[发明专利]一种铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接方法

说明书

所属技术领域：

本发明专利提出一种铝合金薄板T型接头无飞溅低变形优质高效焊接方法，属于轻金属薄板的低变形优质高效焊接技术领域，特别涉及到激光与精确波形控制短路过渡电弧复合在采用很少填充金属的情况下，实现铝合金薄板T型接头的高效、无飞溅、低变形、低增重焊接。

背景技术：

薄板铝合金T型接头的优质高效低变形焊接一直是焊接领域的技术难题。TIG填丝焊、MIG弧焊等传统弧焊焊接方法很难实现铝合金薄板T型接头的优质高效、低热输入、低变形焊接。首先是因为铝合金的导热系数和线膨胀系数大(导热系数和线膨胀系数分别约为钢的3倍和2倍)，使得铝合金导热快并且焊接变形倾向性大。焊接时必须采用比焊接相同厚度钢材更大的焊接热输入来保证焊缝的熔深和铺展性，如此大的焊接热输入必然会增大了焊接变形，并造成焊接接头的软化，因此采用传统弧焊进行铝合金薄板T型接头的优质、低变形焊接非常困难。尤其是对于厚度≤2mm的铝合金薄板T型接头的低变形焊接更是难上加难。其次，对于传统MIG弧焊而言，为了获得铺展性良好的T型角焊缝，必须采用较大的焊接规范，也就意味着送丝速度较大，焊接过程中熔化的填充金属量较多，对于某些对轻量化要求较高且大量使用的构件(如飞架的壁板)，焊后结构件的增重明显，这是也是传统MIG弧焊的另一个不足之处。再者，传统弧焊的另一个不足就是焊接效率相对较低，并且焊后接头软化严重(焊态接头的抗拉强度通常仅为母材强度的60％～80％)。

精确波形控制的短路过渡弧焊技术是在传统熔化极短路过渡弧焊的基础上通过对短路过渡电流波形进行精确控制，以抑制短路过渡时焊接飞溅的产生，并保证焊接过程稳定性的一类熔化极弧焊新技术。当前，“冷金属过渡”技术(Cold Metal Transfer，简称CMT)、表面张力过渡技术(Surface Tension Transfer，简称STT)、控制液桥过渡技术(Controlled BridgeTransfer，简称CBT)以及冷弧焊技术(Cold Arc，简称CA)均属于先进的精确波形控制短路过渡电弧焊技术。与传统熔化极弧焊相比，该类焊接方法的突出优点主要体现在焊接热输入低、几乎无飞溅、焊接过程稳定性高。由于该类弧焊方法的焊接输入低，与传统弧焊相比，在焊接铝合金薄板时，更易于实现对焊接变形的控制，但是焊接热输入的降低带来了焊缝熔深相对较浅且焊缝铺展不好的问题，致使在利用该类焊接方法焊接铝合金薄板T型接头时很难实现焊接变形、焊缝熔透及焊缝成形的合理平衡，因此精确波形控制的短路过渡弧焊技术也无法实现铝合金薄板T型接头的优质高效、低变形焊接。要实现铝合金薄板T型接头的高效、低变形焊接必须采用一种热源能量更为集中的高速焊接方法。

激光焊接技术是当前应用越来越广泛的高能束焊接技术，具有热源能量集中、焊接速度高、焊接变形小、焊缝深宽比大等优点。但是，激光焊接铝合金也有一些不足，从而使得激光焊接技术在铝合金重要部件的焊接中的应用受到限制。这是因为：一方面，固体铝合金对激光的反射率很高，在激光焊接铝合金时，大部分激光能量被反射，激光能量利用率很低，并且大量被反射的激光可能还会对操作人员和激光设备造成损害；另一方面，激光焊接过程中，高能量密度的激光会造成铝合金中某些元素的大量蒸发和烧损，焊缝表面成形粗糙且会产生大量气孔和凹坑，焊缝成形差，焊缝表面的气孔和凹坑在动载条件下可能会成为潜在的疲劳裂纹源，严重影响接头的动载性能。激光填丝焊是一种在激光焊接工艺的基础上通过同步填充焊丝，并利用激光能量将焊丝熔化于激光焊接熔池而实现焊接的一种焊接工艺。与单独激光焊接铝合金相比，激光填丝焊可以有效改善铝合金的焊缝表面成形，目前在铝合金薄板T型接头的焊接中获得了一定的应用。但是，利用激光填丝焊焊接铝合金薄板T型接头也存在诸如激光能量利用率低、焊接速度明显降低、焊缝易在焊趾位置出现应力集中、焊缝根部易存在大量气孔等不足，这些不足是由激光填丝焊本身固有特点所决定的，因此很难完全克服。

要解决铝合金薄板T型接头的优质、高效、低变形焊接技术问题，必须开发一种焊接速度快、热源能量集中、焊接热输入低、焊缝成形好、单位长度焊缝的填充金属量小、焊接飞溅小、焊接过程稳定性高的焊接新工艺方法，而热源能量集中、焊缝熔深大、焊接速度快、焊接变形小的激光焊与焊接飞溅少、电弧稳定性高、焊接热输入相对较低的精确波形控制短路过渡弧焊复合可为铝合金薄板T型接头的焊接提供一个完美的技术解决方案。

发明内容：