2A12铝合金真空电子束焊接工艺研究

作者:王俊元;王素慧 刊名:山西师范大学学报(自然科学版) 上传者:任锦帅

【摘要】本文研究了2A12铝合金材料的性能,探讨了真空电子束焊接技术的应用范围和焊接流程以及真空电子束焊接工艺的发展.在此基础上采用了"试件法"的焊接方法,对2A12铝合金进行了试验,确定了焊接工艺参数,保证了焊缝所需的力学性能,满足了设计使用要求.

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0前言随着科学技术的最新发展,尤其原子能和导弹技术的发展,大量应用了锆、钛、钽、铂、镍、铝及其合金.焊接这些金属用一般的气体保护焊常常不能得到满意的结果.电子束焊接研制成功才顺利地解决了这些稀有和难熔金属的焊接问题[1].电子束焊接是近三十来年发展起来的一种新颖、高能量密度的熔化焊方法.它是通过高压加速装置形成的高功率电子束流,经过磁透镜汇聚,得到很小的焦点,一般为0.2mm~0.6mm,轰击置于真空或非真空中的焊件时,能量密度可达106W/cm2~108W/cm2[2~4],电子的部份动能迅速转变为热能,熔化金属,从而完成焊接的一种工艺.电子束焊接的应用好坏与否,不仅取决于设备的好坏,在更大的程度上取决于工艺的掌握程度.国外在发展电子束焊接同时,对工艺研究一般都非常重视.工艺的研究促进了设备的发展,也扩大了电子束的应用范畴.12A12铝合金的性能电子束焊接在工业上有着极其广泛的应用.由于焦点小、电子速度很高,因而产生的热量相当集中,且具有相当的穿透能力,故可得到焊缝深宽比较大、热影响区狭小的高质量焊缝.另一方面,在真空状态下焊接时,可以基本杜绝空气对焊缝的影响,使焊缝内部质量大大优于在非真空状态下的焊接质量.基于以上特点,真空电子束焊接方法常常用来焊接一些焊接性较差的高熔点和极易氧化的特种材料.2A12铝合金是Al-Cu-Mg系合金,在高温下具有良好的塑性,焊接性能良好,常用于制造中等载荷零件、形状复杂锻件以及模锻件.2A12是一种极易被氧化的材料,在空气中容易与氧结合生成紧密结实的Al2O3氧化薄膜(厚度约0.1m).这些薄膜的熔点高达2050,密度3.950kg/m3~4.10kg/m3,约为铝的1.4倍,它会吸附水分,在焊接过程中形成气孔、夹渣等缺陷,从而降低了焊接接头的力学性能.少量的气体杂质对它的组织结构和力学性能产生强烈的影响,对该材料的焊接十分不利,故选用焊接质量高,杂质气体少的真空电子束焊接方法进行试验研究[5].本文中的研究零件是运用2A12铝合金旋压而成筒形零件.表1为材料2A12的化学成分和机械性能.表12A12的化学成分及力学性能Tab.1TheChemicalConstitutionandMechanicalPropertyof2A12化学成分(%)力学性能CuMgMnFeSiZnNiAlb(MPa)(%)HBS3.8~4.91.2~1.80.3~0.90.50.50.30.1余量47017105弹性模量:E=7.21010N/m2泊松比:=0.33熔点:503~530密度:P=2.7787103kg/m3注:力学性能为淬火+自然时效状态指标22A12铝管真空电子束焊接基本流程真空电子束焊的工序一般包括待焊工件的清洗、焊前压配、焊接、探伤、焊后精加工[6~7].(1)待焊工件的清洗.真空电子束焊对零件焊接面的清洗要求比较高.在焊接前,要将焊接表面的油、锈、氧化物以及其他杂质清除干净.特别是两个对接表面,首先使用刮刀刮去表面的氧化物,再使用丙酮或无水乙醇擦洗脱水,清洗完毕后,必须在8h内进行焊接.(2)焊前压配.焊接前零件装配精度对电子束焊接质量的影响很大.因为端面接触部位存在间隙和零件配合过松都会造成焊接变形.所以,在装配时要控制机加工的公差配合,确保装配到位.(3)焊接.电子束焊接参数的选用是否合适直接影响着焊缝内外表面的成形和焊缝的强度.通过焊接试件,调整焊接参数,并将焊缝质量好的参数作为焊接参数.(4)探伤.对于电子束焊的检验,一般先目视检查其外观,待车光焊缝凸起及锁底后,可进行X光检查,不允许有缺陷.(5)焊后

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