專利名稱：鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，適用于鋁及鋁合金材料的焊接。
背景技術(shù)：
鋁及鋁合金因其具有良好的耐腐蝕性、較高的比強(qiáng)度、易加工成形、無磁性、無低溫轉(zhuǎn)變、導(dǎo)電及導(dǎo)熱性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，使鋁合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)車、機(jī)械制造、船舶、化學(xué)工業(yè)及國(guó)防軍事等領(lǐng)域，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
鎢極氬弧焊接方法是一種常用于鋁合金材料的熔化焊接方法，采用常規(guī)的鎢極氬弧焊方法焊接鋁合金時(shí)常常存在以下問題1、焊接效率低，熔深小。由于鎢電極承載電流的能力有限，且自由電弧形態(tài)較為擴(kuò)展， 電弧的功率密度較小，使形成的焊縫熔深淺，焊接速度和熔敷效率不高，在焊接中厚板時(shí)生產(chǎn)效率較低。
2、氣孔傾向大。鋁及鋁合金的液態(tài)熔池很容易吸收氣體，在高溫下熔入的大量氫， 在焊后快速冷卻和凝固過程中來不及析出而聚集在焊縫中形成氣孔。常規(guī)無填充材料的鎢極氬弧焊采用的保護(hù)氣體氬氣無脫氧和去氫作用，焊接工藝對(duì)氣孔敏感。
3、采用自動(dòng)送絲焊接時(shí)，送絲系統(tǒng)較為復(fù)雜，且送絲精度要求較高；采用手工送絲焊接時(shí)，送絲效率低下，不能進(jìn)行長(zhǎng)焊縫的連續(xù)焊接生產(chǎn)。
針對(duì)常規(guī)鎢極氬弧焊的上述問題，迫切需要一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接的高效率的氬弧焊接方法，以較低的或相近的生產(chǎn)成本來彌補(bǔ)常規(guī)鎢極氬弧焊接方法的不足，對(duì)常規(guī)氬弧焊方法形成良好的補(bǔ)充。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)常規(guī)鎢極氬弧焊技術(shù)存在的問題，提供一種容易實(shí)施，具有較高焊接效率，且氣孔傾向較小，使焊接質(zhì)量得以提高的鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，按以下步驟進(jìn)行(1)將合金粉末材料干燥后盛于送粉機(jī)構(gòu)中待用；(2)校準(zhǔn)鎢極氬弧焊槍與送粉機(jī)構(gòu)送粉噴嘴對(duì)中；(3)送粉機(jī)構(gòu)提前送粉，在氣壓作用下使合金粉末從送粉噴嘴穩(wěn)定噴出；(4)鎢極氬弧焊槍提前送氣保護(hù)待焊區(qū)域，然后引燃電弧進(jìn)行焊接；(5)待焊區(qū)域焊接完成后，停止合金粉末噴射送進(jìn)，熄弧，鎢極氬弧焊槍滯后停氣，焊接結(jié)束，焊件自然冷卻。
所述的合金粉末采用氬氣作為工作氣體輔助送進(jìn)，且送粉氣路獨(dú)立于焊接時(shí)的惰性保護(hù)氣體氣路。
所述作為填充材料的合金粉末為鋁基粉末，其中含有總量不低于5%質(zhì)量百分含量的活性成分和穩(wěn)弧成分，活性成分為Cr203、MnO2, CuO, Ti2O3中的至少一種，穩(wěn)弧成分為 Ti02、CaF2中的至少一種，活性成分與穩(wěn)弧成分按照6:4重量比例進(jìn)行配制。
所述步驟(2)校準(zhǔn)鎢電極與送粉噴嘴對(duì)中的具體做法是，使噴射送粉軸線方向與鎢電極的延長(zhǎng)線相交，并根據(jù)焊接工藝的不同形成30° 60°的入射角，最終對(duì)準(zhǔn)于工件待焊位置。
所述的合金粉末可以借助送粉機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)填充的方式添加到待焊的鋁合金材料焊縫中，也可以采用焊前預(yù)置的方式實(shí)現(xiàn)合金粉末的填充。
所述送粉工作氣體流量為每分鐘3 8升，送粉量為每分鐘150 350克。
本發(fā)明的創(chuàng)新在于采用合金粉末作為填充材料，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的鎢極氬弧焊接。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，其技術(shù)關(guān)鍵在于通過在合金粉末中添加活性成分，使合金粉末熔化后與熔化的鋁合金材料形成的熔池液相表面張力得以降低，有利于避免金屬液相在焊縫表面形成顆粒小球，從而在焊接位置潤(rùn)濕鋪展形成填充效果，焊縫表面成形良好；通過在合金粉末中添加穩(wěn)弧成分，使焊接電弧穩(wěn)定燃燒，有利于焊接過程的平穩(wěn)進(jìn)行，從而獲得高質(zhì)量焊縫；通過校準(zhǔn)鎢極氬弧焊槍和送粉機(jī)構(gòu)噴嘴的位置，使電弧能量準(zhǔn)確地集中作用于材料的待焊位置，同時(shí)使合金粉末填充料準(zhǔn)確送入待焊區(qū)域熔化并參與形成焊縫。在上述關(guān)鍵技術(shù)條件下，合金粉末作為焊接填充材料輔助焊縫成形過程，從而獲得高質(zhì)量鋁合金焊縫。
其系統(tǒng)組成如圖1所示，工作原理如圖2所示。除了常規(guī)鎢極氬弧焊的焊接電源 7，保護(hù)氣氣瓶5和焊槍4之外，系統(tǒng)組成還包括送粉機(jī)構(gòu)1，送粉工作氣氣瓶6以及送粉噴嘴3。合金粉末添加到送粉機(jī)構(gòu)1之后，在送粉工作氣體15的氣壓作用下，以一定速度從送粉噴嘴3噴射而出，形成具有一定挺直性的合金粉末流13，在電弧熱源12的加熱作用下，合金粉末流13迅速熔化，并與母材金屬融為一體，最終形成焊縫11。在焊接過程中，保護(hù)氣體14與送粉工作氣體15共同形成對(duì)焊接區(qū)域的惰性氣氛保護(hù)。為保證電弧熱源12對(duì)合金粉末流13及工件2的集中加熱效應(yīng)，在焊前須校準(zhǔn)鎢電極8與送粉噴嘴3的對(duì)中性，使噴射送粉軸線方向與鎢電極8的延長(zhǎng)線相交，并根據(jù)焊接工藝的不同形成30° 60°的入射角，最終對(duì)準(zhǔn)于工件2待焊位置。
本發(fā)明提出的鋁合金的粉末填充鎢極氬弧焊接方法在不增加額外工藝加工程序的前提下，能夠獲得高質(zhì)量焊接接頭，從而可以實(shí)現(xiàn)鋁及鋁合金材料的高質(zhì)量、高效焊接， 是對(duì)鋁合金焊接加工方法的豐富與補(bǔ)充，和常規(guī)鎢極氬弧焊接方法相比，該方法具體具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果1、焊接熔深大，熔敷效率高，使焊接生產(chǎn)效率得以提高，適用于薄板焊接，且同樣適用于中等厚度鋁合金材料的多層填充焊。
2、合金粉末成分的冶金作用，使鋁合金材料焊接氣孔傾向降低，有利于提高焊縫的致密度，從而獲得高質(zhì)量焊縫。
3、送粉機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，不增加額外焊接生產(chǎn)成本和額外工藝加工程序，不但可用于半自動(dòng)焊接，也適用于全自動(dòng)焊接的長(zhǎng)焊縫連續(xù)焊接生產(chǎn)，工藝靈活，可滿足一般產(chǎn)品的需求。
4、對(duì)焊接工件裝配精度要求降低，且降低了對(duì)裝配時(shí)間隙、對(duì)中的敏感性，具有較為廣范的適用范圍。


圖1是鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接系統(tǒng)組成示意圖。
圖2是鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接工作原理示意圖。
圖3是實(shí)施例1自動(dòng)送粉焊接工藝示意圖。
圖4是實(shí)施例2預(yù)置合金粉末焊接工藝示意圖。
圖中1送粉機(jī)構(gòu)、2工件、3送粉噴嘴、4焊槍、5保護(hù)氣氣瓶、6送粉工作氣氣瓶、7 焊接電源、8鎢電極、9焊槍噴嘴、10裝夾機(jī)構(gòu)、11焊縫、12電弧熱源、13合金粉末流、14保護(hù)氣體、15送粉工作氣體、16坡口、17預(yù)置合金粉末。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1 如圖3所示，待焊接的鋁合金工件2為兩塊厚度6mm的平板結(jié)構(gòu)的對(duì)接， 工件2開30° V型坡口，鈍邊高度2mm，通過夾具將兩塊工件2裝夾，且不留裝配間隙。設(shè)定焊接電流為120A，焊接速度為12m/h，保護(hù)氣體14流量為7L/min，送粉工作氣體15流量為4L/min，合金粉末送粉量為150g/min，鎢電極8直徑為2. 4mm。合金粉末材料由重量6% Cr2O3粉末、4%Ti02粉末和余量Al粉末組成，將合金粉末材料干燥后盛于送粉機(jī)構(gòu)1中，校正鎢電極8與送粉噴嘴3的對(duì)中性，使鎢電極8的延長(zhǎng)線與送粉噴嘴3沿噴射送粉方向相交成50°入射角，且對(duì)準(zhǔn)于工件2待焊坡口位置。開啟送粉機(jī)構(gòu)1提前送粉，在氣壓作用下使合金粉末從送粉噴嘴3以適當(dāng)?shù)牧髁糠€(wěn)定噴出，形成合金粉末流13。待送粉穩(wěn)定后，開啟鎢極氬弧焊槍4提前送氣保護(hù)待焊區(qū)域，然后引燃電弧熱源12進(jìn)行焊接。待第一層焊縫焊接完成后，停止合金粉末噴射送進(jìn)，熄弧，鎢極氬弧焊槍4滯后停氣。重復(fù)上述程序進(jìn)行第二層焊縫焊接，直至整條焊縫完成。焊接結(jié)束，焊件自然冷卻。
實(shí)施例2 如圖4所示，待焊接的鋁合金工件2為兩塊厚度3mm的平板結(jié)構(gòu)的對(duì)接， 工件2不開坡口，通過夾具將兩塊工件2裝夾，裝配間隙為1mm。合金粉末材料由重量6% Cr2O3粉末、4% TiO2粉末和余量Al粉末組成，將合金粉末材料干燥后用丙酮溶液調(diào)勻，并均勻刷涂填充于待焊工件2的預(yù)留間隙處，且在待焊處表面形成一定的合金粉末余高層，待預(yù)置合金粉末17中的丙酮溶液完全揮發(fā)。設(shè)定焊接電流為120A，焊接速度為10m/h，保護(hù)氣體14流量為7L/min，鎢電極8直徑為2. 4mm。開啟鎢極氬弧焊槍4提前送氣保護(hù)待焊區(qū)域，然后引燃電弧熱源12進(jìn)行焊接。待焊區(qū)域焊接完成后，熄弧，鎢極氬弧焊槍4滯后停氣， 焊接結(jié)束，焊件自然冷卻。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金的鎢極氬弧焊接方法，采用合金粉末作為焊接填充材料，其特征在于所述焊接方法的步驟如下(1)將合金粉末材料干燥后盛于送粉機(jī)構(gòu)中待用；(2)校準(zhǔn)鎢極氬弧焊槍與送粉機(jī)構(gòu)送粉噴嘴對(duì)中；(3)送粉機(jī)構(gòu)提前送粉，在氣壓作用下使合金粉末由送粉噴口穩(wěn)定噴出；(4)鎢極氬弧焊槍提前送氣保護(hù)待焊區(qū)域，然后引燃電弧進(jìn)行焊接；(5)待焊區(qū)域焊接完成后，停止合金粉末噴射送進(jìn)，熄弧，鎢極氬弧焊槍滯后停氣，焊接結(jié)束，焊件自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于合金粉末采用氬氣作為工作氣體輔助送進(jìn)，且送粉氣路獨(dú)立于焊接時(shí)的惰性保護(hù)氣體氣路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于作為填充材料的合金粉末為鋁基粉末，其中含有總量不低于5%質(zhì)量百分含量的活性成分和穩(wěn)弧成分，活性成分為Cr203、Mn02、Cu0中的至少一種，穩(wěn)弧成分為Ti02、CaF2中的至少一種， 活性成分與穩(wěn)弧成分按照6:4重量比例進(jìn)行配制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于所述步驟(2)校準(zhǔn)鎢電極與送粉噴嘴對(duì)中的具體做法是，使噴射送粉軸線方向與鎢電極的延長(zhǎng)線相交，并根據(jù)焊接工藝的不同形成30° 60°的入射角，最終對(duì)準(zhǔn)于工件待焊位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于合金粉末借助送粉機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)填充的方式添加到待焊的鋁合金材料焊縫中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于送粉工作氣體流量為每分鐘3 8升，送粉量為每分鐘150 350克。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于鋁合金材料的以合金粉末作為焊接填充材料的鎢極氬弧焊接方法。該方法中使用鋁基合金粉末，除鋁粉末外，其組成成分還包括活性粉末成分和穩(wěn)弧粉末成分，采用自動(dòng)填充方式添加到待焊鋁合金材料焊縫中，可實(shí)現(xiàn)同種材料的焊接，也可以實(shí)現(xiàn)異種材料的焊接，并可以解決鎢極氬弧焊接過程中焊接效率低、氣孔傾向大的技術(shù)難題，從而獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。
文檔編號(hào)B23K9/167GK102489841SQ20111037689
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者李春天, 杜長(zhǎng)華, 羅怡 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)