本發(fā)明涉及材料加工技術領域，具體涉及一種中等厚度鋁鎂合金焊接方法。

背景技術：

鋁鎂合金是以金屬鎂為主要合金元素的非熱處理強化防銹鋁合金，具有材料密度低、強度高、熱電導率高、耐腐蝕能力強，兼顧良好的物理特性和力學性能，因而廣泛應用于工業(yè)產(chǎn)品特別是航空航天產(chǎn)品的焊接結構上。

雖然鋁鎂合金作為結構材料具有諸多優(yōu)勢，但其特殊的物理性質增加了焊接難度。鋁鎂合金焊接過程中容易產(chǎn)生的缺陷如下：

(1)氣孔氣孔是鋁鎂合金焊接時最容易出現(xiàn)的焊接缺陷，其形成原因主要是氫在熔體凝固過程中溶解度的劇烈下降，以及一些合金元素蒸汽來不及逸出導致的。氣孔的存在降低了致密性和耐蝕性，同時減小了焊縫受力時有效承載面積，易形成應力集中，從而降低焊縫的力學性能，對焊縫危害較大。

(2)熱裂紋熱裂紋是鋁合金焊接時易出現(xiàn)的焊接缺陷，其產(chǎn)生是由于鋁及鋁合金線膨脹系數(shù)大，熔池金屬冷卻速度較快，易產(chǎn)生較大的焊接應力，使鋁合金具有較大的裂紋傾向。

(3)接頭軟化熱處理強化的鋁合金以及焊前經(jīng)過冷作硬化的非熱處理強化鋁合金，焊接后熱影響區(qū)的力學性能，特別是強度和硬度相比于原來的母材會有不同程度的降低，及焊縫附近出現(xiàn)軟化。

(4)焊接變形焊接變形是焊接區(qū)在熱源作用下受熱膨脹，但是受到周圍較冷區(qū)域的約束不能自由膨脹，因此在工件中產(chǎn)生壓應力。而在冷卻時高溫區(qū)因溫度降低而收縮，但是受到周圍較冷區(qū)域的限制不能自由收縮，這樣在工件中產(chǎn)生拉應力，最終導致工件中存在較大應力而變形。

常用的焊接方法TIG、MIG焊能夠獲得優(yōu)質焊接接頭，但其生產(chǎn)效率低，焊接變形大等問題十分突出；近年來，激光焊、電子束及攪拌摩擦焊等先進焊接方法相繼投入使用，效果同樣不是很理想。激光焊接鋁鎂合金過程中氫及鎂蒸汽形成的氣孔以及激光小孔不穩(wěn)定坍塌而形成的工藝氣孔嚴重超標，并且隨著焊接厚度的增加，氣孔問題愈加明顯；電子束、攪拌摩擦焊受限于焊接產(chǎn)品大小及結構形式，適用性不強。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種中等厚度鋁鎂合金焊接方法，其能夠解決中等厚度鎂鋁合金焊接過程中產(chǎn)生的氣孔、裂紋等缺陷的技術問題，并且能夠兼顧焊接變形及生產(chǎn)效率的要求。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種中等厚度鋁鎂合金焊接方法，包括：

步驟一、將待焊產(chǎn)品的焊接區(qū)域采用機械加工開Y型坡口，之后對待焊產(chǎn)品的Y型坡口處進行化學清理；

步驟二、將待焊產(chǎn)品裝配固定，使得Y型坡口的坡面朝向工作面，且待焊產(chǎn)品的焊縫間隙＜0.5mm，階差≤1mm；

步驟三、采用激光焊對所述待焊產(chǎn)品的焊縫進行打底焊；

步驟四、對步驟三獲得的激光打底焊縫進行機械打磨至露出金屬光澤；

步驟五、采用CMT焊接方法對打磨后的激光打底焊縫上方的Y型坡口的坡面進行蓋面焊，形成正面焊縫余高。

優(yōu)選的是，所述步驟一中，所述Y型坡口的坡口鈍邊厚度1～3mm，坡口角度30°～60°。

優(yōu)選的是，還包括以下步驟：

所述Y型坡口的化學清理方法為：

1.1、用40℃～70℃的質量分數(shù)為5％～10％的NaOH溶液堿洗3min～7min，之后流動清水沖洗；

1.2、用20℃-60℃的質量分數(shù)為30％的HNO₃溶液酸洗1min～3min，之后流動清水沖洗，風干或低溫干燥。

優(yōu)選的是，所述激光焊采用單光板或雙光束的激光光束，其中所述激光光束為CO₂氣體激光光束、Nd：YAG固體激光光束、半導體激光光束或光纖激光光束其中任一。

優(yōu)選的是，所述激光焊的參數(shù)為激光功率2～4kW，焊接速度為0.5～2m/min，離焦量-0.5～0.5。

優(yōu)選的是，采用氣孔或電動鋼絲刷對所述步驟三獲得的激光打底焊縫進行打磨至焊縫露出金屬光澤。

優(yōu)選的是，根據(jù)不同的坡口尺寸，CMT焊接工藝規(guī)范為送絲速度5～10m/min，焊接速度0.3～1.2m/min。

優(yōu)選的是，所述步驟五中還包括在CMT焊接前對焊絲進行所述化學清理。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

本發(fā)明方法針對中等厚度鋁鎂合金對接接頭采用激光打底-CMT蓋面的焊接方法，充分利用激光焊熱源能量集中，穿透能力強的優(yōu)點進行打底焊，保證鈍邊焊透；利用CMT焊接超低熱輸入的優(yōu)點，對上部坡口處進行蓋面，形成正面余高；本發(fā)明方法有效的解決了中等厚度鋁鎂合金焊接氣孔及未焊透問題，同時由于超低的熱輸入減小了焊接變形，提高了焊接結構的成型精度，該方法焊接過程穩(wěn)定，焊縫質量可控，綜合生產(chǎn)效率提高。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的待焊鋁鎂合金Y型坡口示意圖；

圖2為本發(fā)明的焊縫成形示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種中等厚度鋁鎂合金焊接方法，包括：

步驟一、將待焊產(chǎn)品100的焊接區(qū)域采用機械加工開Y型坡口101，之后對待焊產(chǎn)品的Y型坡口處進行化學清理；

步驟二、將待焊產(chǎn)品裝配固定，使得Y型坡口的坡面102朝向工作面，且待焊產(chǎn)品的焊縫103間隙＜0.5mm，階差≤1mm；

步驟三、采用激光焊對所述待焊產(chǎn)品的焊縫進行打底焊；

步驟四、對步驟三獲得的激光打底焊縫進行機械打磨至露出金屬光澤；

步驟五、采用CMT焊接方法對打磨后的激光打底焊縫上方的Y型坡口的坡面進行蓋面焊104，形成正面焊縫余高。

一個優(yōu)選方案中，所述步驟一中，所述Y型坡口的坡口鈍邊厚度1～3mm，坡口角度30°～60°。

一個優(yōu)選方案中，還包括以下步驟：

所述Y型坡口的化學清理方法為：

1.1、用40℃～70℃的質量分數(shù)為5％～10％的NaOH溶液堿洗3min～7min，之后流動清水沖洗；

1.2、用20℃-60℃的質量分數(shù)為30％的HNO₃溶液酸洗1min～3min，之后流動清水沖洗，風干或低溫干燥。

一個優(yōu)選方案中，所述激光焊采用單光板或雙光束的激光光束，其中所述激光光束為CO₂氣體激光光束、Nd：YAG固體激光光束、半導體激光光束或光纖激光光束其中任一。

一個優(yōu)選方案中，所述激光焊的參數(shù)為激光功率2～4kW，焊接速度為0.5～2m/min，離焦量-0.5～0.5。

一個優(yōu)選方案中，采用氣孔或電動鋼絲刷對所述步驟三獲得的激光打底焊縫進行打磨至焊縫露出金屬光澤。

一個優(yōu)選方案中，根據(jù)不同的坡口尺寸，CMT焊接工藝規(guī)范為送絲速度5～10m/min，焊接速度0.3～1.2m/min。

一個優(yōu)選方案中，所述步驟五中還包括在CMT焊接前對焊絲進行所述化學清理。

本發(fā)明方法針對中等厚度鋁鎂合金對接接頭采用激光打底-CMT蓋面的焊接方法，充分利用激光焊熱源能量集中，穿透能力強的優(yōu)點進行打底焊，保證鈍邊焊透；利用CMT焊接超低熱輸入的優(yōu)點，對上部坡口處進行蓋面，形成正面余高；本發(fā)明方法有效的解決了中等厚度鋁鎂合金焊接氣孔及未焊透問題，同時由于超低的熱輸入減小了焊接變形，提高了焊接結構的成型精度，該方法焊接過程穩(wěn)定，焊縫質量可控，綜合生產(chǎn)效率提高。

實施例1

一、采用機械加工方式將待焊鋁鎂合金板材開Y型坡口，坡口鈍邊厚度3mm，坡口角度60°之間，如附圖1所示。試板坡口加工完成后進行化學清理，具體方法為：用70℃的10％NaOH溶液堿洗7min，流動清水沖洗，接著用室溫至60℃的30％HNO3溶液酸洗3min，流動清水沖洗，風干或低溫干燥；

二、將焊接試板采用焊接壓板固定在焊接平臺上，保證間隙小于0.5mm，階差不大于1mm；

三、可以采用單光斑或雙光束的激光光束對所述待焊焊縫進行打底焊。所述激光光束包括CO₂氣體激光光束、Nd：YAG固體激光光束、半導體激光光束和光纖激光光束。根據(jù)不同焊接厚度，選擇激光焊參數(shù)如下：激光功率3kW，焊接速度為2m/min，離焦量-0.5；

四、采用氣孔或電動鋼絲刷對步驟三獲得的激光打底焊縫進行打磨，確保焊縫露出金屬光澤；

五、采用CMT焊接方法對所述待焊焊縫進行蓋面焊，形成正面焊縫余高，如圖2所示。根據(jù)不同的坡口尺寸，選擇CMT焊接工藝規(guī)范為送絲速度7m/min，焊接速度0.8m/min。

實施例2

一、采用機械加工方式將待焊鋁鎂合金板材開Y型坡口，坡口鈍邊厚度1mm，坡口角度30°之間，如附圖1所示。試板坡口加工完成后進行化學清理，具體方法為：用40℃的5％NaOH溶液堿洗3min，流動清水沖洗，接著用室溫至60℃的30％HNO₃溶液酸洗1min，流動清水沖洗，風干或低溫干燥；

二、將焊接試板采用焊接壓板固定在焊接平臺上，保證間隙小于0.5mm，階差不大于1mm；

三、可以采用單光斑或雙光束的激光光束對所述待焊焊縫進行打底焊，所述激光光束包括CO₂氣體激光光束、Nd：YAG固體激光光束、半導體激光光束和光纖激光光束。根據(jù)不同焊接厚度，選擇激光焊參數(shù)如下：激光功率2kW，焊接速度為0.5m/min，離焦量-0.5；

四、采用氣孔或電動鋼絲刷對步驟三獲得的激光打底焊縫進行打磨，確保焊縫露出金屬光澤；

五、采用CMT焊接方法對所述待焊焊縫進行蓋面焊，形成正面焊縫余高，如圖2所示。根據(jù)不同的坡口尺寸，選擇CMT焊接工藝規(guī)范為送絲速度5m/min，焊接速度0.3m/min。

實施例3

一、采用機械加工方式將待焊鋁鎂合金板材開Y型坡口，坡口鈍邊厚度2mm，坡口角度45°之間，如附圖1所示。試板坡口加工完成后進行化學清理，具體方法為：用55℃的7％NaOH溶液堿洗5min，流動清水沖洗，接著用室溫至60℃的30％HNO₃溶液酸洗1min～3min，流動清水沖洗，風干或低溫干燥；

二、將焊接試板采用焊接壓板固定在焊接平臺上，保證間隙小于0.5mm，階差不大于1mm；

三、可以采用單光斑或雙光束的激光光束對所述待焊焊縫進行打底焊。所述激光光束包括CO₂氣體激光光束、Nd：YAG固體激光光束、半導體激光光束和光纖激光光束。根據(jù)不同焊接厚度，選擇激光焊參數(shù)如下：激光功率3kW，焊接速度為1m/min，離焦量0.5；

四、采用氣孔或電動鋼絲刷對步驟三獲得的激光打底焊縫進行打磨，確保焊縫露出金屬光澤；

五、采用CMT焊接方法對所述待焊焊縫進行蓋面焊，形成正面焊縫余高，如圖2所示。根據(jù)不同的坡口尺寸，選擇CMT焊接工藝規(guī)范為送絲速度10m/min，焊接速度1.2m/min。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。