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CN112171023A - 一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法 - Google Patents

一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法 Download PDF

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CN112171023A
CN112171023A CN202010950431.XA CN202010950431A CN112171023A CN 112171023 A CN112171023 A CN 112171023A CN 202010950431 A CN202010950431 A CN 202010950431A CN 112171023 A CN112171023 A CN 112171023A
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welded
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任思蒙
王京海
赵丕植
王立娟
刘庆永
毛晓东
徐斌
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China Aluminum Material Application Institute Co ltd
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China Aluminum Material Application Institute Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法，步骤1：将铝合金型材和铸件的待焊区域进行打磨，直至露出金属光泽，采用丙酮将待焊区域清洗干净，将待焊工件进行对接，并用夹具夹紧固定；步骤2：将焊枪指向铸件侧，与铸件呈β角，β角范围为100°～110°，焊枪与前进方向呈α角，α角范围为75°～85°；通入的保护气体为69.985％Ar+30％He+0.015％N2，所述保护气体流量为18～20L/min；步骤3：采用MIG焊，调节焊接模式为双脉冲，脉冲的频率为2Hz～5Hz。本发明通过焊枪角度、保护气体、增加脉冲的工艺调整，抑制气孔产生有效提高接头焊接质量。

Description

一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的 方法
技术领域
本发明属于铝合金车身制造领域，具体地涉及一种应用铝合金型材和铸件异种铝合金焊接工艺，改善异种铝合金材料MIG焊接头气孔数量和气孔尺寸，提高接头力学性能的方法。
背景技术
现阶段，轻量化成为国内外关注重点，汽车领域开始采用铝合金作为轻质材料实现汽车轻量化，但是汽车车身结构复杂，就涉及到多种铝合金材料进行焊接，铝合金进行焊接时具有较强的气孔倾向。
气孔是金属材料焊接过程中危害较大且难以消除的一种缺陷，尤其是对于铝合金，铸铝在制造过程中，本身存在缩松、气孔等缺陷，此种材料进行焊接时，接头金属重新熔化参加冶金反应，极易产生气孔缺陷。一般焊缝气孔的直接尺寸从几微米到几毫米不等，焊缝中气孔缺陷的存在会降低接头金属致密性，减少接头有效承载面积，同时引起应力集中，成为失效源，导致接头弯曲、抗疲劳等力学性能恶化。
2015年，学者游国强等人提出一种减少压铸镁合金熔化焊焊缝气孔的方法，该专利指出采用含钇元素的镁合金作为填充材料，对压铸镁合金进行焊接，焊接时利用钇元素与氢气有较强的亲和力，能增加氢在熔池的溶解度，同时能增加熔池的流动性减少焊缝气孔的生产。但是钇元素属于稀土元素，价格较为昂贵，采用该方法会增加生产成本。
2017年，学者胡绳荪等人提出一种减少铝合金CMT焊接头气孔的方法，该专利对焊接接头进行超声波冲击处理，使接头表面发生塑性变形，接头内部临近焊缝表面1mm内气孔遭到挤压，致使气孔体积变小或气孔被消除。但这种方法只能减少焊缝表面的气孔，且CMT焊多数应用在薄板铝合金焊接，目前减少焊缝气孔内部及中厚板气孔生成几率很多学者还在深入研究。
2019年，陈剑飞等人提出一种铝合金的焊接工艺，该专利将被焊接铝合金板材焊接区域加热至750-830℃，在铝合金板材的焊接区域喷涂除气剂，再采用铝合金专用焊丝对铝合金板材焊接；焊丝的成分镁镍合金2-10％、热致变色化合物3-10％、锂0.5-3.5％、镁0.5-1.2％、铜0.03-0.09％以及余量的铝；焊后在焊接处在300-450℃中固溶，并采用超声波对铝合金板材作除气处理；将固溶后的铝合金板材焊接处转入冷水中冷却至室温。这种工艺能抑制气孔、裂纹等焊接缺陷的产生，但工艺复杂度高，实际生产中焊接接头往往不具备热处理条件，且采用专用焊丝，增加工艺成本。
综上所述，铝合金焊接时易产生焊接气孔缺陷，开发一种工艺复杂度低，通用性强，低成本的新型减少铝合金型材与铸件异种铝合金焊接工艺方法具有重大意义。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法。
本发明的目的在于从焊接工艺角度出发，采用调节焊枪角度，多元气作为保护气体，双脉冲工艺进行焊接，克服现有技术不足，提供一种改善铝合金型材和铸铝异种铝合金焊接接头气孔数量的方法，有效提高焊接接头质量。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法，包括以下步骤：
步骤1：将铝合金型材和铸件的待焊区域进行打磨，直至露出金属光泽，采用丙酮将待焊区域清洗干净，将待焊工件进行对接，并用夹具夹紧固定；
步骤2：将焊枪指向铸件侧，与铸件呈β角，β角范围为100°～110°，焊枪与前进方向呈α角，α角范围为75°～85°；通入的保护气体为69.985％Ar+30％He+0.015％N2，所述保护气体流量为18～20L/min；
步骤3：采用MIG焊(即熔化极惰性气体保护焊)，调节焊接模式为双脉冲，脉冲的频率为2Hz～5Hz。
本发明步骤1中，对待焊区域30mm范围内进行打磨。
本发明中，将焊枪指向铝铸件一侧并成一定角度进行焊接，使得电弧提供的热量更多的集中在铸铝侧，可以延长熔池高温停留时间，冷却速度缓慢，焊缝中气泡更益于溢出。
使用69.985％Ar+30％He+0.015％N2三元混合气进行保护，氦气在高温下的导热系数高于氩气在高温下的导热系数，热量更集中，氮气的加入能使电弧收缩，电流密度增大，电弧宽度变窄，三元混合气相比纯氩气能有效增大熔深，增强熔池流动性，合理控制三种气体的混合比例可有效降低气孔缺陷产生，改善焊缝成形。
配合采用MIG双脉冲焊接工艺，调节脉冲频率，强、弱脉冲下的电弧力增强对熔池的搅拌作用，但脉冲频率调节过大，使焊接过程中飞溅增多，在一定范围内调节脉冲频率，搅拌作用促进液态金属流动，益于气泡上浮和溢出，保证焊缝成形，减少接头气孔数量。
本发明的有益技术效果：本发明实现了铝合金型材和铸件异种铝合金材料连接，通过焊枪角度、保护气体、增加脉冲的工艺调整，抑制气孔产生有效提高接头焊接质量，采用自动焊进行作业，提高焊接质量可靠性和工作效率，方法简单易行，无需对产线做大幅调整，利于推广铝合金在汽车、高铁等领域中的应用。
附图说明
图1为本发明中MIG焊焊枪角度调整示意图；
图2为本发明中采用本工艺和未采用本工艺焊缝X射线无损检测结果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明涉及的实验母材为铝合金型材6082-T6和铸件SF36，试件规格为300×150×2.5mm，焊丝选用ER5356，焊丝直径为1.2mm，采用MIG双脉冲工艺，对铝合金进行对接接头实验。其主要步骤如下：
步骤1：将被焊30mm范围内区域用钢丝刷进行打磨，去除油污和和氧化膜，直至露出金属光泽，再用丙酮进行清洗，将被焊工件进行对接，并用夹具夹紧固定；
步骤2：接通保护气体，调整焊姿，设定参数，保护气体为69.985％Ar+30％He+0.015％N2，将焊枪指向SF36铸件一侧，β呈100°角，焊枪与前进方向α呈75°角，气体流量20L/min；
步骤3：采用MIG焊，调节焊接模式为双脉冲，将焊接参数设定为脉冲频率为4Hz，焊接电流采用100A，焊接速度为0.7m/min，电弧电压18V，送丝速度3.2m/min。
如图2所示，将采取本工艺和未采取本工艺的焊后试件进行X射线无损检测。观察焊缝上气孔数量，采用本方法后气孔数量明显减少，采用图像处理软件，计算气孔率，未采用本方法气孔率为3.3％，采用本方法气孔率为0.06％，采取本方法的获得的焊缝气孔率明显降低，接头气孔敏感性得以较大改善；
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将铝合金型材(2)和铸件(1)的待焊区域进行打磨，直至露出金属光泽，采用丙酮将待焊区域清洗干净，将待焊工件进行对接，并用夹具夹紧固定；
步骤2：将焊枪(3)指向铸件侧，与铸件呈β角，β角范围为100°～110°，焊枪与前进方向呈α角，α角范围为75°～85°；通入的保护气体为69.985％Ar+30％He+0.015％N2，所述保护气体流量为18～20L/min；
步骤3：采用MIG焊，调节焊接模式为双脉冲，脉冲的频率为2Hz～5Hz。
2.根据权利要求1所述的减少汽车车身薄板铝合金型材和铸件焊接接头气孔的方法，其特征在于，所述步骤1中，对待焊区域30mm范围内进行打磨。
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