一种大幅面铝合金板坯拼焊方法技术

本发明专利技术涉及一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，属于贮箱箱底焊接领域；具体包括如下步骤：步骤一、制作真空室，真空室为矩形盒体结构；步骤二、在真空室内水平放置工作台，在工作台上表面放置垫块和衬板；步骤三、将两个铝合金板坯放置在垫块上进行对接；步骤四、在真空室内，通过焊枪对两个铝合金板坯的对接缝进行激光焊接；本发明专利技术解决了大幅面后厚板铝合金开坡口钨极氩弧焊带来的劳动强度大、效率低、产品焊接质量不稳定的技术问题。接质量不稳定的技术问题。接质量不稳定的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种大幅面铝合金板坯拼焊方法


[0001]本专利技术属于贮箱箱底焊接领域，涉及一种大幅面铝合金板坯拼焊方法。

技术介绍

[0002]Φ5m贮箱箱底是我国运载火箭贮箱的重要组成单元，随着我国在空间站建设、载人航天等领域取得一系列重大突破，对于运载火箭的可靠性提出了更高的要求，因此设计针对目前运载火箭贮箱箱底减重以及进一步提升焊缝接头强度等问题开展了贮箱箱底结构优化工作。目前以某型号贮箱箱底设计结构为例，原有以瓜瓣、叉形环拼焊成型的箱底结构改为整体旋压成型箱底结构，并凭借工艺方法的改进，整体减少8条焊缝数量，降低了焊缝区域过时效软化带来的强度降低风险，但受制于原材料板幅尺寸限制，5米箱底旋压所需板坯需采用两块板料拼焊而成，板料规格6800mm
×
3400mm
×
δ(50
‑
80mm)。
[0003]目前，铝合金板坯拼焊的传统方法包括钨极氩弧焊、激光焊等。钨极氩弧焊接拼焊板料厚度通常在1.0
‑
2.0mm，焊接速度160
‑
320mm/min；激光焊接铝合金板件中具有效率高、速度快、变形小等特点，中薄板焊接速度可达到300mm
‑
400mm/min。
[0004]真空电子束焊接工艺作为高能束焊接方法，相比于以上方法，具有穿透能力强，焊缝深宽比大，热影响区小等优势，最大焊接板厚可达到150
‑
200mm，焊接速度可达600
‑
800mm/min,焊缝深宽比可达到40:1，过时效软化不明显，焊缝区强度可达母材的75％～80％，进一步提高贮箱结构可靠性；同时，结合其焊接变形小的特点，可以有效控制产品的形位尺寸，提高板坯拼焊精度，满足箱底高质量高精度旋压需求。
[0005](1)钨极氩弧焊厚板拼焊效率低，产品变形大
[0006]钨极氩弧焊拼焊铝合金板厚度通常在1
‑
2mm，厚度超过5mm需要制备焊接坡口进行多层焊接，劳动强度大，效率低；对于厚度超过20mm的板坯，采用传统钨极氩弧焊方法，开坡口焊接带来的焊接变形大、接头质量下降等诸多问题.
[0007]此外，尽管TIG焊接通常采用惰性气体进行保护，但仍不排除有害物质进入熔池，气孔夹杂等缺陷难以完全避免。
[0008](2)激光焊接铝合金能源消耗大，气孔缺陷控制难
[0009]激光在铝合金表面反射率高，激光束会和固态状态下的铝合金内部高密度的自由电子发生相互作用，导致部分发生反射现象。铝合金对CO2激光束的反射率可达96％，对Nd:YAG激光束的反射率也接近80％，大部分有激光能量被反射掉，有效利用率低。
[0010]此外，由于材料本身的性质和焊接工艺的特点,铝激光焊接时产生氢气孔的倾向比传统的TIG焊要大,气孔是铝激光焊接时的主要缺陷之一。

技术实现思路

[0011]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，解决了大幅面后厚板铝合金开坡口钨极氩弧焊带来的劳动强度大、效率低、产品焊接质量不稳定的技术问题。
[0012]本专利技术解决技术的方案是：
[0013]一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，包括：
[0014]制作真空室，真空室为矩形盒体结构；
[0015]在真空室内水平放置工作台，在工作台上表面放置垫块和衬板；
[0016]将两个铝合金板坯放置在垫块上进行对接；
[0017]在真空室内，通过焊枪对两个铝合金板坯的对接缝进行激光焊接。
[0018]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，所述工作时对真空室内腔进行抽真空处理，抽真空后，真空室内腔的真空度为10
‑2Pa
‑
10
‑3Pa，且真空室的变形量小于等于2mm；真空室的漏气率小于10
‑7Pa
·
L/s。
[0019]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，一共准备30个垫块和5个衬板；30个垫块呈矩阵分布在工作台上表面，且平均分为成2组；5个衬板相邻设置在2组垫块的中间位置。
[0020]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，垫块采用铝材料；垫块的高度为55mm；衬板的高度为16mm。
[0021]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，所述每个铝合金板坯的尺寸为6800mm
×
3400mm
×
55mm；两个铝合金板对接时，为2个铝合金板坯3400mm对应的侧边对接。
[0022]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，所述每个铝合金板坯对应放置在1组垫块上；且2个铝合金板坯的对接缝位于5个衬板的上方；通过5个衬板防止焊接2个铝合金板坯的对接缝时激光损伤工作台面。
[0023]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，放置铝合金板坯时，保证两个铝合金板坯的平面度不大于0.1，且对接边的垂直度不大于0.15。
[0024]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，铝合金板坯在加工时存在误差，对接侧壁与水平面存在倾斜角度；铝合金板坯对接侧壁与上下水平壁的夹角一个为钝角，另一个为锐角；定义钝角的水平面为A面，锐角的水平面为B面；放置铝合金板坯时，A面向上放置，B面向下放置。
[0025]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，激光焊接过程依次分为定位焊接、穿透焊接和修饰焊接。
[0026]在上述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，
[0027]定位焊接的工艺参数为：加速电压为90
‑
95kV；焊接束流为60
‑
80mA；聚焦电流为374mA；焊缝表面距枪体405mm；焊接速度为500
‑
600mm/min；
[0028]穿透焊接的工艺参数为：加速电压为90
‑
95kV；焊接束流为200
‑
230mA；聚焦电流为374mA；焊缝表面距枪体405mm；扫面频率为150
‑
200Hz；焊接速度为500
‑
600mm/min；
[0029]修饰焊接的工艺参数为：加速电压为90
‑
95kV；焊接束流为60
‑
80mA；聚焦电流为430mA；焊缝表面距枪体505mm；焊接速度为500
‑
600mm/min。
[0030]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0031](1)本专利技术设计并制造出超大尺寸真空室，解决了超宽真空室高真空变形、真空密封、X射线屏蔽难题，真空室体积达到300m3,为实现8m
×
8m大幅面铝合金板坯拼焊提供了可靠硬件条件；
[0032](2)本专利技术开发了一种大幅面铝合金50
‑
80mm厚板真空电子束装配焊接工艺方法，
通过精准装配、定位焊、弥缝焊、穿透焊、散斑修饰焊等多道工序，实现了大幅面铝合金厚板高质量高效率焊接，焊接效率较常规方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，其特征在于：包括：制作真空室，真空室为矩形盒体结构；在真空室内水平放置工作台，在工作台上表面放置垫块和衬板；将两个铝合金板坯放置在垫块上进行对接；在真空室内，通过焊枪对两个铝合金板坯的对接缝进行激光焊接。2.根据权利要求1所述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，其特征在于：所述工作时对真空室内腔进行抽真空处理，抽真空后，真空室内腔的真空度为10
‑2Pa
‑
10
‑3Pa，且真空室的变形量小于等于2mm；真空室的漏气率小于10
‑7Pa
·
L/s。3.根据权利要求1所述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，其特征在于：一共准备30个垫块和5个衬板；30个垫块呈矩阵分布在工作台上表面，且平均分为成2组；5个衬板相邻设置在2组垫块的中间位置。4.根据权利要求3所述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，其特征在于：垫块采用铝材料；垫块的高度为55mm；衬板的高度为16mm。5.根据权利要求4所述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，其特征在于：所述每个铝合金板坯的尺寸为6800mm
×
3400mm
×
55mm；两个铝合金板对接时，为2个铝合金板坯3400mm对应的侧边对接。6.根据权利要求5所述的一种大幅面铝合金板坯拼焊方法，其特征在于：所述每个铝合金板坯对应放置在1组垫块上；且2个铝合金板坯的对接缝位于5个衬板的上方；通过5个衬板防止焊接2个铝合金板坯的对接缝时激光损伤工作台面。7.根据权利要求6所述的一种大幅面铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国庆，白景彬，张益坤，肖宏，赵衍华，杜岩峰，马康，高充，王贺，马斌，高文静，宋建岭，刘含伟，尚洪帅，郑骥，朱国坤，陆云鹏，张中平，郑超群，范紫龙，王亚森，刘佳，杨程，刘昆，张胜会，刘静，
申请(专利权)人：首都航天机械有限公司，
类型：发明
国别省市：