2A14高强铝合金电子束焊接工艺研究  

作者:杨晗;莫延亮;张启明;李浩;杨白鸽;余善海;屈宝丰 刊名:《压力容器》 上传者:薛可

【摘要】通过调整电子束焊接参数的方法,对厚度2 mm的2A14铝合金薄板进行电子束焊接,对比分析焊缝深宽比及成型情况,优化焊接参数。并通过比较分析得出最佳焊接参数,使焊缝深宽比较大,且表面成型良好,无裂纹、塌陷、气孔等缺陷产生,达到最佳焊接效果。

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0引言2A14铝合金作为一种高强铝合金,其主要化学成分有铜、硅、锰、铁、镁、锌等,具有良好的可切削性、较高的比刚度和比强度、良好的耐腐蚀性、电和热的良导体等综合性能,应用领域广泛[1-4]。由于高强铝合金具有熔点低、易氧化、热膨胀系数大等特点,同时,因其电导率与热导率大,使焊接性能较差,在焊接过程中易产生热裂纹、气孔、焊缝塌陷等缺陷[5-6]。工程上2A14铝合金的使用状态通常为T6状态,即固溶处理+人工时效处理后的2A14高强铝合金,T6状态的2A14铝合金具有高强度、低韧性的特性,且有较强的晶间腐蚀倾向和应力腐蚀开裂倾向[7-8]。此外,铝合金与空气中的氧极易结合生成一层致密而坚硬的Al2O3氧化膜,其熔点高达2050℃,该氧化膜的存在使焊接过程中易形成夹渣、气孔等缺陷[9-12],焊前必须将其去除,且焊接过程中尽可能避免该氧化膜的产生。某产品在研制过程中,为保证产品的外观、强度及重量要求,采用图1所示结构进行电子束焊接。本文通过调整不同的焊接参数进行电子束焊接,对比分析不同焊接参数的焊缝深宽比及表面成型情况,得到优化后的工艺参数。1试验材料及方法试验中,两个组成部分的材料均为2A14-T6高强铝合金,焊件结构如图1所示。图1焊件结构示意盖板厚度为2 mm,用电子束焊接的方法将盖板与壁厚为6 mm的筒体焊接在一起,并焊透,即熔深≮2 mm。焊前处理:采用机械方法去除焊接部位表面氧化物,并用丙酮清洗干净。2焊接设备及参数确定焊接设备选用的是高压真空电子束焊机,可有效防止焊接过程中氧化膜的产生。根据电子束聚焦点距被焊件表面的高度不同,电子束聚焦分为上聚焦、表面聚焦、下聚焦三种方式。电子束聚焦点距被焊件表面的高度改变,聚焦电流也随之改变。已有试验结果表明,电子束流过小,焊缝存在未焊透现象,且由于能量的不足,焊缝内部将存在一些未完全溢出的气孔,或焊根面上出现针状小气孔,收弧的地方尤其明显。而当电子束流过大时,焊缝将出现塌陷,表面成型差,同时熔池凝固过程中的不平衡性增加,熔池易过热,使热裂纹倾向增大[13-14]。此外,随着电子束流的增大,接头强度增大,但当电子束流过大时,由于焊缝塌陷量增大,有效承载面积减小,接头抗拉强度降低。焊接速度过慢时,焊接热输入大,焊缝出现塌陷,表面成型不良;焊接速度过快时,焊接区域热输入不足,焊缝出现未焊透现象,接头强度低。因此,可以说电子束流和焊接速度共同决定着焊接热输入的大小和焊接过程中熔池的凝固时间及熔化速率。而相较于表面聚焦焊接而言,下聚焦焊接时电子束较强,表面成型差,飞溅大,电子束穿透能力强。也即,聚焦方式与焊缝表面成型息息相关。热输入是指焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量,电子束焊接热输入的计算公式如下:Q=nEb·HvV式中Q——单位长度焊缝的热输入,J/mmn——热效率系数,电子束焊接可按0.7~0.8计算Eb——电子束流,m AHv——高压,k VV——焊接速度,mm/min可以看出,电子束焊接热输入与电子束流大小成正比,与焊接速度成反比。在其他条件相同的情况下,分析电子束流、焊接速度、聚焦方式对焊接质量的影响,焊接参数如表1所示。表1焊接参数序号电子束流/m A焊接速度/(mm/s)聚焦电流/m A1#16.5 29.31 281.32#15 29.31 281.33#15 14.65 2754#15 11.72 281.35#14 14.65 281.36#12 11.72 275此次试验分别采用表面聚焦焊接和下聚焦焊接的方式进行焊接。表1中,1#,2#,4#,5#为表面聚焦焊接,3#和6#为下聚焦焊接

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