WO2021114456A1 - 高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法 - Google Patents

高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法 Download PDF

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    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the welding forming method refers to machine-adding standard aluminum alloy plates to the required size, and then welding the plates together to form a cavity.
  • Conventional aluminum alloy welding methods include arc welding, laser welding, gas welding, flame welding, plasma welding or hybrid welding. For aluminum alloy plates with a thickness of 20 mm or more in this application, the energy density of gas welding, flame welding, etc. is too small, and is not suitable for welding thick plates.
  • a plasma arc-laser hybrid welding method for a rectangular cavity of aluminum alloy with high sealing property includes the following steps:
  • the seventh step adjust the cavity to the posture where the No. 3 board 3 is placed at the bottom, and use the optimized welding process parameters to weld the No. 4 board 4 with the No. 1 board 1, the 2nd board 2, the 5th board 5, and the 6th board 6
  • the optimized welding process parameters used are:

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Abstract

一种高密封性铝合金厚板矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法。本焊接方法采用的高密封性铝合金厚板矩形腔体的长度、高度及宽度尺寸均≥350mm，腔体用铝合金拉伸板材料为AL6061-T6，板厚20mm-25mm，各相邻板按照T型或L型板间定位方式拼接，焊丝材料为4043，要求焊缝高度及宽度均大于5mm，焊缝质量满足GB\12469-1990，腔室极限真空度达到1Pa。本焊接方法极大提高了材料利用率及加工效率，降低了材料及周期成本。相比单一激光焊及等离子焊接等方式，有效提高了焊接质量。

Description

高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法 技术领域
本发明属于先进制造技术领域的先进成型与工艺技术，涉及一种高密封性铝合金矩形腔体的等离子弧-激光复合焊接方法。
背景技术
铝合金具有重量轻、抗腐蚀、强度高、易成形和无低温脆性等优点，在航空航天、高铁、汽车、电子信息等领域有着越来越广泛的应用。在这些应用领域中，高密封性的铝合金矩形腔体是一种重要且典型的工程结构，如IC装备中的CM焊接装载腔、医疗用铝合金腔体、表面分析用超高真空系统腔体及真空镀膜用腔体等。这些结构一般都要求较高的密封性、强度及加工精度，目前可以选择的加工方式包括整体机加法和焊接成形法。整体机加法是指利用机械切削的方法将整块铝合金铸件和锻件减材掏空实现腔体的制造，这种方法工艺复杂，需要首先提供适合产品大小的铸件和锻件，且机加周期长，材料利用率极低，不适合腔体结构大规模低成本地制造。焊接成形法则是指将标准的铝合金板材机加成所需尺寸，然后用焊接的方法将各板材拼焊在一起形成腔体。常规铝合金焊接方法有电弧焊、激光焊、气焊、火焰焊、等离子体焊或复合焊接等。对于如本申请中的20mm以上厚度的铝合金板材而言，气焊、火焰焊等的能量密度太小，不适合厚板的焊接。
发明内容
本发明提供一种高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法，通过合理地设计焊接顺序及设置焊接工艺参数，实现高精度、低变形、密封性良好的铝合金厚板矩形腔体的焊接。
本发明的具体技术方案如下：
一种高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步、首先将一号板、三号板、四号板、五号板、六号板夹紧拼装成矩形腔体，保留二号板暂不拼装，将腔体暂未安装二号板的一面缺口朝上水平放置，使一号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内侧四条焊缝处于水平状态，从二号板的腔体缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接一号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内部四条焊缝；
第二步、保持腔体姿态不变，盖上二号板，使用优化的焊接工艺参数焊接二号板与五号板、六号板搭接的外侧两条焊缝；
第三步、将腔体倒置，二号板置于底部，一号板上矩形环状缺口侧面朝上，使二号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内侧四条焊缝均处于水平状态，从一号板的矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接二号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内侧四条焊缝；
第四步、将腔体调整至六号板置于底部的姿态，从一号板矩形环状缺口处伸进焊枪，使 用优化的焊接工艺参数焊接六号板与三号板、四号板搭接的腔体内部两条焊缝；
第五步、将腔体调整至五号板置于底部的姿态，从一号板上矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接五号板与三号板、四号板搭接的腔体内部两条焊缝以及一号板与六号板搭接的一条腔体外侧焊缝；
第六步、将腔体调整至六号板置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接一号板与五号板搭接的一条腔体外侧焊缝；
第七步、将腔体调整至三号板置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接四号板与一号板、二号板、五号板、六号板搭接的四条腔体外侧焊缝；
第八步、将腔体调整至四号板置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接三号板与一号板、二号板、五号板、六号板搭接的四条腔体外侧焊缝。
本发明的优点是：利用铝合金拉伸板拼焊成形腔体代替机械加工铝合金铸件或锻件，极大提高了材料利用率及加工效率，降低了材料及周期成本。利用复合焊接技术，相比单一激光焊及等离子焊接等方式，有效提高焊接质量。此外，复合焊接工艺，更有利于保证焊接质量的一致性，为高质量铝合金厚板矩形腔体结构的焊接成型提供了一种可靠的选择。
附图说明
图1是一种高密封性铝合金厚板矩形腔体示意图。
具体实施方式
下面结合附图1和实施例对本发明进行进一步说明。
铝合金厚板矩形腔体结构，高密封性铝合金厚板矩形腔体的长度、高度及宽度尺寸均≥350mm，腔体用铝合金拉伸板材料为AL6061-T6，板厚20mm-25mm，优选为20mm，各相邻板按照T型或L型板间定位方式拼接，焊丝材料为4043，焊丝直径
Figure PCTCN2020071776-appb-000001
要求焊缝高度及宽度均大于5mm，焊缝质量满足GB\12469-1990缺陷1级标准，腔室极限真空度达到1Pa。
焊接所用设备为机器人自动焊接设备，主要包括多关节机器人、等离子弧焊机、激光器与两轴变位机，使用99.99％的高纯氩气作保护气，设定保护气流量20L/min。
所述的一种高密封性铝合金厚板腔体机器人自动MIG焊接方法，其特征在于：焊接过程中使用纯度99.99％以上的高纯氩气与焊枪同轴保护，保护气流量20-25L/min。
所述的一种高密封性铝合金厚板腔体机器人自动MIG焊接方法，其特征在于：焊接腔体内部焊缝时，焊枪与当前所焊焊缝两侧铝合金的板的夹角为45°。
实施例
一种高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法，该方法包括以下步骤：
第一步、首先将一号板1、三号板3、四号板4、五号板5、六号板6夹紧拼装成矩形腔体，保留二号板2暂不拼装，将腔体暂未安装二号板2的一面缺口朝上水平放置，使一号板1与三号板3、四号板4、五号板5、六号板6搭接的内侧四条焊缝处于水平状态，从二号板2的腔体缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接一号板1与三号板3、四号板4、五 号板5、六号板6搭接的内部四条焊缝；
第二步、保持腔体姿态不变，盖上二号板2，使用优化的焊接工艺参数焊接二号板2与五号板5、六号板6搭接的外侧两条焊缝；
第三步、将腔体倒置，二号板2置于底部，一号板1上矩形环状缺口侧面朝上，使二号板2与三号板3、四号板4、五号板5、六号板6搭接的内侧四条焊缝均处于水平状态，从一号板1的矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接二号板2与三号板3、四号板4、五号板5、六号板6搭接的内侧4条焊缝；
第四步、将腔体调整至六号板6置于底部的姿态，从一号板1矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接六号板6与三号板3、四号板4搭接的腔体内部两条焊缝；
第五步、将腔体调整至五号板5置于底部的姿态，从一号板1上矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接五号板5与三号板3、四号板4搭接的腔体内部两条焊缝以及一号板1与六号板6搭接的一条腔体外侧焊缝；
第六步、将腔体调整至六号板6置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接一号板1与五号板5搭接的一条腔体外侧焊缝；
第七步、将腔体调整至三号板3置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接四号板4与一号板1、二号板2、五号板5、六号板6搭接的四条腔体外侧焊缝；
第八步、将腔体调整至四号板4置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接三号板3与一号板1、二号板2、五号板5、六号板6搭接的四条腔体外侧焊缝。
优化的焊接工艺参数为：
(1)起弧电流：270-300A；
(2)焊接电流A：210-240A；
(3)息弧电流：190-200A；
(4)焊接电压：18-20V；
(5)焊接速度：40-45cm/min；
(6)焊丝从焊枪中伸出长度：13-15mm；
(7)息弧延迟时间：0.4-0.6秒；
(8)激光功率P：满足P+A＝350；
(9)激光束位置：处于等离子弧前方2mm～5mm；
(10)激光束与焊枪夹角：55°～45°。
所有焊缝均处于水平位置焊接，均采用左焊法，焊枪与当前所焊焊缝已焊段呈夹角14°-25°。
所述的一种高密封性铝合金厚板腔体等离子弧-激光复合焊接方法，所使用的优化的焊接工艺参数为：
(1)起弧电流：270A；
(2)焊接电流A：210A；
(3)息弧电流：190A；
(4)息弧延迟时间：0.4秒；
(5)焊接电压：18V；
(6)焊接速度：40cm/min；
(7)焊丝从焊枪中伸出长度：13mm；
(8)激光功率P：140W；
(9)激光束位置：处于等离子弧前方2mm；
(10)激光束与焊枪夹角：55°
所述的一种高密封性铝合金厚板腔体等离子弧-激光复合焊接方法，所有焊缝均处于水平位置焊接，均采用左焊法，焊枪与当前所焊焊缝已焊段保持夹角15°。
对焊缝样件进行分析，焊缝成形良好，无气孔，焊缝质量满足GB\12469-1990缺陷1级标准。腔体焊接后整体无明显变形，经极限真空度测试，腔体真空度可达到1Pa，满足设计要求。

Claims (3)

  1. 一种高密封性铝合金矩形腔体等离子弧-激光复合焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
    第一步、首先将一号板、三号板、四号板、五号板、六号板夹紧拼装成矩形腔体，保留二号板暂不拼装，将腔体暂未安装二号板的一面缺口朝上水平放置，使一号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内侧四条焊缝处于水平状态，从二号板的腔体缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接一号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内部四条焊缝；
    第二步、保持腔体姿态不变，盖上二号板，使用优化的焊接工艺参数焊接二号板与五号板、六号板搭接的外侧两条焊缝；
    第三步、将腔体倒置，二号板置于底部，一号板上矩形环状缺口侧面朝上，使二号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内侧四条焊缝均处于水平状态，从一号板的矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接二号板与三号板、四号板、五号板、六号板搭接的内侧四条焊缝；
    第四步、将腔体调整至六号板置于底部的姿态，从一号板矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接六号板与三号板、四号板搭接的腔体内部两条焊缝；
    第五步、将腔体调整至五号板置于底部的姿态，从一号板上矩形环状缺口处伸进焊枪，使用优化的焊接工艺参数焊接五号板与三号板、四号板搭接的腔体内部两条焊缝以及一号板与六号板搭接的一条腔体外侧焊缝；
    第六步、将腔体调整至六号板置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接一号板与五号板搭接的一条腔体外侧焊缝；
    第七步、将腔体调整至三号板置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接四号板与一号板、二号板、五号板、六号板搭接的四条腔体外侧焊缝；
    第八步、将腔体调整至四号板置于底部的姿态，使用优化的焊接工艺参数焊接三号板与一号板、二号板、五号板、六号板搭接的四条腔体外侧焊缝。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述优化的焊接工艺参数为：
    (1)起弧电流：270-300A；
    (2)焊接电流A：210-240A；
    (3)息弧电流：190-200A；
    (4)焊接电压：18-20V；
    (5)焊接速度：40-45cm/min；
    (6)焊丝从焊枪中伸出长度：13-15mm；
    (7)息弧延迟时间：0.4-0.6秒；
    (8)激光功率P：满足P+A＝350；
    (9)激光束位置：处于等离子弧前方2mm～5mm；
    (10)激光束与焊枪夹角：55°～45°。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所有焊缝均处于水平位置焊接，均采用左焊法，焊枪与当前所焊焊缝已焊段呈夹角14°-25°。
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