CN108581175A - 一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法 - Google Patents

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孙巍
康铭
徐玉君
韩文宇
金文福
郭廷凯
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杨睿
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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，包括对待焊工件的焊前清洗、利用夹紧工装将待焊工件的组对装配、预焊接的点固位置开坡口、对开坡口处进行定位焊接、焊缝的打磨清理以及对待焊工件焊缝的搅拌摩擦焊，解决了现有的搅拌摩擦焊焊接过程中，接头组对间隙不易控制，搅拌摩擦焊焊接质量不稳定，对工装要求高等系列问题。

Description

一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法。
背景技术
搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年提出的一种固相连接方法，具有焊接接头成形美观、综合力学性能良好、焊接变形小、绿色环保和无需焊材等优点，适用于铝合金焊接，在造船、航空、航天及轨道交通等领域获得了广泛的推广和应用。
但由于其技术特点，搅拌摩擦焊对工件组对间隙要求极高，生产中常常采用工装刚性夹持，以实现法向压紧、侧向顶紧，某些情况下工装夹具不足以满足需求或某些结构不适合使用工装，在焊接过程中搅拌头的前进力和旋转的作用易产生接头间隙过大或间隙大小不均匀，会导致焊接过程不稳定，甚至产生隧道、表面犁沟等缺陷，影响产品合格率、降低生产效率。
现有手段常采用搅拌摩擦焊预焊接的方法进行预先焊接，以保证焊接间隙满足搅拌摩擦焊需求，但需频繁的对搅拌头的规格进行更换，工作效率低不易于机械化批量生产。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有的搅拌摩擦焊焊接过程中，接头组对间隙不易控制，搅拌摩擦焊焊接质量不稳定，对工装要求高等系列问题，提供一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法。
为达到上述目的，本发明提供一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，该方法包括如下步骤：
A、焊前清理：
a、预清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25～50mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接工件表面油污、灰尘；
b、去除氧化膜：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25～50mm的范围内采用机械式铝合金专用打磨工具去除待焊接工件表面的氧化膜；
c、终清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25～50mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接工件表面的残余废屑；
B、组对装配：利用夹紧工装将待焊工件两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊工件焊缝间隙≤0.4mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.5mm，待焊工件的厚度≥2mm；
C、开坡口：将待焊工件预焊接的点固位置利用旋转锉开坡口，坡口长度≥30mm，坡口深度≥2mm，坡口间距为100～500mm；
D、定位焊接：利用MIG熔化焊的方法对开坡口处进行焊接，保证填充金属将坡口处填满，焊缝余高高出母材约1～3mm；
E、焊缝打磨及清理：利用打磨工具将定位焊缝打磨平整，不得伤及母材，清理待焊工件表面的打磨碎屑；
F、焊接：调整搅拌摩擦焊的焊接工艺参数，对待焊工件的焊缝进行搅拌摩擦焊。
进一步，步骤A中机械式铝合金专用打磨工具为电动钢丝碗刷。
进一步，步骤B中夹紧工装为液压式压臂。
进一步，步骤C中待焊工件预焊接的点固位置均匀分部在待焊工件的焊缝中，旋转锉为气动式旋转锉。
进一步，步骤D中MIG熔化焊所用焊丝为直径1.2mm的ER5356铝镁焊丝，焊接电流为120～150A，焊接电压为19～20V，焊接速度为400～500mm/min，惰性保护气体的流量为23～27L/min。
进一步，步骤E中的打磨工具为气动式千叶片。
进一步，步骤F中焊接工艺参数为：焊接压力为15～20KN，搅拌针长度为5.5～6.0mm，搅拌头前倾角为1～3°，搅拌头的转速为1500～2000r/min，搅拌头的焊速为800～1500r/min，惰性保护气体的流量为23～27L/min。
进一步，惰性保护气体为氩气。
本发明的有益效果在于：
1、本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，在搅拌摩擦焊的工序前增加了定位焊接，通过对待焊工件的焊缝中均匀布设点固位置，通过气动式旋转锉将点固位置开坡口，采用MIG熔化焊的方法对开坡口处进行焊接，能够将待焊工件的焊缝初步固定，解决了待焊工件焊缝焊接的过程中，由于搅拌头的前进力和旋转的作用使得焊缝接头间隙过大或者间隙大小不均匀，导致的焊接过程不稳定的问题。通过本发明搅拌摩擦焊焊接后的工件表面无隧道、表面犁沟等缺陷，工件的产品合格率和生产效率高，提高了搅拌摩擦焊焊缝质量的稳定，降低了搅拌摩擦焊对工装的绝对依赖。
2、本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，对搅拌摩擦焊产品夹紧工装等要求的降低，可减少工装的制作成本，保证产品质量稳定性的同时降低生产成本。
3、本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，有效的解决了搅拌摩擦焊产品接头装配间隙要求严格的问题，保证了接头组对间隙的稳定和一致，同时该铝合金搅拌摩擦焊方法操作简单、方便，同时也提高了生产效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法的工艺流程图；
图2为本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法中待焊工件焊缝定位焊接后焊缝的结构示意图；
图3为本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法中待焊工件焊缝定位焊接后焊缝打磨清理的结构示意图；
图4为本发明带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法中待焊工件焊缝焊接后的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法如图1所示，该方法包括如下步骤：
待焊工件焊接材料的规格为2000mm*150mm*6mm的6005A-T6铝合金挤压型材，其化学成分的质量分数如表1所示：
表1
Si Mg Fe Cu Mn Cr Ti Zn Al 其他
0.66 0.53 0.16 0.14 0.26 0.16 0.02 0.02 98.02 余量
A、焊前清理：
a、预清洗：将两块等规格6005A-T6铝合金型材待焊接接头的坡口面以及附近25mm区域内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接工件表面油污、灰尘；
b、去除氧化膜：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm区域内采用电动钢丝碗刷打磨去除待焊接工件表面的氧化膜；
c、终清洗：将待焊接型材焊接接头的坡口面以及附近25mm区域内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接工件表面的残余废屑，将待焊接型材的坡口面和附近区域清洗干净；
B、组对装配：将这两块等规格6005A-T6铝合金型材放在待焊工装平台上，利用夹紧工装将待焊型材两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊型材焊缝间隙≤0.4mm，焊缝两侧待焊型材的错边量≤0.5mm；
C、开坡口：将待焊型材预焊接的点固位置利用气动式旋转锉在待焊型材的焊缝中均匀开设4段坡口，坡口长度为50mm，坡口深度为2mm，坡口间距为400mm；
D、定位焊接：利用福尼斯TPS5000焊机对开坡口处进行焊接，保证填充金属将坡口处填满，焊缝余高高出母材约1mm，焊机的焊接方法为MIG熔化焊，MIG熔化焊的焊接工艺参数如表2所示：
表2
焊接方法 填充金属 焊丝直径 焊接电流 焊接电压 焊接速度 氩气流量
MIG ER5356 1.2mm 130A 19.4V 450mm/min 25L/min
E、焊缝打磨及清理：利用气动式千叶片将定位焊缝打磨平整，不得伤及母材，清理待焊型材表面的打磨碎屑；
F、焊接：采用伊萨动龙门搅拌摩擦焊设备对待焊型材进行搅拌摩擦焊接，焊接工艺参数如表3所示：
表3
焊接方法 搅拌针长度 前倾角 焊接压力 搅拌头转速 焊接速度 氩气流量
FSW 5.8mm 1.5° 18KN 1600r/min 1000mm/min 25L/min
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤D中MIG熔化焊的焊接工艺参数如表4所示：
表4
焊接方法 填充金属 焊丝直径 焊接电流 焊接电压 焊接速度 氩气流量
MIG ER5356 1.2mm 120A 19V 400mm/min 23L/min
步骤F中搅拌摩擦焊接的焊接工艺参数如表5所示：
表5
焊接方法 搅拌针长度 前倾角 焊接压力 搅拌头转速 焊接速度 氩气流量
FSW 5.5mm 1° 15KN 1500r/min 800mm/min 23L/min
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤D中MIG熔化焊的焊接工艺参数如表6所示：
表6
焊接方法 填充金属 焊丝直径 焊接电流 焊接电压 焊接速度 氩气流量
MIG ER5356 1.2mm 150A 20V 500mm/min 27L/min
步骤F中搅拌摩擦焊接的焊接工艺参数如表7所示：
表7
焊接方法 搅拌针长度 前倾角 焊接压力 搅拌头转速 焊接速度 氩气流量
FSW 6.0mm 3° 20KN 2000r/min 1500mm/min 27L/min
对比例
一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，该方法包括如下步骤：
待焊工件焊接材料的规格为2000mm*150mm*6mm的6005A-T6铝合金挤压型材，其化学成分的质量分数如表8所示：
表8
Si Mg Fe Cu Mn Cr Ti Zn Al 其他
0.66 0.53 0.16 0.14 0.26 0.16 0.02 0.02 98.02 余量
A、焊前清理：
a、预清洗：将两块等规格6005A-T6铝合金型材待焊接接头的坡口面以及附近25mm区域内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接工件表面油污、灰尘；
b、去除氧化膜：将待焊型材焊接接头的坡口面以及附近25mm区域内采用电动钢丝碗刷打磨去除待焊接工件表面的氧化膜；
c、终清洗：将待焊接型材焊接接头的坡口面以及附近25mm区域内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接工件表面的残余废屑，将待焊接型材的坡口面和附近区域清洗干净；
B、组对装配：将这两块等规格6005A-T6铝合金型材放在待焊工装平台上，利用夹紧工装将待焊型材两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊型材焊缝间隙≤0.4mm，焊缝两侧待焊型材的错边量≤0.5mm；
D、焊接：采用伊萨动龙门搅拌摩擦焊设备对待焊型材进行搅拌摩擦焊接，焊接工艺参数如表9所示：
表9
焊接方法 搅拌针长度 前倾角 焊接压力 搅拌头转速 焊接速度 氩气流量
FSW 5.8mm 1.5° 18KN 1600r/min 1000mm/min 25L/min
实施例1焊后铝合金型材的表面形貌如图2～4所示，焊后的铝合金型材表面成型良好，无犁沟缺陷。分别对实施例1的有熔焊定位焊缝和对比例的无熔焊定位焊缝区进行横向拉伸性能检测，发现实施例1制备的铝合金型材焊缝的拉伸强度达到235MPa高出对比例12MPa，屈服强度达到148MPa高出对比例8MPa，延伸率8.4％高出对比例0.6％。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A、焊前清理：
a、预清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25～50mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇清洗待焊接工件表面油污、灰尘；
b、去除氧化膜：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25～50mm的范围内采用机械式铝合金专用打磨工具去除待焊接工件表面的氧化膜；
c、终清洗：将待焊工件焊接接头的坡口面以及附近25～50mm的范围内采用无纺布蘸取丙酮或乙醇再次清洗待焊接工件表面的残余废屑；
B、组对装配：利用夹紧工装将待焊工件两侧压紧并施加侧顶力，保证待焊工件焊缝间隙≤0.4mm，焊缝两侧待焊工件的错边量≤0.5mm，待焊工件的厚度≥2mm；
C、开坡口：将待焊工件预焊接的点固位置利用旋转锉开坡口，坡口长度≥30mm，坡口深度≥2mm，坡口间距为100～500mm；
D、定位焊接：利用MIG熔化焊的方法对开坡口处进行焊接，保证填充金属将坡口处填满，焊缝余高高出母材约1～3mm；
E、焊缝打磨及清理：利用打磨工具将定位焊缝打磨平整，不得伤及母材，清理待焊工件表面的打磨碎屑；
F、焊接：调整搅拌摩擦焊的焊接工艺参数，对待焊工件的焊缝进行搅拌摩擦焊。
2.如权利要求1所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤A中机械式铝合金专用打磨工具为电动钢丝碗刷。
3.如权利要求2所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤B中夹紧工装为液压式压臂。
4.如权利要求3所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤C中待焊工件预焊接的点固位置均匀分部在待焊工件的焊缝中，旋转锉为气动式旋转锉。
5.如权利要求4所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤D中MIG熔化焊所用焊丝为直径1.2mm的ER5356铝镁焊丝，焊接电流为120～150A，焊接电压为19～20V，焊接速度为400～500mm/min，惰性保护气体的流量为23～27L/min。
6.如权利要求5所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤E中的打磨工具为气动式千叶片。
7.如权利要求6所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，步骤F中焊接工艺参数为：焊接压力为15～20KN，搅拌针长度为5.5～6.0mm，搅拌头前倾角为1～3°，搅拌头的转速为1500～2000r/min，搅拌头的焊速为800～1500r/min，惰性保护气体的流量为23～27L/min。
8.如权利要求5～7任一所述带熔焊定位焊缝的铝合金搅拌摩擦焊方法，其特征在于，惰性保护气体为氩气。
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