[发明专利]一种变厚度高强铝合金的电子束焊接工艺方法

说明书

本发明公开了一种变厚度高强铝合金的电子束焊接工艺方法，包括以下步骤：步骤一、将高强铝合金加工成焊接试样，对试样进行清理，清除试样表面氧化膜和污染物；其中，高强铝合金为Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金，各化学成分及质量分数为：Zn 5.1％～6.1％，Mg 2.0％～3.0％，Cu 1.2％～2.0％，Si≤0.50％，Mn≤0.15％，Ti≤0.10％，Cr 0.16％～0.30％，Fe≤0.50％，其余为Al；步骤二、第一道焊：将试样装夹固定在电子束焊机的真空室中，采用对接接头型式，沿试样长度方向进行对接焊，在焊接过程中，采用变化的电子束流进行焊接，电子束流与试样的板厚成线性关系，并在焊接过程中添加圆形电子束扫描；步骤三、修饰焊：采用圆形电子束扫描对铝合金焊缝表面进行修饰焊。本发明具有焊缝表面成形及焊接质量良好等优点。

技术领域

本发明属于铝合金焊接加工技术领域，涉及一种变厚度高强铝合金的焊接方法，尤其涉及一种变厚度高强铝合金的电子束焊接工艺方法。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金属于时效强化型铝合金，具有高的比强度、比模量、断裂韧性、抗疲劳性能和耐蚀性等，广泛应用于飞机、轨道车辆、核工业、火箭、汽车和造船等领域中高强度结构件的制造。焊接是制造机械零部件(构件)的主要加工手段之一。由于焊接结构具有接头强度高、结构设计灵活性大、可减轻构件质量等优点，因此，焊接技术的开发与应用已成为扩大高强铝合金在工业生产中应用的关键。

高强铝合金在熔化焊接过程中存在的主要问题有：焊缝气孔、焊接热裂纹、接头区软化等。铝合金在熔化焊接过程中，由于氢在固态Al与液态Al中的溶解度不同，在焊接快速加热和冷却过程中，熔池金属中的氢来不及逸出，将在焊缝中残留形成气孔。由于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中的Zn、Cu元素含量较高，焊接时熔池金属的流动性较差，焊缝的结晶温度范围宽，易产生热裂纹；此外，高强铝合金属于时效强化型合金，在焊接过程中，受焊接热循环作用，热影响区中的强化相溶解，导致接头区发生软化，降低接头的强度系数。针对变厚度铝合金结构件的焊接，为了获得良好的接头焊缝成形，随着沿焊接长度方向上试样厚度的变化，电子束工艺参数需要相应作逐渐调整，以适应试样焊接时厚度变化所需的合适焊接热输入。

在铝合金的熔化焊接过程中，降低焊缝热裂纹倾向和尽量减轻铝合金焊缝中的气孔率等，以提高焊接接头的质量，一直是焊接工作者努力追求的目标。在焊接方法的选择上，采用电子束焊接工艺，有利于减少焊接热输入，电子束焊接时的真空环境有利于获得纯净度高的焊缝。在焊接过程中，添加一定频率和幅度的圆形电子束扫描，可增强对熔池金属的搅拌作用，有利于改善熔池金属的流动性和焊缝结晶形态，使焊缝中的合金元素均匀分布，促进熔池中的气体逸出，可大大减轻焊缝的气孔倾向，配合使用的修饰焊，可进一步改善焊缝表面成形，细化晶粒，起到提高接头质量的作用。

高强铝合金作为航空航天等领域应用广泛的结构材料之一，经常用于制作焊接结构件。因此，有必要研究开发Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金及其变厚度结构的真空电子束焊接工艺。

发明内容

本发明提供一种变厚度高强铝合金的电子束焊接工艺方法，其特点是在电子束焊接过程中，综合采取焊接线能量和电子束流能量密度控制，以适应沿焊接方向试样的厚度变化所需要的焊接热输入。同时，在第一道焊(主焊)时添加圆形电子束扫描，随后进行修饰焊工艺处理，可增强对熔池金属的搅拌作用，改善焊缝的结晶形态，促进熔池金属中的气体逸出，大大减轻焊缝的气孔倾向，同时改善焊缝表面成形，促进焊缝中合金元素均匀分布，并细化晶粒，显著改善焊接接头的质量，从而实现变厚度高强铝合金的电子束焊接，以确保高强铝合金焊接构件能在航空航天等领域中安全服役。