專利名稱：一種用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，屬于材料連接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金以其良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多重要領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。噴射成形超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金是在Al-Zn-Mg鋁合金的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的可熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金。噴射成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)了金屬凝固過程的快速凝固、原位凝固和高致密度多重技術(shù)指標(biāo)，既突破了鑄造工藝緩慢凝固、宏觀偏析和疏松的技術(shù)瓶頸，又突破了粉末冶金工藝的難以致密化、構(gòu)件規(guī)格小的技術(shù)瓶頸，使金屬材料實(shí)現(xiàn)高性能和大規(guī)格的雙重提高。噴射成形技術(shù)的發(fā)展為開發(fā)新一代超高強(qiáng)鋁合金提供了新的途徑，該技術(shù)可大幅提高合金元素的固溶度，細(xì)化晶粒、均勻組織、消除宏觀偏析等，從而使材料的性能顯著提高。采用噴射沉積技術(shù)開發(fā)的含Zn量8%以上(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，最高達(dá)14%，抗拉強(qiáng)度為 780 830MPa，δ為10% 13%的新一代超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金產(chǎn)品，具有強(qiáng)度高、加工性能好、抗腐蝕性能較好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、機(jī)翼梁、桁條、飛機(jī)輪轂、和火箭中的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件等的制造，是航空航天領(lǐng)域中不可缺少的重要結(jié)構(gòu)材料。采用噴射成形技術(shù)制備的Al-Zn-Mg-Cu高性能鋁合金在制備大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件時(shí)，必然會(huì)牽涉到連接技術(shù)，而連接接頭的性能將會(huì)影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)件的性能。大型客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)需要采用超高強(qiáng)鋁合金的零部件，其形狀千差萬別，由于設(shè)備的能力以及鑄錠的尺寸問題，不可能由鑄、鍛工藝解決所有的問題。焊接加工已經(jīng)成為噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金擴(kuò)大應(yīng)用的關(guān)鍵工藝。但傳統(tǒng)的電弧焊(TIG焊、MIG焊等)焊接鋁合金時(shí)，焊縫中容易形成未熔合、夾雜、氣孔、結(jié)晶裂紋等缺陷；此外，鋁合金的線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱導(dǎo)電性強(qiáng)， 焊接時(shí)容易產(chǎn)生咬邊、翹曲變形等缺陷。對(duì)于高強(qiáng)度的可熱處理強(qiáng)化鋁合金，焊后接頭熱影響區(qū)會(huì)發(fā)生過時(shí)效軟化，接頭力學(xué)性能下降嚴(yán)重。針對(duì)噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金的強(qiáng)韌性原理和特點(diǎn)，使用傳統(tǒng)的電弧焊焊接技術(shù)必然面臨兩大困難即母材金屬熔化后再凝固結(jié)晶時(shí)過飽和Zn的析出以及母材金屬和焊縫金屬的性能匹配問題，焊縫強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材的強(qiáng)度。激光焊是利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池以達(dá)到焊接的目的。高功率CO2激光焊的功率密度可達(dá)107W/cm2，而傳統(tǒng)氬弧焊僅為102-104w/cm2。與傳統(tǒng)的TIG焊、 MIG焊相比，激光焊接具有焊接質(zhì)量高、精度高、速度快的特點(diǎn)。此外，激光焊焊接速度快，功能多，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高，易實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化與精密控制；因?yàn)槭欠墙佑|焊，不用電極，節(jié)省了工時(shí)及成本；不需要電子束焊接時(shí)的真空氣氛，且保護(hù)氣和壓力可選擇，被焊工件的形狀不受電磁影響，不產(chǎn)生X射線。因此，采用激光焊接的方法焊接噴射成形超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金時(shí)，由于激光焊接能量密度高，熱輸入量小，焊接變形小，能得到很窄的熔化區(qū)和熱影響區(qū)以及熔深大的焊縫；冷卻速度快，焊縫組織微細(xì)，從而最大程度降低了焊縫中Zn元素的析出，故焊接接頭性能良好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)噴射成形Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金采用傳統(tǒng)的電弧焊焊接時(shí)，由于母材金屬熔化后再凝固結(jié)晶時(shí)過飽和Zn的析出，使得焊接接頭的強(qiáng)度大大降低的問題，提供一種采用激光焊接噴射成形超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金的焊接新方法，使其能減少焊縫凝固時(shí)Zn元素的析出，同時(shí)得到組織細(xì)小，性能優(yōu)良的焊接接頭。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決問題所采取的技術(shù)方案是一種用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，具體步驟如下(I)將待焊接的Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板I I和Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板II 2對(duì)接安置在焊接操作臺(tái)3的墊板4上，所述對(duì)接縫的方向與墊板4上表面設(shè)有的凹槽8的方向相同；(2)將背部保護(hù)氣氣管5接到氣道10內(nèi)，并設(shè)定氣流量為13 15L/min ；(3)將側(cè)吹氣氣管6的氣流方向調(diào)整為與焊接方向相反，氣流量為25 28L/min ；(4)調(diào)整設(shè)定焊接工藝參數(shù)激光功率為6 8KW ;(5)打開背部保護(hù)氣氣管5和側(cè)吹氣氣管6，待側(cè)吹氣氣管6吹氣2至3秒后，打開激光，以3-5m/min的焊接速度從A點(diǎn)向B點(diǎn)開始焊接，到達(dá)B點(diǎn)后先關(guān)閉激光，3-5秒鐘后關(guān)閉側(cè)吹氣氣管6和背部保護(hù)氣氣管5。上述所述的墊板4上表面設(shè)有的凹槽8的底部還開有一與凹槽8方向相同的氣道 10，所述凹槽8中還設(shè)有若干與所述氣道10垂直相通的氣孔。所述的墊板4的材料為紫銅。所述的背部保護(hù)氣為純氬氣，其純度為99. 99%。所述的側(cè)吹氣為純氦氣，其純度為99. 99%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I、本發(fā)明的噴射成形超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的方法，采用能量密度集中的激光作為加熱熱源，焊后焊縫具有極小的寬度和非常窄的熱影響區(qū)，從而大大降低了焊縫中Zn元素的析出，提高了焊縫的性能。2、激光焊焊接噴射成形超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金，焊接速度快，可靠性高，易實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化，節(jié)省了工時(shí)及成本；焊接時(shí)被焊工件的形狀不受電磁影響，不產(chǎn)生X 射線，提高了工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)用性，為該種新型連接技術(shù)在噴射成形超高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金大批量工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中的廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)。


圖I為本發(fā)明的焊接方法示意圖；圖2為本發(fā)明中的墊板4的結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖2的A-A剖面圖;
圖中I、Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板I ;2、Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板II ;3、焊接操作臺(tái)；4、墊板；5、背部保護(hù)氣氣管；6、側(cè)吹氣氣管；7、激光束；8、凹槽；9、垂直氣孔；10、氣道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I至圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，步驟如下I、將Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板I和Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板II對(duì)接安置在焊接操作臺(tái)3的墊板4上，焊縫的方向和墊板4上表面凹槽8的方向相同，盡量使焊縫均處在垂直氣孔9的正上方；2、將背部保護(hù)氣氣管5接到氣道10內(nèi)，并調(diào)整設(shè)定氣流量為13 15L/min ；3、將側(cè)吹氣氣管6的氣流方向調(diào)整為與焊接方向相反，氣流量為25 28L/min ；4、調(diào)整設(shè)定焊接工藝參數(shù)激光功率為6 8KW ;5、打開背部保護(hù)氣氣管5和側(cè)吹氣氣管6，待側(cè)吹氣氣管6吹氣2至3秒后，打開激光，以3-5m/min的焊接速度從A點(diǎn)向B點(diǎn)開始焊接，到達(dá)B點(diǎn)后先關(guān)閉激光，3-5秒鐘后關(guān)閉側(cè)吹氣氣管6和背部保護(hù)氣氣管5。以下本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例采用本發(fā)明的激光焊焊接方法，對(duì)4mm的7055噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金進(jìn)行激光焊，在激光功率為7-8KW、焊接速度為3 4m/min、側(cè)吹氣流量為28L/min、背保護(hù)氣流量為15L/min時(shí)可以得到良好的焊接接頭，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材70%以上。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明專利還可以有其他實(shí)施方式，如采用不同的激光類型、激光功率與焊接速度等，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明專利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，其特征在于，具體步驟如下(1)將待焊接的Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板I(I)和Al-Zn-Mg-Cu鋁合金試板II (2)對(duì)接安置在焊接操作臺(tái)(3)的墊板(4)上，所述對(duì)接縫的方向與墊板(4)上表面設(shè)有的凹槽 ⑶的方向相同；(2)將背部保護(hù)氣氣管(5)接到氣道(10)內(nèi)，并調(diào)整設(shè)定氣流量為13 15L/min；(3)將側(cè)吹氣氣管(6)的氣流方向調(diào)整為與焊接方向相反，氣流量為25 28L/min；(4)調(diào)整設(shè)定焊接工藝參數(shù)激光功率為6 8KW;(5)打開背部保護(hù)氣氣管(5)和側(cè)吹氣氣管(6)，待側(cè)吹氣氣管(6)吹氣2至3秒后， 打開激光，以3-5m/min的焊接速度從A點(diǎn)向B點(diǎn)開始焊接，到達(dá)B點(diǎn)后先關(guān)閉激光，3-5秒鐘后關(guān)閉側(cè)吹氣氣管(6)和背部保護(hù)氣氣管(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，其特征在于，所述的墊板(4)上表面設(shè)有的凹槽(8)的底部還開有一與凹槽(8)方向相同的氣道(10)，所述凹槽(8)中還設(shè)有若干與所述氣道(10)垂直相通的氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，其特征在于，所述的背部保護(hù)氣為純氬氣，其純度為99. 99%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，其特征在于，所述的側(cè)吹氣為純氦氣，其純度為99. 99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法， 其特征在于，所述的墊板(4)的材料為紫銅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于噴射成形Al-Zn-Mg-Cu鋁合金激光焊的焊接方法，具體步驟是先將待焊接的試板I和試板II對(duì)接安置在焊接操作臺(tái)的墊板上，所述對(duì)接縫的方向與墊板上表面設(shè)有的凹槽的方向相同；后將背部保護(hù)氣氣管接到氣道內(nèi)，設(shè)定氣流量為13～15L/min；將側(cè)吹氣氣管的氣流方向調(diào)整為與焊接方向相反，氣流量為25～28L/min；設(shè)定激光功率為6～8KW；打開背部保護(hù)氣氣管和側(cè)吹氣氣管，待側(cè)吹氣氣管吹氣2至3秒后，打開激光，以3-5m/min的焊接速度從A點(diǎn)向B點(diǎn)開始焊接，到達(dá)B點(diǎn)后先關(guān)閉激光和側(cè)吹氣氣管與背部保護(hù)氣氣管。本發(fā)明采用能量密度集中的激光作為加熱熱源，焊后焊縫具有極小的寬度和非常窄的熱影響區(qū)，從而大大降低了焊縫中Zn元素的析出，提高了焊縫的性能。
文檔編號(hào)B23K26/32GK102581491SQ20121005134
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者嚴(yán)鏗, 葉友利, 喻利花, 張捷, 張豪, 許俊華, 許祥平, 趙勇, 鄒家生 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)