2A12铝合金真空电子束焊工艺研究及气孔缺陷的防止

作者:杜文华;王俊元;王素慧 刊名:焊接技术 上传者:刘鲲鹏

【摘要】研究了真空电子束焊接2A12铝合金时焊缝接头的力学性能,探讨了影响焊缝强度的主要因素是在焊接过程中产生的气孔缺陷,同时分析了气孔的成因和防止措施。结果表明,在采取合理的焊接工艺措施后,接头中的气孔缺陷可得到很好的控制,保证了焊缝应具有的力学性能,满足设计使用要求。

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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不能得到满意的结果。电子束焊的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。电子束焊在工业上有着极其广泛的应用。由于其能束焦点小、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薄膜(厚度约0.1m)。该薄膜的熔点高达2050,密度3.954.10kg/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。而少量的气体杂质会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。经对2A12材料进行较长时间的真空电子束焊研究,焊接接头经X射线探伤后发现,影响焊缝强度的主要原因为焊缝内部的气孔缺陷。因此,如何保证焊接接头的力学性能、分析焊缝内部气孔的成因和防止是本文探讨的重点。1试验设备及材料1.1试验设备试验采用法国TECHMETA公司生产的LARA52中压高真空型真空电子束焊机,电子枪是加三极型枪,最大功率30kW,加速电压为2060kV可调,稳定性小于0.1%;聚焦电流04A可调,稳定性小于0.1%;束流强度为0500mA可调,束流稳定性小于0.2%;工作距离50500mm可调。静电聚束功能由控制栅极兼顾实现,间热式阴极(钨制),加热方式为电阻加热;焊接工作室的真空度<10-3Pa,工作室尺寸为6600mm1000mm1200mm。1.2试验材料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。本文中的研究零件是运用2A12铝合金旋压而成筒形零件。2真空电子束焊焊接工艺参数的选择2.12A12铝管真空电子束焊焊接样图图1为2A12焊接铝管三维立体建模通过轴心的剖面样图,焊缝为图中2种颜色的交接处,焊缝厚度为8mm,该管用于某型号火箭弹。在此焊接中,2种焊接零件焊接表面零接触,没有坡口。图2为实际焊接零件图片,从图中可以清楚地看到上下2个焊接零件以及焊缝。2.22A12铝管真空电子束焊焊接基本流程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。(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2个对接表面,首先使用刮刀刮去表面的氧化物,再使用丙酮或无水酒精擦洗脱水,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产生焊接变形。所以,在装配时要控制机加工的公差配合,确保装配到位。(3)焊接电子束焊接工艺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,调整焊接工艺参数,并将焊缝质量好的参数作为焊接工艺参数。(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射线探伤,不允许有缺陷。(5)焊后精加工焊接完毕并经目视检查后,要车光焊缝表面余高,其目的是消除X射线

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