[发明专利]一种用于铝合金车体气保焊的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金气体保护电弧焊焊接材料技术领域，具体涉及一种用于铝合金车体气保焊的焊接方法。

背景技术

近年来，随着我国汽车产业政策的调整和新能源政策、低碳环保政策的实施，以及轨道车辆高速高效交通的发展，采用高强度、高韧性、耐腐蚀铝合金替代钢材，同时采用薄壁复杂断面铝型材和薄板冲压铝结构件作为车体材料，已经成为实现车体轻量化的主要途径。由于车体制造是以焊接为主导工艺的产业，铝合金车体制造业的发展深度促进了铝焊接技术的快速发展，同时推动了我国铝焊材产业结构调整，以稳健的步伐从焊接大国向焊接强国迈进。

目前铝合金车体覆盖件和冲压件的用材多数采用5000系的Al-Mg合金，具体牌号如5083防锈铝等，车体铝型材以6000系的Al-Mg-Si合金为主，其中汽车用的小型铝型材多采用6063锻铝，而轨道车辆用的断面尺寸达到300mm以上的大型铝型材则多采用6005锻铝；对重载的铝型材、覆盖件和钣金件也常用7000系的Al-Zn -Mg合金，如7005超硬铝等。车体铝覆盖件与铝覆盖件之间，或者铝型材与铝型材之间多为同种金属之间的焊接，但覆盖件与铝型材之间常出现不同牌号铝合金的焊接。

车体骨架的料厚一般≤3mm，覆盖件的料厚通常≤2mm。目前用于车体铝合金焊接工艺多为氩气（或氩气+氦气的混合气体）保护焊，焊丝直径为0.8mm-1.6mm，最常用是1.0mm或1.2mm。目前我国自动焊接的程度还比较低，半自动或手工焊接还比较普遍，但是自动焊接技术正在快速发展，逐步淘汰半自动和手工焊接。

目前国内用于焊接铝-镁合金母材的焊材是传统的铝-镁合金焊丝，主要有ER5356、ER5183等。传统的铝合金电弧焊是依靠电弧来击碎铝合金表面氧化膜的，这项技术存在很多负面作用。由于氧化膜熔点很高， Al₂O₃的熔点2050℃，MgO的熔点2825℃，高于母材本身的熔点接近5倍，且结构致密，不导电、阻碍金属间的融合；氧化膜还含有大量水分，被电弧分解后，氢气被吸附到熔池的熔态金属中，熔态金属冷却凝固后氢气析出形成了气泡。弧焊时电弧需要对母材输入大量的热量才能击碎氧化膜，完成焊接过程。但是过多的热量输入，首先造成了母材结构尺寸形状翘曲变形超差，焊接结构组装配合困难，材料越薄的覆盖件，翘曲越严重，甚至矫正无效，造成产品报废，为减少变形和防止过热电弧烧穿，通常要对母材进行工艺性加厚；二是被电弧击碎的氧化膜碎片并没有熔化消失掉，而是搅合到熔池金属中，冷却后成为焊缝金属中的夹渣。由于氧化膜不与金属结合，它本身就是一条微裂纹。在冷却过程中受热应力的作用，微裂纹进一步扩展成为宏观的焊缝裂纹。特别是焊接电弧的稳定还得依赖熔池金属中存在的氧化膜碎片，这使焊缝金属中存在氧化物夹杂具有必然性；三是原来存在于氧化膜中的水分子被电弧分解后，大量氢气被吸附到熔池金属中并以氧化膜为气泡形核的界面迅速聚合成氢气泡从而形成气孔。四是由于焊接电弧过多的热量输入，导致了焊缝邻近热影响区的范围更大，影响程度更深，造成焊缝热影响区强度过低，只有母材自身强度的60%-70%，热处理强化的铝合金强度降低更多，在工艺设计时为了保持工件的承载力不得不对母材进行工艺性加厚。五是由于输入热量过多，金属蒸发和发尘量增大，出现环保等问题。

由于上述综合的原因，传统的铝合金电弧焊技术，一方面过多浪费了制造车体的优质原材料和宝贵的焊后处理工时，另一方面也大大延长了产品生产周期，产品质量不高，还降低了车体减重的效果，直接影响了铝合金车体制造业的发展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于铝合金车体气保焊的焊接方法，本发明是只需低热量输入就能实现高强度车体铝合金MIG气保焊连接的方法，工艺优异、接头性能稳定良好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝焊接工作原理是由预先涂敷在母材接头上的焊剂借助电弧温度场低温区的热量剥离和溶解掉氧化膜，电弧只需输入较低的热量就能熔化焊丝和母材实现可靠焊接。

一种用于铝合金车体气保焊的焊接方法包括以下步骤：在施焊时，预先在装配好的焊缝母材上喷涂一层焊剂，涂层宽度10-15mm，厚度50-200μm；随着焊接电弧沿焊缝方向移动，进入电弧温度场外围低温区的焊剂达到其熔化温度（560-570℃），立即熔化形成透明的液膜，迅速润湿母材表面并去处母材表面氧化膜，随后覆盖在母材以及熔池金属表面，焊接电弧输入的热量只需要熔化熔点为570-640℃的母材和作为电极的铝-镁合金焊丝，就可以完成焊接过程。