一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輕型裝甲車輛7A52高強(qiáng)鋁合金螺柱的焊接方法,特別是一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]螺柱焊是一種通過在金屬螺柱與工件之間產(chǎn)生電流或形成電弧將金屬熔化從而使螺柱焊接在工件上的技術(shù)。作為一種簡便、高效、低能耗、低污染的先進(jìn)焊接技術(shù),螺柱焊已廣泛應(yīng)用于車輛、船舶、鍋爐、鋼結(jié)構(gòu)、電子、建筑、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。在螺柱的焊接工藝中目前使用最廣泛的一種方法是電弧螺柱焊接技術(shù),它有多種實現(xiàn)方法,根據(jù)電弧螺柱焊接過程中焊接能量的提供方式的不同來分類,可以分為拉弧式螺柱焊和電容儲能電弧螺柱焊兩種基本方法。
[0003]近年來,7A52高強(qiáng)鋁合金因其具有高的比強(qiáng)度和比剛度、良好的加工和力學(xué)性能、無磁性、耐蝕性能好、低溫性能好等優(yōu)點,逐漸成為航空航天、輕型裝甲車輛焊接結(jié)構(gòu)上的理想材料,其焊接過程中的問題也日益受到關(guān)注。目前國內(nèi)特種車輛內(nèi)部分布有大量螺柱型附座,而輕型裝甲車輛中的螺柱焊接質(zhì)量較低,焊接接頭缺陷較多性能難以達(dá)標(biāo),而且生產(chǎn)效率較低。對于鋁合金的螺柱焊接,由于在合金表面極易形成一層致密的氧化膜,只依靠焊前的清理過程很難徹底清除,而且在焊接過程中還會有二次氧化形成的氧化膜產(chǎn)生。氧化膜在螺柱焊接過程中會進(jìn)入熔池,嚴(yán)重影響接頭強(qiáng)度。
[0004]文獻(xiàn)《中大直徑鋁合金螺柱復(fù)合熱源焊接工藝研宄及工藝裝備設(shè)計》報道了一種在螺柱端部開槽,嵌入保護(hù)劑對熔池進(jìn)行保護(hù)的焊接方法,所述方法是在螺柱端頭開槽添加釬劑,在電弧燃燒過程中利用釬劑反應(yīng)去除氧化膜,但反應(yīng)后的釬劑卻殘留于熔池之中不能清除,形成焊縫夾雜,反而降低了接頭強(qiáng)度。7A52高強(qiáng)鋁合金的螺柱焊接過程中非常容易出現(xiàn)夾雜、熔合率低等缺陷,對焊接接頭的性能影響極大。在現(xiàn)有的螺柱焊接設(shè)備條件下直接施焊,高強(qiáng)鋁合金螺柱的焊接接頭質(zhì)量難以得到保證。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法。使汽態(tài)釬劑在引弧前瞬間噴入保護(hù)氣罩,在焊接過程中利用汽態(tài)釬劑去除氧化膜,增加熔池流動性且熔池內(nèi)不留釬劑殘渣,該方法可明顯減少焊接缺陷,增加熔合率和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,提高焊接質(zhì)量。
[0006]實現(xiàn)本法發(fā)明目的技術(shù)解決方案為:一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,
[0007]步驟1、將鋁合金螺柱的待焊端加工成150°錐角的面;
[0008]步驟2、配制釬劑,所用釬劑由KF、A1F3、ZnF2、KCl按重量比例39:56:0.3:14.7混合、球磨后溶于有機(jī)溶劑中;
[0009]步驟3、對鋁板和鋁合金螺柱的表面進(jìn)行機(jī)械清理打磨,至合金表面呈光亮銀白色,然后用丙酮清洗表面拭除油污;
[0010]步驟4、鋁板水平放置固定于工作臺上,并對稱接地,焊槍端部的夾套穿過密封氣罩,鋁合金螺柱一端設(shè)置在焊槍端部的夾套內(nèi),鋁合金螺柱的待焊端與鋁板垂直壓緊,并與空氣隔絕;
[0011 ] 步驟5、將釬劑裝入汽化裝置,打開保護(hù)氣;
[0012]步驟6、啟動焊槍開關(guān),引弧前打開汽化裝置,汽態(tài)釬劑噴向鋁合金螺柱的待焊端,50ms后關(guān)閉汽化裝置,于800-1000ms內(nèi)完成焊接。
[0013]步驟2中,有機(jī)溶劑為乙二醇,混合粉末的最小粒徑在25?40nm之間。
[0014]步驟4中,密封氣罩與鋁板連接,其連接部位采用耐高溫柔性材料(如玻纖布)。
[0015]本發(fā)明的原理是:一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,采用大功率螺柱焊機(jī)進(jìn)行鋁合金螺柱焊接,在焊前清理工作完成后,將焊槍在待焊部位壓緊,打開保護(hù)氣,引弧前瞬間開啟汽化裝置,汽態(tài)釬劑進(jìn)入保護(hù)氣罩,附著于待焊部位鋁合金表面,啟動螺柱焊機(jī)引弧,燃弧并形成熔池,當(dāng)溫度達(dá)到釬劑熔點時釬劑熔化,去除了熔池內(nèi)氧化膜,保護(hù)氣氛則阻止了二次氧化的出現(xiàn),然后螺柱下壓進(jìn)入熔池,冷卻凝固,焊縫成形良好。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的顯著優(yōu)點是:
[0017]1、汽態(tài)釬劑在熔池部位可均勻附著,形成一層薄膜狀的釬劑層,更好地去除氧化膜且熔池內(nèi)不留殘渣;
[0018]2、汽態(tài)釬劑具有氟化物和氯化物的多重去膜成分,去膜機(jī)制更豐富,對熔池保護(hù)更徹底,提高了熔池流動性;
[0019]3、能夠有效提高熔合率,獲得更好的焊縫質(zhì)量,螺柱焊焊接接頭質(zhì)量評定主要進(jìn)行剪切試驗,試驗表明采用本發(fā)明方法焊接的螺柱接頭強(qiáng)度均可達(dá)母材強(qiáng)度80%以上,接頭內(nèi)熔合率100% ;
[0020]4、操作簡單,成本低廉,效率明顯提高;
[0021]5、對于中大直徑螺柱的焊接,螺柱直徑可焊尺寸跨度更大,范圍在12?24_。
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0023]圖1是利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法的流程圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的焊接系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]結(jié)合圖1、圖2,本發(fā)明一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,包括以下步驟:
[0026]步驟1,將鋁合金螺柱I的待焊端加工成150°錐角的面。
[0027]步驟2,配制釬劑,所用釬劑由KF、AlF3' ZnF2' KCl按質(zhì)量比例39:56:0.3:14.7混合,混合粉末為最小粒徑為25?40nm的納米粉體(烘干溫度控制在200°C ),所使用的有機(jī)溶劑為乙二醇。將混合粉末與有機(jī)溶劑混合制得所用釬劑。釬劑中的有機(jī)溶劑成分在5000C以上能完全揮發(fā)且無積碳?xì)埩?,?fù)合釬劑成分完全熔融去除熔池部位氧化膜。
[0028]步驟3,對鋁板2和鋁合金螺柱I的表面進(jìn)行機(jī)械清理打磨,至鋁合金表面呈光亮銀白色,然后用丙酮清洗表面拭除油污。
[0029]步驟4,鋁板2水平放置固定于工作臺上,并對稱接地,焊槍端部的夾套4穿過密封氣罩3,鋁合金螺柱I的一端設(shè)置在焊槍端部夾套4內(nèi),鋁合金螺柱I的待焊端與鋁板2垂直壓緊,其中,密封氣罩3與鋁板2連接,密封氣罩3有兩部分構(gòu)成,與鋁板2密封連接的部位采用耐高溫柔性材料如玻纖布等,與焊槍端部的夾套4連接的部位采用絕緣剛性材料(如聚四氟乙烯等)。
[0030]步驟5,將自制鋁合金螺柱焊接釬劑裝入汽化裝置5 (本發(fā)明所用汽化裝置為高壓無氣噴槍),打開保護(hù)氣7,焊接過程中待焊部位保護(hù)氣氛隔絕空氣。
[0031]步驟6,開啟螺柱焊機(jī)8,調(diào)節(jié)至合適焊接工藝參數(shù),啟動焊接開關(guān),引弧前瞬間打開汽化裝置5,汽態(tài)釬劑噴至保護(hù)氣罩內(nèi)工件表面,50ms后關(guān)閉汽化裝置5 (釬劑完全覆蓋待焊部位),螺柱與鋁板之間產(chǎn)生電弧,使母材焊接區(qū)域及螺柱端面局部熔化,當(dāng)溫度達(dá)到570°C左右時,附著在熔池與螺柱端部的釬劑在高溫下反應(yīng)熔化變成流體并具有活性,分解殘余的氧化膜并防止了熔池內(nèi)金屬的二次氧化,增強(qiáng)了熔池的流動性,電弧燃燒800?100ms之后螺柱下壓,電弧熄滅,熔池金屬部分被擠出,形成了良好的冶金結(jié)合。
[0032]本發(fā)明中的釬劑成分含一種不吸濕的氟鋁酸鉀,在焊接過程中去除熔池內(nèi)氧化膜且不產(chǎn)生殘渣,增強(qiáng)了熔池的流動性,在螺柱下壓階段能得到成形更好、性能更優(yōu)的螺柱接頭。螺柱端部加工成150°錐角的面,可使液態(tài)釬劑更均勻附著于螺柱與鋁板之間的間隙,燃弧之后熔池部位有足夠的釬劑反應(yīng)來清除氧化膜,在螺柱下壓過程中錐面能均勻擠壓熔池,形成良好冶金結(jié)合。汽化裝置的開啟時間通過控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié),保證引弧前瞬間將汽態(tài)釬劑添加至保護(hù)氣罩內(nèi)工件部位,且不影響正常引弧。
[0033]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
[0034]結(jié)合圖1、圖2,以直徑為18_、高為23_的高強(qiáng)銷合金螺柱,80_X80_X 16_高強(qiáng)鋁合金板為例。首先在焊前將鋁合金板水平固定于工作臺上,對鋁板及鋁合金螺柱進(jìn)行清理,具體的清理工藝為:先用鋼絲刷打磨待焊區(qū)域表面和螺柱錐形端面直至表現(xiàn)出光亮金屬光澤,然后用丙酮擦拭工件表面以除去油污雜質(zhì),然后將鋁板接地。將7A52高強(qiáng)鋁合金汽態(tài)釬劑加入汽化裝置,裝配好保護(hù)氣罩及螺柱,持焊槍將螺柱在鋁板待焊部位垂直壓緊,開啟保護(hù)氣,正常送氣1s之后準(zhǔn)備引弧,在引弧前瞬間開啟汽化裝置向待焊部位噴射汽態(tài)釬劑。按預(yù)設(shè)參數(shù)(Φ 18mm的鋁合金螺柱焊接電流為850A,焊接時間為1000ms)進(jìn)行常規(guī)螺焊接工藝。焊接完成后等待20秒取移除焊槍,用毛刷清理螺柱焊接部位殘余物,完成焊接。
[0035]焊后螺柱剪切強(qiáng)度176MPa,達(dá)到母材強(qiáng)度的70%以上。利用汽態(tài)釬劑去除氧化膜螺柱焊接方法的試樣剖切面氣孔率顯著大幅降低,熔合率大幅提升,焊縫成型完整美觀,剖切面上焊縫融合率可達(dá)100%,且未出現(xiàn)夾雜氣孔等缺陷。
【主權(quán)項】
1.一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,其特征在于, 步驟1、將鋁合金螺柱的待焊端加工為呈150°錐角的面; 步驟2、配制釬劑,所用釬劑由KF、AlF3、ZnF2、KCl按重量比例39:56:0.3:14.7混合、球磨后溶于有機(jī)溶劑中; 步驟3、對鋁板和鋁合金螺柱的表面進(jìn)行機(jī)械清理打磨,至合金表面呈光亮銀白色,然后用丙酮清洗表面拭除油污; 步驟4、鋁板水平放置固定于工作臺上,并對稱接地,焊槍端部的夾套穿過密封氣罩,鋁合金螺柱一端設(shè)置在焊槍端部的夾套內(nèi),鋁合金螺柱的待焊端與鋁板垂直壓緊,并與空氣隔絕; 步驟5、將釬劑裝入汽化裝置,打開保護(hù)氣; 步驟6、啟動焊槍開關(guān),引弧前打開汽化裝置,汽態(tài)釬劑噴向鋁合金螺柱的待焊端,50ms后關(guān)閉汽化裝置,于800-1000ms內(nèi)完成焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,其特征在于,步驟2中,有機(jī)溶劑為乙二醇,混合粉末的最小粒徑在25~40nm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,其特征在于,步驟4中,密封氣罩與鋁板密封連接,其連接部位采用耐高溫柔性材料。
4.如權(quán)利要求3所述的利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法,其特征在于,耐高溫柔性材料為玻纖布。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用汽態(tài)釬劑去氧化膜的鋁合金螺柱焊接方法。包括以下步驟:將鋁合金螺柱端部加工成150°錐角的面并對其端面及鋁板待焊部位進(jìn)行清理;在焊槍螺柱夾套外安裝自主設(shè)計的密封氣罩,并在密封氣罩氣路入口部位接入汽化裝置;將鋁板水平放置并接地,安裝螺柱并將焊槍垂直向下在待焊部位壓緊;打開保護(hù)氣,正常送氣之后準(zhǔn)備引弧,在引弧前瞬間通過控制電路噴射汽態(tài)釬劑,完成焊接。本發(fā)明能夠焊接中大直徑高強(qiáng)鋁合金螺柱,對板厚適用范圍廣,焊接過程操作簡易,焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)螺柱強(qiáng)度90%以上,接頭熔合率達(dá)100%。
【IPC分類】B23K9-235, B23K9-20, B23K9-16
【公開號】CN104741746
【申請?zhí)枴緾N201510105300
【發(fā)明人】王克鴻, 楊偉林, 張德庫, 周琦, 馮曰海, 黃 俊, 彭勇
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月11日