鋁合金焊接工藝技術(shù)展望-wenkub.com
2025-06-15 02:52 本頁面
【正文】 尤其是鋁合金中厚板和厚板焊接技術(shù)在近幾年將成為航天焊接工作者研究和推廣的熱點之一。在美國和俄羅斯，2219，1201，1420鋁合金都已獲得了廣泛的應(yīng)用，2195鋁合金也已開始應(yīng)用。在一些國家已建立了應(yīng)用于焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和驗收的“合于使用”原則的標(biāo)準(zhǔn)?！昂嫌谑褂谩痹瓌t是針對“完美無缺”原則而言的。即使對于鋁合金焊接時常見的氣孔缺陷， mm以上氣孔，而對于對接頭塑性影響較大的微氣孔尚不能做到充分判定。例如：可根據(jù)焊接工藝裕度的評價方法對其保證焊接質(zhì)量的能力進行評定，分為“合格工藝”、“限用工藝”以及“禁用工藝”等。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，對航天產(chǎn)品焊接質(zhì)量和可靠性不斷提出新的要求。鋁合金激光焊的難點在于鋁合金對CO2激光束（波長為μm）極高的表面初始反射率（超過90%以上），對YAG激光束（）反射率接近80%。焊接參數(shù)包括塞的直徑、旋轉(zhuǎn)速度、施加的壓力和塞的位移。傳統(tǒng)的手工TIG焊方法雖然操作簡便、易行，但由于局部焊接熱輸入量較大，可能產(chǎn)生晶粒長大，局部韌性降低，同時在補焊部位引起較大的殘余應(yīng)力，往往成為“低壓爆破”的裂源。目前，ESAB公司正在制造可供商業(yè)應(yīng)用的攪拌摩擦焊機，計劃于2002年安裝在TWI，用來焊接尺寸為8 m5 m的工件，預(yù)計可焊接的工件厚度為～18 mm。攪拌摩擦焊的原理是，利用摩擦發(fā)生的熱，在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭特形指棒周圍的金屬迅速被加熱，并形成了很薄的熱塑性金屬層。英國焊接研究所（TWI）1991年發(fā)明的攪拌摩擦焊為此類材料連接提供了一個新思路［13］。不開坡口可一次焊透7 mm平板，且表面光澤與氬弧焊相同，避免直流正接氦弧焊焊縫表面發(fā)暗。據(jù)資料介紹，由于直流正接氦弧焊沒有交流氬弧焊陰極霧化去除氧化膜的作用，氧化膜的破壞程度取決于電弧長度的大小，故直流正接氦弧焊采用短弧焊去除氧化膜。 氣脈沖TIG和MIG焊接技術(shù)在航天工業(yè)中，鋁合金焊接中應(yīng)用較廣的TIG和MIG工藝，保護氣體采用氬氣和氦氣，其中以氬氣應(yīng)用較多。二次電子焊縫對中系統(tǒng)用于實現(xiàn)焊縫軌跡示教。國內(nèi)在“九五”期間，與中科院電工所合作研制了國內(nèi)第1臺法蘭環(huán)縫局部真空電子束焊機(專利號：)［12］。但對于一些大型構(gòu)件如運載火箭貯箱殼體等，如果采用真空電子束焊接工藝，則需要較大的真空室，其容積可達數(shù)百立方米，這種電子束焊接設(shè)備造價很高。“九五”期間，與哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開展了變極性等離子焊接技術(shù)研究，研制了變極性等離子焊接設(shè)備樣機，并進行了LF6和LD10鋁合金板材（厚3 mm、5 mm、12 mm）焊接工藝試驗，完成了帶有縱縫和環(huán)縫的貯箱模擬件焊接，解決了環(huán)縫焊接時起弧打孔和收弧填孔及焊縫首尾相接的難題，焊接模擬件通過了液壓試驗，將變極性等離子焊接技術(shù)的工程應(yīng)用向前推進了一大步。變極性等離子焊接技術(shù)用于鋁合金焊接， mm。另外，研制了直徑51 mm、長229 mm的不銹鋼管裝在工件背面，焊接時隨焊槍移動，也可有效保護背面焊縫。2195T8合金的貯箱采用4043焊絲，變極性等離子弧焊 (VPPA)焊接。美國發(fā)現(xiàn)者號航天飛機的外貯箱采用了2195（AlCuLiMg）高強鋁鋰合金，取代原來使用了25～40年的2219合金。1460合金焊接工藝與1420合金基本相同，可采用1201（AlCuMn）合金焊絲焊接，也可在焊絲中添加鈧（Sc）元素。焊前、焊后熱處理對焊接接頭強度有很大的影響， MPa，～。因為每加入1%Li，可使鋁合金質(zhì)量減輕3%，彈性模量提高6%，比彈性模量增加9%，這種合金與在飛機產(chǎn)品上普遍使用的2024和7075合金相比，密度下降7%～11%，彈性模量提高12%～18%。在美國已作為推進劑貯箱的主要結(jié)構(gòu)材料，美國土星Ⅴ號Ⅰ級貯箱等均采用了2219鋁合金。但是，由于諸多因素和條件的限制，在生產(chǎn)中個別貯箱仍存在氣孔超差。在焊接生產(chǎn)中，鋁合金焊縫內(nèi)常見的缺陷為焊縫氣孔。這樣在結(jié)構(gòu)中，焊接接頭在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下以軟化區(qū)的塑性和變形補償了熔合區(qū)塑性的不足?！?。在此后的許多年中，一直以“延伸率不小于3%”作為一個重要的驗收指
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