提高可热处理强化铝合金熔焊接头延伸率的热加工方法

摘要

提高可热处理强化铝合金熔焊接头延伸率的热加工方法，属于焊接技术领域。首先将待焊接的两个可热处理强化铝合金工件固定在无垫板的焊接工装上，然后以直流氦弧TIG焊进行打底焊，再以变极性脉冲TIG焊进行第一层盖面焊，最后以变极性脉冲TIG焊进行第二层盖面焊，以完成两个可热处理强化铝合金工件的焊接。本发明增加了第二层盖面，通过设计工艺和尺寸参数，使增加第二层盖面后的焊接接头处的抗拉强度得到了有效提高，延伸率提高了40％。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种热加工方法，尤其涉及一种提高可热处理强化铝合金熔焊接头延伸率的热加工方法，属于焊接技术领域。

背景技术：

我国运载火箭芯级贮箱采用可热处理强化铝合金，如2A14、2219等型号，焊缝采用单两面两层自动化TIG焊接，其焊缝形状如图1所示，第一层采用无垫板直流TIG焊实现打底焊缝，第二层采用变极性TIG焊实现盖面焊缝。

优点主要体现在：

1)打底焊接过程中的气孔和夹杂易于溢出，减少了焊接缺陷，提高了焊接质量；

2)打底焊焊接速度可达12m/h以上，显著提高焊接效率；

3)在保持较大焊接速度的同时，显著减小了焊接电流，减少焊缝的热输入，减小产品的焊接变形；

4)线能量密度高，焊接熔深大，中厚度板可不开坡口一次焊透。

无垫板直流TIG焊工艺具有以上明显的优点，但也有一定的工艺局限性，密集的线能量及集中的热输入，引起可热处理强化铝合金焊接接头延伸率不高，约为3％，焊缝在受力作用下，可能发生脆断。

究其原因，2219铝合金TIG焊后，焊缝(WZ)和部分熔化区(PMZ)由于存在不同程度的Cu元素偏析，过时效区(OAZ)、热影响区(HAZ)组织也会发生一定的改变，使焊接接头力学性能降低。各区域分布如图1。为弥补焊缝强 度的不足，通常保留一定的焊缝余高。余高的存在使接头成为几何不连续体，受载时焊趾处会出现应力集中。焊趾通常位于焊缝与部分熔化区的交界处，而部分熔化区的组织和力学性能高度非均匀，越靠近熔合线，强度和塑性越差。无缺陷带余高接头横向拉伸时，启裂位置一般在焊趾附近，断裂路径可能在焊缝或部分熔化区。

发明内容：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高可热处理强化铝合金熔焊接头延伸率的热加工方法，有效提高了可热处理强化铝合金焊接接头延伸率以及焊缝的强度。

本发明的技术解决方案是：提高可热处理强化铝合金熔焊接头延伸率的热加工方法，包括以下步骤：

(1)将待焊接的两个可热处理强化铝合金工件固定在无垫板的焊接工装上；

(2)以直流氦弧TIG焊进行打底焊；

(3)以变极性脉冲TIG焊进行第一层盖面焊；

(4)以变极性脉冲TIG焊进行第二层盖面焊，以完成两个可热处理强化铝合金工件的焊接。

所述步骤(2)中以直流氦弧TIG焊进行打底焊的工艺参数为：焊接速度为13‐23m/h，焊接电流为160‐300A，弧压参数为13‐18V。

所述步骤(3)中以变极性脉冲TIG焊进行第一层盖面焊的工艺参数为：焊接速度为6‐14m/h，占空比为45‐70％，基值电流为200‐300A。

所述步骤(4)中第二层盖面焊焊接时的保护气为氩气，焊接速度为5‐10m/h，焊接电流为80‐150A，气体流量为8‐16L/min。

所述第二层盖面的尺寸参数满足：

2δ+b‐3mm≤a≤2δ+b+3mm

1.5mm≤h≤2mm

其中a为第二层盖面的正面宽度，b为打底焊的背面宽度，δ为待焊接工件的厚度，h为第二层盖面的正面余高。

所述以变极性脉冲TIG焊进行第二层盖面焊的实现方法为：

(6.1)将待焊接的两个可热处理强化铝合金工件以及第一层盖面焊缝打磨处理干净；

(6.2)焊枪在焊缝上方起弧，焊枪沿焊缝位置运动，以左右摆动的方式，全面覆盖原始焊缝，并保证第二层盖面的尺寸参数满足2δ+b‐3mm≤a≤2δ+b+3mm，1.5mm≤h≤2mm。

所述待焊接的两个可热处理强化铝合金工件厚度大于4mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明在现有焊缝采用单两面两层自动化TIG焊接的基础上，增加了第二层盖面，通过设计工艺和尺寸参数，使增加第二层盖面后的焊缝处(焊接接头)的抗拉强度得到了一定程度的提高，延伸率提高了40％。

(2)本发明第二盖面尺寸满足2δ+b‐3mm≤a≤2δ+b+3mm，有效分散了原焊趾处应力，优化了焊接接头断裂路径，从而增大了焊缝的强度和延伸率。

(3)本发明通过焊枪的左右摆动实现第二层盖面的宽度尺寸满足要求，克服了传统焊枪焊接方法中盖面宽度尺寸较窄的缺陷。

附图说明：

图1为待焊接的两个可热处理强化铝合金工件常规打底盖面复合焊接示意图；

图2为本发明的打底盖面复合焊接示意图；

图3为第二层盖面焊接时的焊枪摆动示意图。

具体实施方式：

针对焊缝采用单两面两层自动化TIG焊接带来的延伸率和强度不高的现状，本发明提出一种提高可热处理强化铝合金熔焊接头延伸率的热加工方法，包括以下步骤：

(1)将待焊接的两个可热处理强化铝合金工件固定在无垫板的焊接工装上，其中待焊接的两个可热处理强化铝合金工件厚度大于4mm。

(2)以直流氦弧TIG焊进行打底焊，工艺参数为：焊接速度为13‐23m/h，焊接电流为160‐300A，弧压参数为13‐18V。

(3)以变极性脉冲TIG焊进行第一层盖面焊，工艺参数为：焊接速度为6‐14m/h，占空比为45‐70％，基值电流为200‐300A。

(4)以变极性脉冲TIG焊进行第二层盖面焊，以完成两个可热处理强化铝合金工件的焊接。焊接时的保护气为氩气，焊接速度为5‐10m/h，焊接电流为80‐150A，气体流量为8‐16L/min。当板材较厚时，为保证焊缝正面成型，可适度添加焊丝。

如图2所示，第二层盖面的尺寸参数满足：

2δ+b‐3mm≤a≤2δ+b+3mm

1.5mm≤h≤2mm

其中a为第二层盖面的正面宽度，b为打底焊的背面宽度，δ为待焊接工件的厚度，h为第二层盖面的正面余高，单位均为mm。

为了达到如上焊接效果，将产品焊缝打磨处理干净后，固定在焊接工装上；焊枪在焊缝上方起弧，提供热量作用在焊缝正面，焊枪沿焊缝位置运动，先后全面覆盖一遍。

在焊枪沿焊缝位置运动过程中，以左右摆动的方式，全面覆盖原始焊缝，如图3所示，并保证焊缝形状满足图2要求。焊枪的左右摆动通过夹持焊枪机构的自动移动来实现，也可以通过手工移动来实现。

采用合理的焊接参数，焊枪在覆盖重熔原始焊缝时，保证重熔焊缝的正面余高度为1.5mm‐2mm。

实施例1：

针对型号厚度为8mm的产品，实施参数如表1：

表1厚度为8mm的产品焊接参数

其中第二层盖面的尺寸参数满足a＝2δ+b+3mm，h＝1.5mm，a为第二层盖面的正面宽度，b为打底焊的背面宽度，δ为待焊接工件的厚度，h为第二层盖面的正面余高，单位均为mm。

第一层盖面焊后的延伸率为3.5％，强度为280‐290MPa。第二层盖面焊后的延伸率为5.0％，强度为320MPa。

实施例2：

针对型号厚度为10mm的产品，实施参数如表2：

表2厚度为10mm的产品焊接参数

其中第二层盖面的尺寸参数满足a＝2δ+b‐3mm，h＝2mm，a为第二层盖面的正面宽度，b为打底焊的背面宽度，δ为待焊接工件的厚度，h为第二层盖面的正面余高，单位均为mm。

第一层盖面焊后的延伸率为3.5％，强度为280‐295MPa。第二层盖面焊后的延伸率为5.5％，强度为310MPa。

实施例3：

针对型号厚度为12mm的产品，实施参数如表3：

表3厚度为12mm的产品焊接参数

其中第二层盖面的尺寸参数满足a＝2δ+b+2mm，h＝1.8mm，a为第二层盖面的正面宽度，b为打底焊的背面宽度，δ为待焊接工件的厚度，h为第二层盖面的正面余高，单位均为mm。

第一层盖面焊后的延伸率为3.0％，强度为290‐300MPa。第二层盖面焊后的延伸率为5.5％，强度为330MPa。

从上面三个实施例可以看出，按照本发明方法，待焊接工件的接头力学性能显著提高，抗拉强度由280‐300MPa提高至310‐330MPa，延伸率由3.0％提高到5.5％。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。