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一种厚板AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法

阅读:487发布:2023-02-01

专利汇可以提供一种厚板AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种厚板AZ31镁 合金 焊接 接头及其单面焊接方法,属于材料加工工程中的焊接工艺技术领域。具体地说是提供一种15~20mm厚的高强度AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法。所述焊接接头坡口形式为Y型,坡口 角 度70°~80°,钝边1mm,根部间隙为0,反 变形 垫 块 2~3mm;通过减少钝边尺寸,缩短根部间隙,调整打底焊接线 能量 直接熔透根部,实现了单面焊接双面成型;通过增加反变形垫块,解决了厚板镁合金焊接过程变形大的问题;通过优化工艺参数获得 抗拉强度 达到 母材 86%的焊接接头。该方法成本低、工艺简单、操作方便,对镁合金在强度、 精度 要求高的领域应用提供了技术支持。,下面是一种厚板AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法专利的具体信息内容。

1.一种厚板AZ31镁合金焊接接头,坡口形式为Y型,其特征在于:所述焊接接头的坡口度为70°~80°,钝边尺寸为1mm,根部间隙为0。
2.根据权利要求1所述的一种厚板AZ31镁合金焊接接头,其特征在于:所述焊接接头板材厚度尺寸范围为15~20mm。
3.一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,其特征在于:焊接方法包括如下步骤:
(1)焊前准备
清理板材及焊丝表面污物,将板材进行100~200℃预热处理,时间为1~2小时,取出后将待焊表面残留的化学污渍及化膜清理干净,将反变形对称地放入装配台并保持每块反变形垫块与焊漏槽中心线有10~13mm距离,装配固定好,焊枪与焊接方向保持
100~105°,导丝嘴倾斜20~30°,起弧之前将焊丝与焊枪钨极对准并确保焊丝位于钨极尖端下部,最后将焊丝收回至导丝嘴内;
(2)焊接
焊接分为打底焊接、填充焊接及盖面焊接;每焊完一道之后进行清理,2~3分钟之后进行下一道焊接,单面焊接完后,整个焊接过程完毕;焊接的工艺参数为:电弧电压10~
11V,AC balance 4.5~5,纯度为99.9%的氩气流量14~16L/min;打底焊接:电流275~
290A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;填充焊接:当电流275~285A时,焊接速度
25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min;盖面焊接:当电流275~285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min。
4.根据权利要求3所述的一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,其特征在于:所述焊丝是直径为2.4mm的AZ61镁合金焊丝。
5.根据权利要求3所述的一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,其特征在于:所述反变形垫块为金属材料,厚度为2~3mm,添加在板材底端,对称地放置在焊漏槽两侧,每块反变形垫块分别与焊漏槽中心线保持10~13mm距离。
6.根据权利要求3所述的一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,其特征在于:所采用的焊接方法为钨极氩弧焊,钨极承载交流电范围:240~350A。
7.根据权利要求3或6所述的一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,其特征在于:所述钨极为直径4mm的铈钨,喷嘴口径为16mm。
8.根据权利要求3所述的一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,其特征在于:焊接工艺参数为:电弧电压11V,AC balance 4.5,纯度为99.9%的氩气流量14L/min,打底焊接:电流290A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min,填充焊接:当电流275~
285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min;盖面焊接:当电流275~285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度20~
25cm/min,送丝速度100~120cm/min,制备得到的接头抗拉强度达到母材86%。

说明书全文

一种厚板AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法

技术领域

[0001] 本发明提供一种厚板AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法,特别涉及一种15~20mm厚的高强度AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法,属于材料加工工程中的焊接工艺技术领域。

背景技术

[0002] 镁合金具有化学活泼性高、熔沸点低、导热系数及热膨胀系数大等特点,焊接过程容易产生夹渣、气孔、变形、裂纹及过热等问题,严重阻碍了其焊接结构件的应用。国内外许多科研院所和高校都开展了镁合金的焊接,但仅限于其薄板(小于或等于10mm)的焊接,随着高强度镁合金在轻型装甲上的应用,厚板镁合金的焊接成型开始受到关注。
[0003] 由于镁合金具有较大的热膨胀系数,因而焊接容易产生收缩和变形,厚板镁合金的焊接存在更大的变形,这对于尺寸精度要求较高的领域应用是十分不利的。
[0004] 焊接工艺参数是决定焊接作业成败最为重要的一个因素,其中打底焊接工艺参数选择是否合理直接影响到接头质量。经实验发现,工艺参数选择不当,厚板镁合金打底焊接容易发生塌陷和或者未焊透。因而有必要优化镁合金焊接接头结构特和工艺参数。

发明内容

[0005] 针对目前中厚板镁合金焊接工艺尚不成熟,厚板镁合金焊接过程中产生的气孔、未熔合、变形缺陷的现状,本发明提供了一种厚板AZ31镁合金焊接接头及其单面焊接方法。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明提供下述技术方案:
[0007] 一种厚板AZ31镁合金焊接接头,坡口形式Y型,其特征在于:所述焊接接头的坡口角度为70°~80°,钝边尺寸为1mm,根部间隙为0。
[0008] 其中,所述焊接接头板材的厚度范围为15~20mm。
[0009] 一种厚板AZ31镁合金焊接接头的单面焊接方法,包括如下步骤:
[0010] (1)焊前准备
[0011] 清理板材及焊丝表面污物,将板材进行100~200℃预热处理,时间为1~2小时,取出后将待焊表面残留的化学污渍及化膜清理干净,将反变形对称地放入装配台并保持每块反变形垫块与焊漏槽中心线有10~13mm距离,装配固定好,焊枪与焊接方向保持100~105°,导丝嘴倾斜20~30°,起弧之前将焊丝与焊枪钨极对准并焊丝确保位于钨极尖端下部,最后将焊丝收回至导丝嘴内。
[0012] (2)焊接
[0013] 焊接分为打底焊接、填充焊接及盖面焊接。每焊完一道之后进行清理,2~3分钟之后进行下一道焊接,单面焊接完后,整个焊接过程完毕;焊接的工艺参数为:电弧电压10~11V,AC balance(交流平衡值)4.5~5,纯度为99.9%的氩气流量14~16L/min;
打底焊接:电流275~290A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;填充焊接:当电流
275~285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min;盖面焊接:当电流275~285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度
20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min。
[0014] 其中,所述焊丝为直径为2.4mm的AZ61镁合金焊丝;反变形垫块为金属材料,厚度为2~3mm,添加在板材底端,对称地放置在焊漏槽两侧,每块反变形垫块分别与焊漏槽中心线保持10~13mm距离。
[0015] 所采用的焊接方法为钨极氩弧焊,钨极承载交流电范围:240~350A;钨极优选为直径4mm的铈钨,喷嘴口径为16mm。
[0016] 其中,优选焊接工艺参数为:电弧电压11V,AC balance 4.5,纯度为99.9%的氩气流量14L/min,打底焊接:电流290A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min,填充焊接:当电流275~285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~
275A时,焊接速度20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min,盖面焊接:当电流275~
285A时,焊接速度25~32cm/min,送丝速度120~145cm/min;当电流265~275A时,焊接速度20~25cm/min,送丝速度100~120cm/min,制备得到的接头抗拉强度达到母材86%。
[0017] 有益效果
[0018] 1.通过添加反变形垫块,减少钝边尺寸和不留根部间隙,使得实际焊接接头坡口角度增大,改善了小角度坡口打底焊接时氩气的紊流及热量传输方式,打底焊缝成型美观,为后续的填充焊接及盖面焊接奠定了基础
[0019] 2.通过添加反变型垫块,焊接接头几乎不存在变形;
[0020] 3.通过固定送丝速度、电弧电压、焊接速度等参数,仅调整焊接电流来控制实际输入母材焊接线能量,操作简单方便,焊接效果好,可获得抗拉强度达到母材86%的焊接接头。

具体实施方式

[0021] 为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式,下面给出实施例。以下实施例中,焊接接头的坡口形式为Y型,钝边尺寸为1mm,根部间隙为0;焊丝采用直径2.4mm的AZ61镁合金焊丝;所述反变形垫块为合金材料,添加在板材底端;钨极采用直径4mm的铈钨,承载交流电范围:240~350A;氩气纯度为99.9%。
[0022] 实施例1
[0023] 将坡口角度为80°,厚度为20mm的1#板材放入20%的硝酸溶液中浸蚀2min,之后放入预热箱中进行100℃预热,1小时之后取出,用丝刷清理坡口面及距离坡口中心线30mm板材表面,将待焊表面残留的化学污渍及氧化膜清理干净;将两块2mm厚的反变形垫块对称地放置在焊漏槽两侧,每块反变形垫块分别与焊漏槽中心线保持10mm距离;将板材放于试验台上装配固定好;焊枪与焊接方向保持105°,导丝嘴倾斜25°。焊接分为打底焊接、填充焊接及盖面焊接,焊接工艺参数设置如下:电弧电压11V;AC balance 4.5,氩气流量14L/min;打底焊接:电流275A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;填充焊接:
电流285A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;盖面焊接电流265A,焊接速度20cm/min,送丝速度120cm/min。每焊完一道之后,须用钢丝刷进行清理,2分钟之后进行下一道焊接;单面焊接完后,整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕之后,进行拉伸试验,接头拉伸#
试样根据国标GB2651-89进行加工。1 板材背面融透距离为40mm,拉伸试验结果如表1,结#
果表明1 板材焊接接头抗拉强度平均值154MPa,为母材强度的61%,断后延伸率平均值为
2.3。
[0024] 实施例2
[0025] 将坡口角度为75°,厚度为20mm的2#板材放入20%的硝酸溶液中浸蚀2min,放入预热箱中进行150℃预热,1.5小时之后取出,用钢丝刷清理坡口面及距离坡口中心线30mm板材表面,将待焊表面残留的化学污渍及氧化膜清理干净;将两块2mm厚的反变形垫块对称地放置在焊漏槽两侧,每块反变形垫块分别与焊漏槽中心线保持10mm距离;将板材放于试验台上装配固定好;焊枪与焊接方向保持100°,导丝嘴倾斜20°。焊接分为打底焊接、填充焊接及盖面焊接,焊接工艺参数设置如下:电弧电压10V,AC balance 5,氩气流量
15L/min;打底焊接:电流280A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;填充焊接:电流
280A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;盖面焊接:电流280A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min。每焊完一道之后,须用钢丝刷进行清理,2分钟之后进行下一道焊接,单面焊接完后,整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕之后,进行拉伸试验,接头拉伸试样#
根据国标GB2651-89进行加工;2 板材背面熔透距离为80mm,拉伸试验结果如表1,焊接接头抗拉强度平均值200MPa,为母材强度的79%,断后延伸率平均值为3.3,较实施例1的断后延伸率有所提高。
[0026] 实施例3
[0027] 将坡口角度为70°,尺寸规格为20mm的3#板材放入20%的硝酸溶液中浸蚀2min,放入预热箱中进行200℃预热,1小时之后取出,用钢丝刷清理坡口面及距离坡口中心线30mm板材表面,将待焊表面残留的化学污渍及氧化膜清理干净;将两块3mm厚的反变形垫块对称地放置在焊漏槽两侧,每块反变形垫块分别与焊漏槽中心线保持13mm距离;将板材放于试验台上装配固定好;焊枪与焊接方向保持105°,导丝嘴倾斜30°。焊接分为打底焊接、填充焊接及盖面焊接,焊接工艺参数设置如下:电弧电压11V,AC balance 4.5,氩气流量16L/min;打底焊接:电流285A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;填充焊接:
电流285A,焊接速度32cm/min,送丝速度145cm/min;盖面焊接:电流275A,焊接速度25cm/min,送丝速度145cm/min。每焊完一道之后,须用钢丝刷进行清理,2分钟之后进行下一道焊接,单面焊接完后,整个焊接过程完毕。整个焊接过程完毕之后,进行拉伸试验,接头拉伸#
试样根据国标GB2651-89进行加工。3 板材背面熔透距离为156mm,拉伸试验结果如表1,焊接接头抗拉强度平均值186MPa,达到母材强度的73%,断后延伸率平均值为4.8,较实施例1、2的断后延伸率均有所提高。
[0028] 实施例4
[0029] 将坡口角度为70°,尺寸规格为20mm的4#板材放入20%的硝酸溶液中浸蚀2min,放入预热箱中进行100℃预热,2小时之后取出,用钢丝刷清理坡口面及距离坡口中心线30mm板材表面,将待焊表面残留的化学污渍及氧化膜清理干净;将两块3mm厚的反变形垫块对称地放置在焊漏槽两侧,每块反变形垫块分别与焊漏槽中心线保持13mm距离;将板材放于试验台上装配固定好;焊枪与焊接方向保持100°,导丝嘴倾斜20°。焊接分为打底焊接、填充焊接及盖面焊接,焊接工艺参数设置如下:电弧电压10V,AC balance 5,氩气流
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