本發(fā)明屬于金屬焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金的焊接工藝。
背景技術(shù)：
鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來科學技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同時焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點之一。
鋁合金由于有其獨特的物理性能，因此在焊接過程中會帶來一系列的困難。如鋁合金在焊接前如果沒有清潔表面的油污或其他雜質(zhì)，將有可能會產(chǎn)生焊接缺陷，強度下降，使用壽命變短。鋁合金從固態(tài)變成液態(tài)時無明顯的色澤變化，因此在焊接過程中給操作者帶來不少困難，容易出現(xiàn)未焊透的缺陷。另一方面，鋁合金的液體熔池很容易吸收氣體，在高溫下溶入大量氫氣，在焊接后冷卻凝固過程中來不及逸出而凝集在焊縫中而形成氣孔，影響鋁合金焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)問題的缺點，提供一種鋁合金的焊接工藝，該焊接工藝能夠有效的解決氣孔的問題，且不易出現(xiàn)未熔合、未焊透以及裂紋的現(xiàn)象。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，在溫度為25-55℃時進行超聲波清洗，然后進行烘干處理；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至150-200℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至750-830℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金2-10％、熱致變色化合物3-10％、鋰0.5-3.5％、鎂0.5-1.2％、銅0.03-0.09％以及余量的鋁；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱1-3h，加熱溫度為450-620℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在300-450℃中固溶60-100min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入10-25℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
進一步的，所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金5-8％、熱致變色化合物4-9％、鋰1.5-2.5％、鎂0.7-1.1％、銅0.04-0.08％以及余量的鋁。
進一步的，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅10-20份、氟化鋰10-20份、碳酸銨10-15份和四氯化碳5-10份。
進一步的，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10-15份、乙二醇丁酯5-12份、硼酸5-10份、磷酸三鈉8-15份和去離子水50-80份。
進一步的，所述熱致變色化合物為三芳甲烷類化合物、酚類化合物或磺酸類化合物中的一種或兩種以上。
進一步的，所述步驟(3)中，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為180～350A，焊接電壓為20～27V，氬氣流量為8～13L/min，焊接速度為15-22cm/min。
進一步的，所述步驟(1)中超聲波清洗時間為2-6min，頻率為20-26kHz，所述步驟(4)中超聲波除氣時間為3-8min，頻率為25-30kHz。
進一步的，所述步驟(1)中烘干處理是在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為90-150℃，時間為20-35min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明的鋁合金專用焊絲，原料配方以接近母料的鋁為主，并輔助加入鋰、鎂、銅等元素增強鋁合金的抗拉強度；本發(fā)明的鋁合金專用焊絲還加入了具有吸氫作用的鎂鎳合金，能夠在焊接的過程中及時的將氫氣吸收，減少氣孔的產(chǎn)生；由于鋁合金從固態(tài)變成液態(tài)時無明顯的色澤變化，本發(fā)明的鋁合金專用焊絲入具有熱致變色化合物，在焊接時隨著溫度升高，能夠使熔化的鋁合金專用焊絲變色，便于操作者觀察熔池焊接區(qū)域，降低出現(xiàn)虛焊的現(xiàn)象，且冷卻后所述熱致變色化合物能夠恢復(fù)原來的顏色，不會影響鋁合金焊接的美觀和質(zhì)量。
本發(fā)明的鋁合金的焊接工藝方法簡單，易于操作，適合于工業(yè)化的推廣和使用。被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域在超聲波中用清洗液清洗，所述清洗劑的各組分相互配合，可以輕松的把焊接區(qū)域表面的臟污清洗干凈，使合金表面保持光潔，結(jié)合更緊密，不僅清洗效率提高，而且不會引入雜質(zhì)離子，減少了清洗成本與污染。其中，丙酮是一種很好的有機溶劑，既具有脂溶性，也具有水溶性，脂溶性會洗掉雜質(zhì)，水溶性會使水溶性的雜質(zhì)洗去，而且有機溶劑中丙酮的沸點比較低，容易揮發(fā)掉；乙二醇丁酯作為水基金屬清洗劑中常用的助洗劑，起到螯合、緩蝕、消泡、增溶、穩(wěn)定清洗劑等作用；硼酸可防止鋁合金焊接的表面被氧化；磷酸三鈉作為清洗液中鋁合金的緩蝕劑，與硬水中的鈣、鎂鹽反應(yīng)，成為不熔性的磷酸鈣和磷酸鎂鹽。
對鋁合金焊接區(qū)域進行預(yù)熱，不但可以減少焊接區(qū)域表面上的水分，同時也可以降低熔池的冷卻速度，改善氣體溢出條件，減少焊縫的含氫量，防止裂紋產(chǎn)生。在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，再對鋁合金板材進行焊接，能夠降低鋁合金焊接時的含氣量，促成焊縫處晶粒細化。碳酸銨在高溫下分解，同鋁合金液體中的氫及氧反應(yīng)，以二氧化碳、二氧化氮、水蒸汽、氨氣及少量甲烷等氣體逸出，并因為有水蒸汽的產(chǎn)生，會提高熔融鋁合金液體的攪動程度，提高氣體的逸出。所述脫水氯化鋅能夠溶解鋁合金表面的金屬氧化物，焊接時不會損傷鋁合金表面，并與所述四氯化碳一起吸收周圍的水蒸汽，氟化鋰作為鋁合金焊接的助熔劑，能夠顯著降低鋁合金焊接時的熔融溫度，并使鋁合金焊縫表面的顆粒物質(zhì)和氣孔率減少。在固溶的同時，采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，能夠使熔池內(nèi)的大量氣體有效地去除，使除氣效果大幅度提高。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作詳細介紹。
實施例1
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10份、乙二醇丁酯5份、硼酸5份、磷酸三鈉8份和去離子水50份；在溫度為25℃時進行超聲波清洗，超聲波清洗時間為2min，頻率為20kHz，然后在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為90℃，時間為20min；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至150℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至750℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅10份、氟化鋰10份、碳酸銨10份和四氯化碳5份；再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為180A，焊接電壓為20V，氬氣流量為8L/min，焊接速度為15cm/min；所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金2％、三芳甲烷類化合物3％、鋰0.5％、鎂0.5％、銅0.03％以及鋁93.97％；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱1h，加熱溫度為450℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在300℃中固溶60min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，超聲波除氣時間為3min，頻率為25kHz；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入10℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
實施例2
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮15份、乙二醇丁酯12份、硼酸10份、磷酸三鈉15份和去離子水80份；在溫度為55℃時進行超聲波清洗，超聲波清洗時間為6min，頻率為26kHz，然后在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為150℃，時間為35min；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至200℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至830℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅20份、氟化鋰20份、碳酸銨15份和四氯化碳10份；再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為350A，焊接電壓為27V，氬氣流量為13L/min，焊接速度為22cm/min；所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金10％、酚類化合物10％、鋰3.5％、鎂1.2％、銅0.09％以及鋁75.21％；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱3h，加熱溫度為620℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在450℃中固溶100min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，超聲波除氣時間為8min，頻率為30kHz；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入25℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
實施例3
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮10份、乙二醇丁酯5份、硼酸5份、磷酸三鈉8份和去離子水50份；在溫度為25℃時進行超聲波清洗，超聲波清洗時間為2min，頻率為20kHz，然后在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為90℃，時間為20min；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至150℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至750℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅10份、氟化鋰10份、碳酸銨10份和四氯化碳5份；再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為180A，焊接電壓為20V，氬氣流量為8L/min，焊接速度為15cm/min；所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金5％、磺酸類化合物4％、鋰1.5％、鎂0.7％、銅0.04％以及鋁88.76％；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱1h，加熱溫度為450℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在300℃中固溶60min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，超聲波除氣時間為3min，頻率為25kHz；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入10℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
實施例4
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮15份、乙二醇丁酯12份、硼酸10份、磷酸三鈉15份和去離子水80份；在溫度為55℃時進行超聲波清洗，超聲波清洗時間為6min，頻率為26kHz，然后在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為150℃，時間為35min；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至200℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至830℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅20份、氟化鋰20份、碳酸銨15份和四氯化碳10份；再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為350A，焊接電壓為27V，氬氣流量為13L/min，焊接速度為22cm/min；所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金8％、三芳甲烷類化合物5％、酚類化合物4％、鋰2.5％、鎂1.1％、銅0.08％以及鋁78.92％；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱3h，加熱溫度為620℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在450℃中固溶100min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，超聲波除氣時間為8min，頻率為30kHz；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入25℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
實施例5
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮11份、乙二醇丁酯6份、硼酸6份、磷酸三鈉9份和去離子水60份；在溫度為35℃時進行超聲波清洗，超聲波清洗時間為3min，頻率為22kHz，然后在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為100℃，時間為25min；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至160℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至760℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅11份、氟化鋰12份、碳酸銨11份和四氯化碳6份；再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為190A，焊接電壓為21V，氬氣流量為9L/min，焊接速度為16cm/min；所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金4％、酚類化合物2.5％、磺酸類化合物2.5％、鋰2％、鎂0.6％、銅0.04％以及鋁88.36％；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱1.5h，加熱溫度為500℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在320℃中固溶70min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，超聲波除氣時間為4min，頻率為26kHz；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入15℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
實施例6
一種鋁合金的焊接工藝，包括如下步驟：
(1)將被焊接鋁合金板材表面的焊接區(qū)域放入清洗液中，所述清洗液主要由如下重量份的原料制得：丙酮13份、乙二醇丁酯11份、硼酸9份、磷酸三鈉13份和去離子水70份；在溫度為45℃時進行超聲波清洗，超聲波清洗時間為5min，頻率為25kHz，然后在真空干燥箱中進行烘干，烘干溫度控制為140℃，時間為30min；所述鋁合金專用焊絲的制作方法為將上述原料進行配料，將所述鎂鎳合金、鋰、鎂、銅以及余量的鋁混合熔煉后，澆注成毛坯棒，將所述毛坯棒加熱3h，加熱溫度為620℃，再將該毛坯棒擠壓成絲，經(jīng)修磨、冷拉、氫退處理后得到初級鋁合金專用焊絲，將所述熱致變色化合物均勻噴涂在所述初級鋁合金專用焊絲的表面上，即得所述鋁合金專用焊絲；
(2)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至180℃進行預(yù)熱處理；
(3)將被焊接鋁合金板材的焊接區(qū)域加熱至800℃，在鋁合金板材的焊接區(qū)域噴涂除氣劑，所述除氣劑主要由如下重量份的原料制得：脫水氯化鋅19份、氟化鋰17份、碳酸銨14份和四氯化碳9份；再采用鋁合金專用焊絲對鋁合金板材進行焊接，焊接采用熔化極氬弧焊，焊接電流為320A，焊接電壓為25V，氬氣流量為12L/min，焊接速度為20cm/min；所述鋁合金專用焊絲主要由如下質(zhì)量百分比的原料制得：鎂鎳合金9％、三芳甲烷類化合物4％、磺酸類化合物4％、鋰3％、鎂1％、銅0.07％以及鋁78.93％；
(4)冷卻后將鋁合金板材焊接處在440℃中固溶90min，并采用超聲波對鋁合金板材作進一步除氣處理，超聲波除氣時間為7min，頻率為29kHz；
(5)將固溶后的鋁合金板材焊接處轉(zhuǎn)入23℃冷水中冷卻至室溫；
(6)清理、除盡焊粉或熔渣。
申請人還對本發(fā)明的鋁合金的焊接工藝所得的焊縫進行檢測，檢測數(shù)據(jù)如下：
實驗組1-6為采用本發(fā)明的鋁合金的焊接工藝，對照組采用常規(guī)的鋁合金的焊接工藝。
隨機選取厚度相等的鋁合金焊接，焊接結(jié)束后進行缺陷檢測，實驗組和對照組的焊縫長度為500mm,焊縫中的氣孔個數(shù)如下表1所示：
表1
由上表1可以看出，采用本發(fā)明的鋁合金的焊接工藝焊接的效果優(yōu)于常規(guī)的鋁合金的焊接工藝，焊縫出現(xiàn)氣孔少，無未熔合、未焊透的現(xiàn)象，且無裂紋，滿足鋁合金產(chǎn)品對焊縫的要求。而采用常規(guī)的鋁合金的焊接工藝獲得的焊縫中氣孔個數(shù)為40個，最大氣孔直徑為1.2mm，并且出現(xiàn)了未熔合、未焊透以及裂紋的現(xiàn)象。說明采用本發(fā)明的鋁合金的焊接工藝進行焊接，能夠有效的解決氣孔的問題，不易出現(xiàn)未熔合、未焊透以及裂紋的現(xiàn)象。
上述說明是針對本發(fā)明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。