[发明专利]附加电弧加热铜垫板预热铝合金及镁合金焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，具体说就是附加电弧加热铜垫板预热铝合金及镁合金焊接方法，属电弧焊接领域。

背景技术

铝及铝合金由于具有较高的比强度，良好的耐腐蚀性，在工业上被广泛应用。镁的比重为铝的2/3，是一种比强度良好的金属，工业上常常向镁合金中加入铝、锌等成分来提高它的性能。近些年来随着科学技术及工业经济的迅速发展，特别是航空航天事业以及汽车行业的蓬勃发展，对高质铝合金及镁合金焊接构件的需求日益增多，铝合金及镁合金的焊接主要存在两个难题：一是接头易形成气孔、裂纹等缺陷；二是对接焊时接头背面成形不好。因此，铝合金及镁合金的焊接问题正成为当今焊接技术研究的热点问题之一。

铝的熔点为660℃，密度为2.7g/cm³，其导电率仅次于金、银、铜，热导率约比钢大2倍，铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝熔点高达2050℃，非常稳定，不易去除，它阻碍母材的熔化和熔合。铝材表面的氧化膜密度大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺陷，氧化膜还吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。而镁具有和铝相似的性质，在高温下也会生成氧化膜。基于以上性质，焊接铝、镁合金时存在两个主要缺陷：裂纹及气孔。裂纹及气孔形成的原理如下：液态熔池冷却、凝固结晶到完全形成固态是在某一温度范围内进行的。在这个温度范围内同时存在着液态和固态金属，其强度、塑性都很低，所以将这个温度范围称脆性温度区间。另一方面，由于铝合金和镁合金的线膨胀系数大，在焊缝金属冷却收缩过程中产生很大的拉伸变形。当熔池金属处在脆性温度区间的时刻，与产生最大拉伸变形的时刻一致时则引起裂纹。焊接时焊缝中存在着大量的氢。氢的溶解度随着温度的下降而急剧减少，因此在焊缝凝固过程中氢从铝中逸出形成气泡上浮，当焊缝的凝固速度过快气泡来不及浮出焊缝金属表面时就会形成气孔。

由裂纹及气孔形成的原理可知，增大热输入、减小热应力大小是预防焊接裂纹及气孔的主要方法。生产中也经常采用能量集中、功率高的热源来进行焊接。尤其是在航空航天等要求高质焊缝的领域，热源的热输入很大，造成焊缝宽度很宽，焊缝成形较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能减少接头中的气孔、裂纹缺陷，又能保证接头背面成形良好，最终获得高质量接头的适合于铝合金及镁合金的焊接方法，也就是附加电弧加热铜垫板预热铝合金及镁合金焊接方法。

本发明是为了解决铝合金及镁合金在焊接过程中易产生气孔及裂纹，以及接头背面成形不良的问题，而提出了附加电弧加热铜垫板预热铝合金及镁合金焊接方法。该方法在焊接铝合金及镁合金对接焊缝时采用铜质垫板，并在垫板的背面附加电弧进行加热。铜垫板的形状根据焊件的不同而有所区别。焊接薄板时可以直接采用平的铜垫板，当焊接厚一些的板时铜垫板的形状可采用两种形式：一种是采用轧制的方法将较薄的铜垫板轧成槽口；另一种是利用机械加工的方法在较厚的铜垫板上开出槽口。焊接方法选用TIG、MIG、等离子弧焊或激光焊方法。背面采用TIG电弧加热，背面加热电弧与正面焊接电弧保持等速同向运动，加热电弧的位置与正面电弧前后纵向距离在100mm范围内。该方法由于采用背面加热的方案，并利用铜的优良导热性能，使背面电弧产生的热量传导至整个接头区域，从而延长熔池冷却时间，使焊缝中的气体能够充分地逸出，减少了焊缝的气孔，而在熔池凝固时，铜垫板的保温作用则使冷却前后的温差减小，从而降低了热应力，使得接头的裂纹倾向减小；同时由于铜垫板对接头区的预热作用，使得在焊接时无须采用很大的热输入，就能够获得良好的背面成形，从而获得高质量的接头。该方法简单易行，操作方便，对改善接头背面成形，提高接头质量具有明显效果。

附图说明

图1是本发明的正面焊接示意图；

图2是本发明的侧面焊接示意图；

图3是本发明焊接薄板时采用的铜垫板形状示意图；

图4为本发明采用轧制方法制成的铜垫板形状示意图；

图5为本发明利用机械加工方法制成的铜垫板形状示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明附加电弧加热铜垫板预热铝合金及镁合金焊接方法作进一步说明。

该方法在焊接铝合金及镁合金对接焊缝时采用铜质垫板，并在垫板的背面采用电弧进行加热。铜垫板的形状根据焊件的不同而有所区别。焊接薄板时可以直接采用平的铜垫板，如图3；当焊接厚一些的板时铜垫板的形状采用两种形式：一种是采用轧制的方法将较薄的铜垫板轧成图4所示的形状；另一种是利用机械加工的方法在较厚的铜垫板上开出槽口，形状如图5所示。焊接方法选用TIG、MIG、等离子弧焊或激光焊。背面采用TIG电弧加热，背面加热电弧与正面焊接电弧保持等速同向运动。加热电弧的位置与正面电弧前后纵向距离在100mm范围内。在图1、图2中，1：铝合金或镁合金板，2：铜垫板，3：焊丝，4：焊接电弧，5：背面电弧。