CN112692421A - 一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法 - Google Patents

一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，具体步骤如下：首先，将铅合金圆环与铝合金圆片待焊表面的油污和氧化膜清理干净；之后将铅合金圆环和铝合金圆片装入定位焊接工装，装夹好待焊试件后，采用电子束设备进行对称定位焊接。然后进行密封焊接，将电子束束斑聚焦于铅合金圆环与铝合金圆片焊接界面的中心，以较小的束斑进行焊接，同时采用束流偏转的方式对熔池进行搅拌，促进两种合金的形成的熔池之间的扩散和混合，得到密封性良好的焊缝，氦质谱检漏表明焊缝的漏率为小于1×10‑9Pa·m3/s。

Description

一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法
技术领域
本发明涉及金属材料焊接工艺技术领域，特别涉及一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法。
背景技术
铅合金及铝合金作为结构材料在电子工业、仪器仪表及一些特定领域得到了广泛应用，在实际使用过程中不可避免会遇到将二者实现连接问题。铅合金的熔点极低，为370℃左右，铅对氧的亲和力强，在焊接过程中，铅表面容易生成氧化薄膜，氧化铅的熔点较高，密度较小，其可以阻碍熔池内液体金属的熔合，产生夹杂、未焊透等缺陷；铝合金的熔点为650℃左右，导热性良好，但焊接过程中容易出现气孔和变形等缺陷。目前真空钎焊的工艺是实现铅合金与铝合金连接的有效方法，其具有真空炉中整体加热、采用低熔点钎料及采用钎剂去除氧化膜等特点，该工艺方法难以满足对热敏感或具有较高环境工作温度的产品的要求。因此开发一种铅合金与铝合金异种材料之间的焊接方法，其具有局部加热，并利用母材自熔化形成焊接接头等优点，满足一些不允许对产品整体加热或较高使用环境的特定需求，以克服真空钎焊的不足就显得尤为必要。但铅合金与铝合金之间热物理性能差异较大，将铅合金和铝合金焊接为一体时容易出现因热膨胀系数差异较大而引起焊接裂纹的问题，同时二者之间由于材料的密度及熔点相差很大，导致熔池内形成界面产生相容性问题，熔池冷却后保留各自界面问题，因此通过焊接这种局部加热的方式形成具有一定的强度和良好的密封性焊接接头的难度较大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，采用电子束焊接时，通过调整焊接参数控制电子束作用于焊缝的方式，既保证同时熔化两种熔点差异较大的金属，又不至于使低熔点合金大量蒸发和流失，造成焊接缺陷，同时还需使两种几乎不互溶的金属形成冶金结合，避免因热应力过大导致焊缝开裂。通过工艺试验，解决了焊接过程中两种金属不熔合、气孔和裂纹等问题，获得了具有一定强度且密封性好的焊接接头。
本发明采用的技术方案如下：一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，包括以下步骤：
步骤1、去除铅合金圆环与铝合金圆片表面的油污与氧化膜；
步骤2、将铅合金圆环和铝合金圆片以所需焊接形式装入定位焊接工装，并用转台的三爪卡盘将焊接工装固定；
步骤3、采用对称定位方式对铅合金圆环与铝合金圆片进行定位焊接，取下定位焊接工装得到完成定位焊接的试件；
步骤4、完成定位焊接的试件装入密封焊接夹具，并固定到转台的三爪卡盘上；
步骤5、采用电子束焊接设备对铅合金圆环和铝合金圆片完成焊接，取下密封焊接夹具，完成焊接。
进一步的，所述步骤1的具体过程为：首先采用丙酮清洗铅合金圆环与铝合金圆片表面，再用800#金相砂纸打磨至待焊接表面出现金属光泽，最后用酒精清洗并吹干。
进一步的，所述步骤3的定位焊接参数为：加速电压130～150kV、束流1.6mA～1.8mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15Hz，焊接速度600mm/min～800mm/min。
进一步的，所述步骤3的定位焊接过程中，每段定位焊缝的度数为15～20度，定位焊缝数量为偶数，且至少为4条。
进一步的，所述步骤5中，焊接时，将电子束斑聚焦到电子束焊机的最小值，并作用于铅合金圆环与铝合金圆片的待焊界面中心进行焊接，焊接参数为：加速电压130～150kV、束流2.2mA～2.6mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15Hz，焊接速度600mm/min～800mm/min，通过该焊接方式提高了Pb-Al界面中心温度，促进界面铅氧化物、铝氧化物分解及溶解，减少铅铝熔合的阻碍，促进了两种合金在界面处更好的熔合。
进一步的，步骤3与步骤5的焊接过程中，铝合金圆片的表面低于铅合金圆环表面高度0.2～0.3mm。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：采用电子束对铅合金和铝合金进行焊接，在焊接过程中采用电子束流偏转振荡、束流作用于Pb-Al界面中心(而不是偏向高熔点一侧)及尽可能降低作用于界面电子束斑点直径(锐聚焦Sharp focussing)等方式，采用这两种方式均是为了提高Pb-Al界面中心温度，促进界面铅氧化物、铝氧化物分解及溶解，减少铅铝熔合的阻碍，促进了两种合金在界面处更好的熔合，使Pb-Al界面实现了冶金结合，所获得试件及界面结合状态如图4、图5所示，在局部加热的条件下获得了变形小、强度高及较好密封性的焊接接头。
附图说明
图1为本发明焊接方法流程图；
图2为本发明焊接方法中定位焊装夹步骤后的焊接工装与工件的剖视图；
图3为本发明焊接方法中定位焊步骤后的俯视示意图；
图4为本发明焊接方法中密封焊接步骤后的示意图
图5为采用本发明焊接方法焊接后的铅合金与铝合金界面熔合的扫描电镜形貌。
附图标记：1-压盖，2-铅合金圆环，3-铝合金圆片，4-转轴，5-定位焊缝，6-待焊接面，7-密封焊缝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，使焊接接头具有一定的强度和良好的密封性，具体方案如下：
步骤1、去除铅合金圆环与铝合金圆片表面的油污与氧化膜；
步骤2、将铅合金圆环和铝合金圆片以所需焊接形式装入定位焊接工装，并用转台的三爪卡盘将焊接工装固定，如图2所示；
步骤3、采用对称定位方式对铅合金圆环与铝合金圆片进行定位焊接，取下定位焊接工装得到完成定位焊接的试件，如图3所示；
步骤4、完成定位焊接的试件装入密封焊接夹具，并固定到电子束焊机转台的三爪卡盘上；
步骤5、采用电子束焊接设备对铅合金圆环和铝合金圆片完成焊接，取下密封焊接夹具，完成焊接，如图4所示。
优选的，所述步骤1采用丙酮清洗铅合金圆环与铝合金圆片表面，再用800#金相砂纸打磨至待焊接表面出现金属光泽，最后用酒精清洗并吹干。
优选的，所述步骤3的定位焊接参数为：加速电压130～150kV、束流1.6mA～1.8mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15Hz，焊接速度600mm/min～800mm/min。
优选的，所述步骤3的定位焊接过程中，每段定位焊缝的度数为15～20度，定位焊缝数量为偶数，且至少为4条。
优选的，所述步骤5中，焊接时，将电子束斑聚焦到电子束焊机的最小值，并作用于铅合金圆环与铝合金圆片的待焊界面中心进行焊接，焊接参数为：加速电压130～150kV、束流2.2mA～2.6mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15Hz，焊接速度600mm/min～800mm/min。通过该焊接方式提高了Pb-Al界面中心温度，促进界面铅氧化物、铝氧化物分解及溶解，减少铅铝熔合的阻碍，促进了两种合金在界面处更好的熔合。
优选的，步骤3与步骤5的焊接过程中，铝合金圆片的表面低于铅合金圆环表面高度0.2～0.3mm。
实施例1
本实施例以Φ90mm(内径)×5mm(壁厚)×10mm(高)的铅合金圆环与Φ90mm(内径)×1mm(壁厚)铝合金圆片焊接过程为例，阐述本发明提出的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1：将Φ90mm(内径)×5mm(壁厚)×10mm(高)的铅合金圆环与Φ90mm(内径)×1mm(壁厚)铝合金圆片表面的油污和氧化膜清理干净，使表面呈金属光泽；
步骤2：将铅合金圆环和铝合金圆片装入定位焊接工装，随后将定位焊接工装固定到转台的三爪卡盘上；
步骤3：采用对称定位焊接方法对铅合金圆环与铝硅圆片进行定位焊接，定位焊接参数为；加速电压130kV、束流1.6mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15-20Hz，焊接速度800mm/min，四段对称焊接，定位焊接圆弧度数为15°；
步骤4：取下定位焊接工装，得到铅-铝合金定位焊接试件；
步骤5：将完成定位焊接的试件装入密封焊接夹具，并固定到电子束焊机转台的三爪卡盘上；
步骤6：将电子束斑聚焦到电子束焊机的最小值(束斑直径约0.4mm),并作用于两种合金的界面中心位置，使用束流偏转的方式进行焊接，焊接参数为：焊接参数为：加速电压130～150kV、束流2.2mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15-20Hz，焊接速度800mm/s。
步骤7：取下密封焊接夹具，得到铅合金与铝合金的焊接接头。
实施例2
本实施例以Φ160mm(内径)×5mm(壁厚)×10mm(高)的铅合金圆环与Φ160mm(内径)×2mm(壁厚)铝合金圆片焊接过程为例，阐述本发明提出的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1：将Φ160mm(内径)×5mm(壁厚)×10mm(高)的铅合金圆环与Φ160mm(内径)×2mm(壁厚)铝合金圆片表面的油污和氧化膜清理干净，使表面呈金属光泽；
步骤2：将铅合金圆环和铝合金圆片装入定位焊接工装，随后将定位焊接工装固定到转台的三爪卡盘上；
步骤3：采用对称定位焊接方法对铅合金圆环与铝硅圆片进行定位焊接，定位焊接参数为；加速电压130～150kV、束流1.8mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15-20Hz，焊接速度600mm/min，四段对称焊接，定位焊接圆弧度数为15°；
步骤4：取下定位焊接工装，得到铅-铝合金定位焊接试件；
步骤5：将完成定位焊接的试件装入密封焊接夹具，并固定到电子束焊机转台的三爪卡盘上；
步骤6：将电子束斑聚焦到电子束焊机的最小值(束斑直径约0.4mm),并作用于两种合金的界面中心位置，使用束流偏转的方式进行焊接，焊接参数为：焊接参数为：加速电压150kV、束流2.4mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15-20Hz，焊接速度600mm/s。
步骤7：取下密封焊接夹具，得到铅合金与铝合金的焊接接头。
实施例3
本实施例以Φ200mm(内径)×5mm(壁厚)×10mm(高)的铅合金圆环与Φ200mm(内径)×3mm(壁厚)铝合金圆片焊接过程为例，阐述本发明提出的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1：将Φ200mm(内径)×5mm(壁厚)×10mm(高)的铅合金圆环与Φ200mm(内径)×3mm(壁厚)铝合金圆片表面的油污和氧化膜清理干净，使表面呈金属光泽；
步骤2：将铅合金圆环和铝合金圆片装入定位焊接工装，随后将定位焊接工装固定到转台的三爪卡盘上；
步骤3：采用对称定位焊接方法对铅合金圆环与铝硅圆片进行定位焊接，定位焊接参数为；加速电压130～150kV、束流1.8mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15-20Hz，焊接速度600mm/min，六段对称焊接，定位焊接圆弧度数为20°；
步骤4：取下定位焊接工装，得到铅-铝合金定位焊接试件；
步骤5：将完成定位焊接的试件装入密封焊接夹具，并固定到电子束焊机转台的三爪卡盘上；
步骤6：将电子束斑聚焦到电子束焊机的最小值(束斑直径约0.4mm),并作用于两种合金的界面中心位置，使用束流偏转的方式进行焊接，焊接参数为：焊接参数为：加速电压130～150kV、束流2.6mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15-20Hz，焊接速度600mm/s。
步骤7：取下密封焊接夹具，得到铅合金与铝合金的焊接接头。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (6)

1.一种铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、去除铅合金圆环与铝合金圆片表面的油污与氧化膜；
步骤2、将铅合金圆环和铝合金圆片以所需焊接形式装入定位焊接工装，并用转台的三爪卡盘将焊接工装固定；
步骤3、采用对称定位方式对铅合金圆环与铝合金圆片进行定位焊接，取下定位焊接工装得到完成定位焊接的试件；
步骤4、将完成定位焊接的试件装入密封焊接夹具，并固定到转台的三爪卡盘上；
步骤5、采用电子束焊接设备对铅合金圆环和铝合金圆片完成焊接，取下密封焊接夹具，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：首先采用丙酮清洗铅合金圆环与铝合金圆片表面，再用800#金相砂纸打磨至待焊接表面出现金属光泽，最后用酒精清洗并吹干。
3.根据权利要求1所述的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，其特征在于，所述步骤3的定位焊接参数为：加速电压130～150kV、束流1.6mA～1.8mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15Hz，焊接速度600mm/min～800mm/min。
4.根据权利要求3所述的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，其特征在于，所述步骤3的定位焊接过程中，每段定位焊缝的度数为15～20度，定位焊缝数量为偶数，且至少为4条。
5.根据权利要求1所述的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，其特征在于，所述步骤5中，焊接时，将电子束斑聚焦到电子束焊机的最小值，并作用于铅合金圆环与铝合金圆片的待焊界面中心进行焊接，焊接参数为：加速电压130～150kV、束流2.2mA～2.6mA、聚焦电流为2240～2250mA，电子束偏转幅度0.2mm，频率15Hz，焊接速度600mm/min～800mm/min。
6.根据权利要求1所述的铅合金圆环与铝合金圆片的焊接方法，其特征在于，步骤3与步骤5的焊接过程中，铝合金圆片的表面低于铅合金圆环表面高度0.2～0.3mm。
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