CN113604716A - 一种2014a铝合金材料及其焊接工艺 - Google Patents

一种2014a铝合金材料及其焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铝合金制造技术领域，具体公开了一种2014A铝合金材料及其焊接工艺，其焊接工艺主要包括工件焊缝坡口预制、工件清洗、氧化层清理、定位焊工件组装、工件预处理、焊接方式及材料选择、工件焊接、焊接后处理。2014A铝合金是一种高强度锻造铝合金，他含有较高的Cu元素，比2014铝合金降低了Fe元素和Si元素的含量，另添加了Ni,Ti,Zr元素，采用低温快速的焊接方法，尽量减少焊缝的热输入量和减少吸氢吸氧量，然后采用补充流失金属的办法进行焊接，及合理的气体保护气体，达到了非常好的效果。

Description

一种2014A铝合金材料及其焊接工艺
技术领域
本发明涉及铝合金制造技术领域，具体涉及一种2014A铝合金材料及其焊接工艺。
背景技术
铝在空气中焊接时极易氧化，生成的氧化铝熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。
2014A铝合金是一种高强度锻造铝合金，他含有较高的Cu元素，比2014铝合金降低了Fe元素和Si元素的含量，另添加了Ni,Ti,Zr元素，该铝合金在焊接过程中很容易造成金属成分流失和晶间颗粒粗大，具有非常大的变形和裂纹倾向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种2014A铝合金材料及其焊接工艺，能够解决现有2014A铝合金材料在焊接过程中容易造成金属成分流失和晶间颗粒粗大，具有非常大的变形和裂纹倾向的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种2014A铝合金，其材料质量百分比为：Si：0.6～1.2％，Fe：≤0.700％， Cu:3.9％～4.8％，Mn：0.40％～1.0％，Mg：0.40％～0.8％，Zn:≤0.30％， Ti：≤0.15％，Ni：≤0.10％，其他杂质单个≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al。
一种2014A铝合金的焊接工艺，包括以下步骤：
S1、工件焊缝坡口预制：需要焊接的工件焊缝位置，设置有坡口；
S2、工件清洗：将加工成型需要焊接的工件材料清洗去油污；
S3、氧化层清理：工件焊接点处采用304不锈钢钢丝刷清理工件氧化层，清理宽度为5cm，然后采用清洗剂清洗焊缝四周；
S4、定位焊工件组装：设置对应的定位工装，将焊接工件对应组装在定位工装上，安装时预留焊接收缩量，待焊缝冷却后再拆除工装，但工件与焊接平台接触过的焊接部位须重新按前述要求清洁；
S5、工件预处理：将工件放入烘箱加热保温两小时，温度设置在110-120 度，焊丝同温保温15分钟；
S6、焊接方式及材料选择：采用钨极氩弧焊，逆变式交直流脉冲氩弧焊机，焊丝采用ER2319铝合金焊丝，保护气体采用He50％+Ar50％混合保护气体；
S7、工件焊接：对定位后的工件进行焊接，焊接过程中熔池温度控制在800 度以内，层间温度控制在120度之内，避免母材自熔；
S8、焊接后处理：工件整体焊接完毕后，对焊缝进行打磨，确保焊缝粗糙度符合要求，同时对工件进行T6热处理时效，然后对焊接打磨完成后的机架进行无损探伤检测，查看是否有气孔、裂纹、未焊透、未融合等缺陷。
进一步的，所述步骤S1中预制坡口角度不小于70度。
进一步的，所述步骤S2中工件材料清洗剂采用丙酮。
进一步的，所述步骤S4中，工件安装时，焊缝预留间隙不小于1mm。
进一步的，所述步骤S6中钨极采用多元稀土钨极，钨极应修磨成大锥度、圆球端的形状，光滑均匀；钨极伸出长度控制在3mm以内，钨极离熔池距离3mm 以内；焊接过程中，熔池和焊丝不得碰钨，焊枪与工件角度呈80-85度，焊丝与工件呈10-15度，匀速焊接，焊接铝合金避免摆弧，以免形成气体保护流的紊乱，避免造成焊缝质量下降。
进一步的，所述步骤S7中，工件焊接后保温15分钟以上，保温温度为150 度，保温后随炉缓冷。
进一步的，焊接后焊缝抗拉强度为394MPa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中2014A铝合金是一种高强度锻造铝合金，他含有较高的Cu元素，比2014铝合金降低了Fe元素和Si元素的含量，另添加了Ni,Ti,Zr元素，该铝合金在焊接过程中采用低温快速的焊接方法，尽量减少焊缝的热输入量和减少吸氢吸氧量，然后采用补充流失金属的办法进行焊接，及合理的气体保护气体，达到了非常好的效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种2014A铝合金，其材料质量百分比为：Si：0.6～1.2％，Fe：≤0.700％， Cu:3.9％～4.8％，Mn：0.40％～1.0％，Mg：0.40％～0.8％，Zn:≤0.30％， Ti：≤0.15％，Ni：≤0.10％，其他杂质单个≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
将机架需要焊接的工件准备完善，需要焊接的工件焊缝位置，设置有坡口，预制坡口角度不小于70度，坡口的形状根据焊接工件进行设置，可设置为V型坡口等，然后将加工成型需要焊接的工件材料清洗去油污；清洗时可采用丙酮进行清洗；
清洗完毕后，工件焊接点处采用304不锈钢钢丝刷清理工件氧化层，清理宽度为5cm，然后采用清洗剂清洗焊缝四周；
设置对应的定位工装，将焊接工件对应组装在定位工装上，安装时预留焊接收缩量，焊缝预留间隙不小于1mm，待焊缝冷却后再拆除工装，但工件与焊接平台接触过的焊接部位须重新按前述要求清洁；
将工件放入烘箱加热保温两小时，温度设置在110-120度，焊丝同温保温 15分钟；采用钨极氩弧焊，逆变式交直流脉冲氩弧焊机，焊丝采用ER2319铝合金焊丝，保护气体采用He50％+Ar50％混合保护气体，钨极应修磨成大锥度、圆球端的形状，光滑均匀；钨极伸出长度控制在3毫米以内，钨极离熔池距离3毫米以内，焊接过程中熔池和焊丝不得碰钨，如有出现碰钨必须用合金工具清理干净并重新修磨钨极后才能继续施焊；焊接过程中，要保证焊枪横向和纵向的角度稳定，焊枪与工件角度呈80-85度，焊丝与工件呈10-15度，匀速焊接，焊接铝合金避免摆弧，以免形成气体保护流的紊乱，避免造成焊缝质量下降；
焊接过程中，工件焊接过程中熔池温度控制在800度以内，层间温度120 度以内，工件焊接后保温15分钟以上，保温温度为150度，保温2小时后随炉缓冷；
在焊接过程中应避免材料表面的划伤和磕碰，焊纹要光滑漂亮、流畅无缺陷，焊缝质量必须达到国家‖级焊缝标准以上；焊接过程中应有专业人员进行抽检，焊接完成后再进行全面检测，若发现质量瑕疵应用合金工具刨开至缺陷根部再进行补焊修复，但只允许修复一次，如果修复后仍不合格须更换相关母材重新加工。
整体焊接完成后进行振动时效处理，消除多余的焊接应力；机架整体焊接完毕后，对焊缝进行打磨，焊缝粗糙度应符合对应要求；对焊接打磨完成后的机架进行无损探伤检测，查看是否有气孔、裂纹、未焊透、未融合等缺陷。
2014A铝合金材料工件通过该种焊接方式进行焊接后，制成的工件强度高，抗拉强度σb(MPa)：394MPa，采用低温快速的焊接方法，尽量减少焊缝的热输入量和减少吸氢吸氧量，然后采用补充流失金属的办法进行焊接，及合理的气体保护气体，达到了非常好的效果，广泛应用在了高温高压水冷循环的火箭发动机和舰船发动机冷却循环体上。
本说明书中所谈到的“实施例”，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种2014A铝合金，其特征在于，其材料质量百分比为：Si：0.6～1.2％，Fe：≤0.700％，Cu:3.9％～4.8％，Mn：0.40％～1.0％，Mg：0.40％～0.8％，Zn:≤0.30％，Ti：≤0.15％，Ni：≤0.10％，其他杂质单个≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、工件焊缝坡口预制：需要焊接的工件焊缝位置，设置有坡口；
S2、工件清洗：将加工成型需要焊接的工件材料清洗去油污；
S3、氧化层清理：工件焊接点处采用304不锈钢钢丝刷清理工件氧化层，清理宽度为5cm，然后采用清洗剂清洗焊缝四周；
S4、定位焊工件组装：设置对应的定位工装，将焊接工件对应组装在定位工装上，安装时预留焊接收缩量，待焊缝冷却后再拆除工装，但工件与焊接平台接触过的焊接部位须重新按前述要求清洁；
S5、工件预处理：将工件放入烘箱加热保温两小时，温度设置在110-120度，焊丝同温保温15分钟；
S6、焊接方式及材料选择：采用钨极氩弧焊，逆变式交直流脉冲氩弧焊机，焊丝采用ER2319铝合金焊丝，保护气体采用He50％+Ar50％混合保护气体；
S7、工件焊接：对定位后的工件进行焊接，焊接过程中熔池温度控制在800度以内，层间温度控制在120度之内，避免母材自熔；
S8、焊接后处理：工件整体焊接完毕后，对焊缝进行打磨，确保焊缝粗糙度符合要求，同时对工件进行T6热处理时效，然后对焊接打磨完成后的机架进行无损探伤检测，查看是否有气孔、裂纹、未焊透、未融合等缺陷。
3.根据权利要求2所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S1中预制坡口角度不小于70度。
4.根据权利要求2所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S2中工件材料清洗剂采用丙酮。
5.根据权利要求2所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S4中，工件安装时，焊缝预留间隙不小于1mm。
6.根据权利要求2所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S6中钨极采用多元稀土钨极，钨极应修磨成大锥度、圆球端的形状，光滑均匀；钨极伸出长度控制在3mm以内，钨极离熔池距离3mm以内；焊接过程中，熔池和焊丝不得碰钨，焊枪与工件角度呈80-85度，焊丝与工件呈10-15度，匀速焊接，焊接铝合金避免摆弧，以免形成气体保护流的紊乱，避免造成焊缝质量下降。
7.根据权利要求2所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S7中，工件焊接后保温15分钟以上，保温温度为150度，保温后随炉缓冷。
8.根据权利要求1所述的一种2014A铝合金的焊接工艺，其特征在于：焊接后焊缝抗拉强度为394MPa。
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