的厚度为4-6mm。
可选地，所述步骤S1还包括：将所述坡口及焊接区域两侧打磨光滑，并用棉布加酒精擦洗焊接区域，清除脏污、杂质。
可选地，所述陶瓷衬垫正对所述坡口根部的一侧具有凹槽，所述凹槽的中心线与所述坡口根部上下对应。
可选地，步骤S3中，焊接时环境温度不低于0℃，相对湿度不超过85％；焊接时采用熔化极惰性气体保护焊方法，焊丝采用铝镁合金，直径为1.2mm；焊接时采用氩气为保护气体，所述氩气的纯度≥99.99％。
可选地，步骤S3中，焊接过程包括打底焊和盖面焊。
可选地，所述打底焊的焊接参数为：焊接电流130-140A，焊接电压17.5-18.5V，所述自动焊小车行进速度50cm/min，线能量为2.73～3.11KJ/cm，氩气流量20L/min。
可选地，所述盖面焊的焊接参数为：焊接电流120-135A，焊接电压17-18V，所述自动焊小车行进速度36cm/min，线能量为3.4～4.05KJ/cm，氩气流量20L/min。
可选地，层间温度控制在80℃以下。
可选地，所述自动焊接方法还包括步骤S4：对焊接过程中焊缝的起弧和收弧处进行打磨处理，打磨处理采用金刚石铣刀头进行打磨。
如上所述，本发明提供一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，焊接时铝合金板之间采用无间隙的装配，降低了装配难度，无需反复调整，且焊缝金属填充量减小，焊接变形小。焊接时使用自动焊小车进行焊接，将焊枪固定于自动焊小车上，自动焊小车运行带动焊枪前进完成焊接，从而实现自动焊接，整个过程无需人工干预，提高了生产效率。采用本发明的自动焊接方法完成焊接后，经射线探伤和表面渗透探伤测试，均符合规范要求。该自动焊接方法适用于铝质船舶在铝合金拼板焊接、船体大合拢焊接和船体维修过程中铝质结构件替换焊接等场景，弥补了现有技术中采用平焊和仰焊相结合的双面焊接的不足。
附图说明
图1显示为本发明自动焊接方法中的装配示意图。
图2显示为本发明中焊接完成后的宏观金相试验照片。
元件标号说明
1 铝合金板
2 陶瓷衬垫
3 凹槽
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，所述自动焊接方法包括如下步骤：
S1：提供铝合金板1，并在所述铝合金板1的焊接处形成坡口；
进一步地，所述坡口为V型坡口，所述坡口的开口角度A为60-70°。所述步骤S1还包括：将所述坡口及焊接区域两侧打磨光滑，并用棉布加酒精擦洗焊接区域，清除脏污、杂质。
具体地，所述铝合金板1为船舶用5083铝合金，所述铝合金板1的厚度为4-6mm。
S2：将所述铝合金板1组对固定，使所述坡口根部紧挨不留间隙，并将陶瓷衬垫2紧贴在所述坡口背面；
进一步地，所述陶瓷衬垫2正对所述坡口根部的一侧具有凹槽3，所述凹槽3的中心线与所述坡口根部上下对应。
具体地，采用锡箔纸固定所述陶瓷衬垫2，相较铜、不锈钢等金属衬垫，更容易实现贴合固定，且不易脱落、成本较低、耐潮性能好。所述凹槽3用于焊缝的背面成型，使焊缝成型更加高效、平整，减少打磨，提升焊接效率。
采用无间隙的装配，可以降低工人的装配难度，直接将所述铝合金板紧贴即可省去了来回调整间隙的步骤，且焊缝金属填充量减小，焊接变形小。
S3：使用自动焊小车进行焊接，具体为：将焊枪固定于所述自动焊小车上，所述自动焊小车运行带动焊枪前进完成焊接。焊接时环境温度不低于0℃，相对湿度不超过85％。
进一步地，焊接时采用熔化极惰性气体保护焊(MIG)方法，焊丝采用铝镁合金(型号为ER5183)，直径为1.2mm，焊接时采用氩气为保护气体，所述氩气的纯度≥99.99％。
具体地，MIG焊是以惰性气体保护的弧焊方法。在惰性气体(如氩气)的保护下使得焊接电弧更加稳定，有效地阻止周围环境空气的有害作用；同时由于MIG焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观；此外，由于惰性气体的氧化性很弱，甚至无氧化性，MIG焊尤其适用于焊接许多活泼金属及其合金，例如铝及铝合金、镁及镁合金等。因为本发明中所述铝合金板1为5083铝合金，该5083铝合金是铝镁合金，因此焊丝也采用与其成分相匹配的材质，具体型号为ER5183。
使用自动焊小车进行焊接，从而实现自动焊接，整个过程无需人工干预，提高了生产效率。在焊接时使焊枪沿焊缝方向前后做周期性摆动，能够避免侧壁熔融不足，使焊缝更加充实饱满，提高焊接质量，同时提高了焊接效率。同时适用于船舶建造行业中结构复杂、环境条件恶劣、焊接工作量大、焊接位置多变等特殊状况。
进一步地，焊接过程包括打底焊和盖面焊。
具体地，因为所述铝合金板的厚度为4-6mm，因此采用打底焊和盖面焊即可成型，无需中间层的填充。
所述打底焊的焊接参数为：焊接电流130-140A，焊接电压17.5-18.5V，所述自动焊小车行进速度50cm/min，线能量为2.73～3.11KJ/cm，氩气流量20L/min。
打底焊用于焊缝背面成型，同时也是防止角变形或防止自动焊时发生烧穿现象，同时保证焊缝根部完全熔合。
所述盖面焊的焊接参数为：焊接电流120-135A，焊接电压17-18V，所述自动焊小车行进速度36cm/min，线能量为3.4～4.05KJ/cm，氩气流量20L/min。
具体地，所述盖面焊主要用于焊缝正面成型，采用打底焊和盖面焊相结合的焊接方式，实现了单面焊双面成型，能够获得较好的正面、背面焊接成型效果，焊接质量稳定。
进一步地，层间温度控制在80℃以下。
具体地，层间温度过高会引起热影响区晶粒粗大，使焊缝强度及低温冲击韧性下降。
所述自动焊接方法还包括如下步骤：
S4：对焊接过程中焊缝的起弧和收弧处进行打磨处理，打磨处理采用金刚石铣刀头进行打磨。
具体地，应采用金刚石铣刀头进行打磨，禁止采用砂轮片进行打磨，因为砂轮片上的磨料在打磨过程中容易掉落，从而在焊缝中引入杂质，影响焊缝强度。
采用本发明的自动焊接方法完成焊接后，经射线探伤和表面渗透探伤，射线探伤结果符合ABS船级社要求，渗透探伤结果符合NT/47013规范要求。同时进行理化试验，取拉伸试样2个，弯曲试样2个，宏观金相试样2个。拉伸试验抗拉强度为302Mpa和295Mpa。弯曲试验结果均无裂纹。宏观金相试验均未发现未熔合及气孔缺陷，如图2所示。最终焊缝的理化试验符合CCS船级社要求。
综上所述，本发明提供一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，焊接时铝合金板之间采用无间隙的装配，降低了装配难度，无需反复调整，且焊缝金属填充量减小，焊接变形小。焊接时使用自动焊小车进行焊接，将焊枪固定于自动焊小车上，自动焊小车运行带动焊枪前进完成焊接，从而实现自动焊接，整个过程无需人工干预，提高了生产效率。采用本发明的自动焊接方法完成焊接后，经射线探伤和表面渗透探伤测试，均符合规范要求。该自动焊接方法适用于铝质船舶在铝合金拼板焊接、船体大合拢焊接和船体维修过程中铝质结构件替换焊接等场景，弥补了现有技术中采用平焊和仰焊相结合的双面焊接的不足。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种铝合金单面焊双面成型的自动焊接方法，其特征在于，所述自动焊接方法包括如下步骤：
S1：提供铝合金板，并在所述铝合金板的焊接处形成坡口；
S2：将所述铝合金板组对固定，使所述坡口根部紧挨不留间隙，并将陶瓷衬垫紧贴在所述坡口背面；
S3：使用自动焊小车进行焊接，具体为：将焊枪固定于所述自动焊小车上，所述自动焊小车运行带动焊枪前进完成焊接。
2.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于，所述坡口为V型坡口，所述坡口的开口角度为60-70°，所述铝合金板的厚度为4-6mm。
3.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：将所述坡口及焊接区域两侧打磨光滑，并用棉布加酒精擦洗焊接区域，清除脏污、杂质。
4.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于，所述陶瓷衬垫正对所述坡口根部的一侧具有凹槽，所述凹槽的中心线与所述坡口根部上下对应。
5.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于，步骤S3中，焊接时环境温度不低于0℃，相对湿度不超过85％；焊接时采用熔化极惰性气体保护焊方法，焊丝采用铝镁合金，直径为1.2mm；焊接时采用氩气为保护气体，所述氩气的纯度≥99.99％。
6.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于，步骤S3中，焊接过程包括打底焊和盖面焊。
7.根据权利要求6所述的自动焊接方法，其特征在于，所述打底焊的焊接参数为：焊接电流130-140A，焊接电压17.5-18.5V，所述自动焊小车行进速度50cm/min，线能量为2.73～3.11KJ/cm，氩气流量20L/min。
8.根据权利要求6所述的自动焊接方法，其特征在于，所述盖面焊的焊接参数为：焊接电流120-135A，焊接电压17-18V，所述自动焊小车行进速度36cm/min，线能量为3.4～4.05KJ/cm，氩气流量20L/min。
9.根据权利要求6所述的自动焊接方法，其特征在于，层间温度控制在80℃以下。
10.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于，所述自动焊接方法还包括步骤S4：对焊接过程中焊缝的起弧和收弧处进行打磨处理，打磨处理采用金刚石铣刀头进行打磨。
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