一種鋁合金真空電子束焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁合金真空電子束焊接方法，該方法將焊接工件相互壓裝后放入真空室中；然后以電子束流為4-8mA、掃描頻率為80-200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200-300、焊接速度450-60mm/s進行預(yù)熱；以對縫束流為10-15mA、掃描頻率為80-200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200-300、焊接速度450-600mm/s進行定位預(yù)連接；再以電子束流為30-45mA、掃描頻率為80-200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200-300、焊接速度450-600mm/s進行穿透焊接；最后進行焊縫修飾。本發(fā)明焊接方法簡單，焊縫質(zhì)量好、氣孔少、焊縫美觀，工件變形較小。
【專利說明】一種鋁合金真空電子束焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用在IC裝備中的鋁合金真空電子束焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鋁合金真空電子束焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]真空電子束焊接工藝是將被焊工件置于真空環(huán)境中利用定向高速運動的電子束流撞擊工件使動能轉(zhuǎn)化為熱能而使工件熔化進行焊接的方法，由于電子束高的能量密度使焊縫較窄，深寬比大，焊接應(yīng)力和變形小。另一方面，在真空狀態(tài)下焊接時，可以基本杜絕空氣對焊縫的影響，使焊縫內(nèi)部質(zhì)量大大優(yōu)于在非真空狀態(tài)下的焊接質(zhì)量。在IC裝備制造行業(yè)應(yīng)用廣泛。
[0003]在實際生產(chǎn)過程中，鋁合金是一種極易氧化的材料，在空氣中容易與氧結(jié)合生成緊密結(jié)實的氧化鋁薄膜，這些薄膜的熔點高達2050°C，密度3.9-4.lKg/m3，約為鋁的1.4倍，它會吸附水分，在焊接過程中形成氣孔、夾渣等缺陷，從而降低了焊接接頭的力學(xué)性能。少量的氣體雜質(zhì)對它的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能產(chǎn)生強烈的影響，對該材料的焊接十分不利。對于不同種類的工件，電子束焊接過程及其各參數(shù)的選用是否合適直接影響著焊縫內(nèi)外表面的成形和焊縫的強度，因此，研究一種應(yīng)用于鋁合金工件且焊接質(zhì)量高，雜質(zhì)氣體少真空電子束焊接方法尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金真空電子束焊接方法，該焊接方法簡單，焊縫質(zhì)量好、氣孔少、焊縫美觀，鋁合金工件變形較小。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種鋁合金真空電子束焊接方法，包括如下步驟:
[0007](I)將待焊接的鋁合金工件放入焊接室中并抽真空(真空度低于7.0X10_2Pa)；
[0008](2)對工件進行預(yù)熱:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流630_635mA、電子束流為4-8mA、掃描頻率為80-200HZ、X軸和Y軸掃描幅值為200-300、焊接速度450-600mm/s進行掃描預(yù)熱，沿著焊縫往返預(yù)熱2_3次；
[0009](3)對工件進行定位預(yù)連接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流636-640mA、對縫束流為10_15mA、掃描頻率為80_200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200-250、焊接速度450-600mm/s進行定位預(yù)連接；
[0010](4)對工件進行穿透焊接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流636-640mA、電子束流為30_45mA、掃描頻率為80_200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為100-200、焊接速度450-600mm/s進行掃描穿透焊接；
[0011](5)對工件進行焊縫修飾:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流640-645mA、電子束流為15_22mA、掃描頻率為80_200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為2000-4000、焊接速度450-600mm/s進行焊縫修飾(焊接方向與掃描穿透焊接方向相反)2-3次。[0012]上述步驟(I)之前首先將鋁合金工件進行清洗，然后將清洗后的工件進行相互壓裝。
[0013]所述清洗的過程為:所述清洗的過程為:先用細(xì)砂紙磨光，并用丙酮清洗干凈；接著再放入5-10%的NaOH溶液中，在溫度為70_75°C下浸泡40_70s，然后水洗，再用12-16%的HNO3在常溫下浸泡2-3min，然后用水清洗干凈；最后在烘箱中75-85 °C烘干30_40min，保證工件上不殘留有機物質(zhì)。
[0014]所述的相互壓裝要保證焊接工件之間的最大間隙小于焊接深度的5% (焊接深度一般要求大于板厚的2/3)，但焊接工件之間的間隙最大不超過0.2mm，且保證“I”型接頭對接表面光滑平整。
[0015]上述步驟(5)之后對焊接工件進行真空冷卻(真空度低于I X I(T1Pa),冷卻后取出工件。通過在真空中冷卻，防止高溫的鋁合金工件在空氣中氧化。
[0016]本發(fā)明有益效果如下:
[0017]1、通過預(yù)熱將工件加熱，減小焊接殘余應(yīng)力和工件變形量。
[0018]2、穿透焊接過程中，電子束的前后左右擺動對熔池起到機械攪拌作用，使得熔池中氣體容易逸出，降低氣孔率。
[0019]3、通過焊縫修飾，有利于將部分氣體釋放出來，減少氣孔率，修飾焊縫表面，改進
焊縫質(zhì)量。
[0020]4、通過在真空中冷卻，防止高溫的鋁合金工件在空氣中氧化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明鋁合金真空電子束焊接工藝流程圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實施例1中工件焊縫外觀照片。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。
[0024]如圖1所示:本發(fā)明鋁合金真空電子束焊接方法步驟為:
[0025]對工件進行清洗后，首先將焊接工件相互壓裝后放入真空室中并抽真空；然后以電子束流為4-8mA、掃描頻率為80-200HZ、X軸掃描幅值和Y軸掃描幅值都為200-300、焊接速度450-600mm/s進行掃描預(yù)熱；以對縫束流為10_15mA、掃描頻率為80_200Ηζ、X軸掃描幅值和Y軸掃描幅值都為200-300、焊接速度450-600mm/s進行定位預(yù)連接；以電子束流為30-45mA、掃描頻率為80_200Ηζ、X軸掃描幅值和Y軸掃描幅值都為200-300、焊接速度450-600mm/s進行掃描穿透焊接；再以電子束流為15_22mA、掃描頻率為80_200Hz、X軸掃描幅值和Y軸掃描幅值都為2000-4000、焊接速度450-600mm/s進行焊縫修飾；最后進行真空冷卻，并取出工件。
[0026]實施例1
[0027]試件材料:A16061-T651，板厚10_。
[0028]工件的預(yù)處理:先用細(xì)砂紙磨光，并用丙酮清洗干凈；接著再放入8%的NaOH溶液中，在溫度為75°C下浸泡60s,然后水洗,再用14%的HNO3在常溫下浸泡2min,然后用水清洗干凈；最后在烘箱中烘干80°C烘干35min。[0029]焊接工件相互壓裝:保證焊接工件之間的最大間隙小于焊接深度的5%(焊接深度一般要求大于板厚的2/3)，但焊接工件之間的間隙最大不超過0.2mm，且保證“I”型接頭對接表面光滑平整。此次實例保證最大間隙不超過0.2mm。
[0030]將壓裝后的工件放入焊接室內(nèi)抽真空，真空度為7.0X 10_2Pa ；
[0031]預(yù)熱:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流630mA、電子束流為4mA、掃描頻率為100Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200、焊接速度450mm/s進行預(yù)熱，沿著焊縫往返預(yù)熱3次。
[0032]定位預(yù)連接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流636mA、對縫束流為10mA、掃描頻率為80Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200、焊接速度450mm/s進行定位預(yù)連接；
[0033]穿透焊接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流636mA、電子束流為30mA、掃描頻率為100Hz、X軸和Y軸掃描幅值為100、焊接速度450mm/s進行穿透焊接；
[0034]焊縫修飾:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流640mA、電子束流為15mA、掃描頻率為100Hz、X軸和Y軸掃描幅值為2000、焊接速度450mm/s進行焊縫修飾(焊接方向與掃描穿透焊接方向相反)3次。
[0035]最后進行真空冷卻(真空度低于I X I(T1Pa),取出工件。
[0036]本實施例焊縫照片如圖2所示，形成外部美觀的焊縫。
[0037]實施例2
[0038]與實施例1不同之處在于:試件材料:A16061-T651，板厚IOmm ；
[0039]預(yù)熱:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流633mA、電子束流為6mA、掃描頻率為150Hz、X軸和Y軸掃描幅值為250、焊接速度500mm/s進行預(yù)熱，沿著焊縫往返預(yù)熱3次。
[0040]定位預(yù)連接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流638mA、對縫束流為12mA、掃描頻率為150Hz、X軸和Y軸掃描幅值為220、焊接速度500mm/s進行定位預(yù)連接；
[0041]穿透焊接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流638mA、電子束流為40mA、掃描頻率為140Hz、X軸和Y軸掃描幅值為160、焊接速度520mm/s進行穿透焊接；
[0042]焊縫修飾:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流642mA、電子束流為18mA、掃描頻率為120Hz、X軸和Y軸掃描幅值為2800、焊接速度530mm/s進行焊縫修飾(焊接方向與掃描穿透焊接方向相反)2次。
[0043]最后進行真空冷卻(真空度低于I X I(T1Pa),取出工件。
[0044]實施例3
[0045]與實施例1不同之處在于:試件材料:A16061-T651，板厚IOmm ；
[0046]預(yù)熱:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流635mA、電子束流為8mA、掃描頻率為200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為300、焊接速度600mm/s進行預(yù)熱，沿著焊縫往返預(yù)熱3次。
[0047]定位預(yù)連接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流640mA、對縫束流為15mA、掃描頻率為200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為250、焊接速度600mm/s進行定位預(yù)連接；
[0048]穿透焊接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流640mA、電子束流為45mA、掃描頻率為200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200、焊接速度600mm/s進行穿透焊接；
[0049]焊縫修飾:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流645mA、電子束流為22mA、掃描頻率為200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為4000、焊接速度600mm/s進行焊縫修飾(焊接方向與掃描穿透焊接方向相反)3次。
[0050]最后進行真空冷卻(真空度低于I X I(T1Pa),取出工件。
[0051]上述實施例1-3鋁合金真空電子束焊縫力學(xué)性能如表1所示。
[0052]表1鋁合金真空電子束焊縫力學(xué)性能
[0053]
【權(quán)利要求】
1.一種鋁合金真空電子束焊接方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將待焊接的鋁合金工件放入焊接室中并抽真空； (2)對工件進行預(yù)熱:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流630_635mA、電子束流為4-8mA、掃描頻率為80-200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200-300、焊接速度450-600mm/s進行預(yù)熱，沿著焊縫往返預(yù)熱2-3次； (3)對工件進行定位預(yù)連接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流636-640mA、對縫束流為10_15mA、掃描頻率為80_200Hz、X軸和Y軸掃描幅值為200-250、焊接速度450-600mm/s進行定位預(yù)連接； (4)對工件進行穿透焊接:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流636_640mA、電子束流為30-45mA、掃描頻率為80_200Ηζ、X軸和Y軸掃描幅值為100-200、焊接速度450_600mm/s進行穿透焊接； (5)對工件進行焊縫修飾:以工作距離為110mm、加速電壓70kV、聚焦電流640_645mA、電子束流為15-22mA、掃描頻率為80_200Ηζ、X軸和Y軸掃描幅值為2000-4000、焊接速度450-600mm/s進行焊縫修飾，修飾次數(shù)2_3次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于:步驟(I)之前首先將鋁合金工件進行清洗，然后將清洗后的工件進行相互壓裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接方法，其特征在于:所述清洗的過程為:先用細(xì)砂紙磨光，并用丙酮清洗干凈；接著再放入5-10%的NaOH溶液中，在溫度為70-75 °C下浸泡40-70s，然后水洗，再用12-16%的HNO3在常溫下浸泡2-3min，然后用水清洗干凈；最后在烘箱中烘干75-85 °C烘干30-40min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接方法，其特征在于:所述的相互壓裝要保證焊接工件之間的最大間隙小于焊接深度的5%，但焊接工件之間的間隙最大不超過0.2_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于:步驟(I)中焊接室內(nèi)的真空度低于7.0XlO-2Pa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接方法，其特征在于:步驟(5)之后對焊接工件進行真空冷卻，真空度低于IXlO-1Pa15
【文檔編號】B23K15/06GK103785939SQ201210433230
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】喬紅超, 趙吉賓, 于彥鳳 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所