铝合金腔体焊接方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104259629 A (43)申请公布日 2015.01.07 C N 1 0 4 2 5 9 6 2 9 A (21)申请号 201410386767.2 (22)申请日 2014.08.07 B23K 9/167(2006.01) B23K 9/235(2006.01) (71)申请人托伦斯精密机械（上海）有限公司 地址 201201 上海市浦东新区合庆工业区东 胜路308号2幢1楼B区 (72)发明人石小辉 钱小峰 (74)专利代理机构上海唯源专利代理有限公司 31229 代理人曾耀先 (54) 发明名称 铝合金腔体焊接方法 (57) 摘要 本发明涉及一种铝合。

2、金腔体焊接方法，属于 金属加工技术领域。在该铝合金腔体焊接方法中， 焊接前，先对各铝合金零件进行清洗，去除了氧化 膜，从而能够减少焊缝气孔产生，同时，而后在清 洁室组装各铝合金零件，并预热铝合金零件，能够 有效提高焊缝紧密度，避免焊缝裂纹变形，从而保 证了最终铝合金腔体的密闭效果，且本发明的铝 合金腔体焊接方法，其实施方式简便，成本低廉， 应用范围也较为广泛。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104259629 A CN 104259629 。

3、A 1/1页 2 1.一种铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤： (1)清洗待焊接的各铝合金零件； (2)在清洁室组装所述的各铝合金零件； (3)预热所述的各铝合金零件； (4)将所述的铝合金零件焊接为铝合金腔体。 2.根据权利要求1所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括 以下步骤： (11)物理清洁所述待焊接的铝合金零件表面，去除毛刺及氧化膜； (12)化学清洗所述待焊接的铝合金零件的氧化层。 3.根据权利要求2所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的步骤(12)具体包 括以下步骤： (12-1)利用脱脂剂去除所述零件表面的油污； (12-2)利。

4、用碱蚀去除所述零件表面的自然氧化物； (12-3)利用酸蚀去除所述零件表面的一类新氧化物； (12-4)利用酸洗去除所述零件表面的二类新氧化物。 4.根据权利要求1所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的步骤(2)在清洁室 组装所述的铝合金零件，具体为： 在清洁室利用定位销将所述的各铝合金零件相互定位。 5.根据权利要求1所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的步骤(3)预热所述 的各铝合金零件，具体为： 利用电热丝加热板将所述的各铝合金零件的温度及所述的各铝合金零件之间的空腔 温度加热到预定温度。 6.根据权利要求5所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，在所述的铝合金零件厚 度大于8。

5、毫米的情况下，将所述的各铝合金零件的温度加热至80至120，并将及所述的 各铝合金零件之间的空腔温度加热到60至100。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的步骤 (4)将所述的铝合金零件焊接为铝合金腔体，具体为： 利用交流钨极氩弧焊方法焊接所述的各铝合金零件间的缝隙，形成所述的铝合金腔 体。 8.根据权利要求7所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括 以下步骤： (41)化学清洗铝硅焊丝，去除铝硅焊丝上的油脂和氧化物，并预热所述铝硅焊丝； (42)利用所述的铝硅焊丝，并采用腔体内部连续焊接方法焊接所述的各铝合金零件间 的缝隙。 9.。

6、根据权利要求8所述的铝合金腔体焊接方法，其特征在于，所述的腔体内部连续焊 接方法具体为： 当焊接厚度小于15mm时，以左焊法进行焊接，焊炬与所述的铝合金零件成60角； 当焊接厚度大于等于15mm时，以右焊法进行焊接，焊炬和所述的铝合金零件成90 角。 权 利 要 求 书CN 104259629 A 1/6页 3 铝合金腔体焊接方法 技术领域 0001 本发明涉及金属加工技术领域，特别涉及金属焊接技术领域，具体是指一种铝合 金腔体焊接方法。 背景技术 0002 铝是银白色的轻金属，具有良好的塑性、较高的导电性和导热性，同时还具有抗氧 化和抗腐蚀的能力。铝极易氧化产生三氧化二铝薄膜，在焊缝中容易产。

7、生夹杂物，从而破坏 金属的连续性和均匀性，降低其机械性能和耐腐蚀性能。 0003 现有技术中的铝合金腔体焊接难点在于： 0004 (1)铝合金极易氧化。在空气中，铝容易同氧化合，生成致密的三氧化二铝薄膜 (厚度约0.10.2m)，熔点高(约2050)，远远超过铝及铝合金的熔点(约600左 右)。氧化铝的密度3.954.10g/cm 3 ，约为铝的1.4倍，氧化铝薄膜的表面易吸附水分， 焊接时，它阻碍基本金属的熔合，极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷，引起焊缝性能下降。 0005 (2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢，由于液态铝可溶 解大量的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因此当熔池。

8、温度快速冷却与凝固时，氢来不及逸出， 容易在焊缝中聚集形成气孔。氢气孔目前难于完全避免，氢的来源很多，有电弧焊气氛中的 氢，铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。实践证明，即使氩气按GB/T4842标准要求，纯度 达到99.99以上，但当水分含量达到20ppm时，也会出现大量的致密气孔，当空气相对湿 度超过80时，焊缝就会明显出现气孔。 0006 (3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍，易 产生较大的焊接变形的内应力，对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。 0007 (4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/cms)。约为钢的4倍，因此，焊接铝 和铝合金腔体时，比焊钢要。

9、消耗更多的热量。壁厚27.3m时焊枪输出的热量很难集中。 0008 (5)无色彩变化。铝及铝合金从固态转为液态时，无明显的颜色变化，使操作者难 以掌握加热温度。 0009 (6)此铝合金腔体开口空间狭小246.7mm712.8mm，壁厚27.3mm对于在预热的情 况下进行焊接操作难度极大。 发明内容 0010 本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够减少焊缝气孔产 生，提高焊缝紧密度，避免焊缝裂纹变形，从而提高腔体密闭效果，且实施方式简便，成本低 廉，应用范围较为广泛的铝合金腔体焊接方法。 0011 为了实现上述的目的，本发明的铝合金腔体焊接方法，该方法包括以下步骤： 0012 。

10、(1)清洗待焊接的各铝合金零件； 0013 (2)在清洁室组装所述的各铝合金零件； 0014 (3)预热所述的各铝合金零件； 说 明 书CN 104259629 A 2/6页 4 0015 (4)将所述的铝合金零件焊接为铝合金腔体。 0016 该铝合金腔体焊接方法中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤： 0017 (11)物理清洁所述待焊接的铝合金零件表面，去除毛刺及氧化膜； 0018 (12)化学清洗所述待焊接的铝合金零件的氧化层。 0019 该铝合金腔体焊接方法中，所述的步骤(12)具体包括以下步骤： 0020 (12-1)利用脱脂剂去除所述零件表面的油污； 0021 (12-2)利用碱蚀去。

11、除所述零件表面的自然氧化物； 0022 (12-3)利用酸蚀去除所述零件表面的一类新氧化物； 0023 (12-4)利用酸洗去除所述零件表面的二类新氧化物。 0024 该铝合金腔体焊接方法中，所述的步骤(2)在清洁室组装所述的铝合金零件，具 体为：在清洁室利用定位销将所述的各铝合金零件相互定位。 0025 该铝合金腔体焊接方法中，所述的步骤(3)预热所述的各铝合金零件，具体为：利 用电热丝加热板将所述的各铝合金零件的温度及所述的各铝合金零件之间的空腔温度加 热到预定温度。 0026 该铝合金腔体焊接方法中，在所述的铝合金零件厚度大于8毫米的情况下，将所 述的各铝合金零件的温度加热至80至120。

12、，并将及所述的各铝合金零件之间的空腔温 度加热到60至100。 0027 该铝合金腔体焊接方法中，所述的步骤(4)将所述的铝合金零件焊接为铝合金腔 体，具体为：利用交流钨极氩弧焊方法焊接所述的各铝合金零件间的缝隙，形成所述的铝合 金腔体。 0028 该铝合金腔体焊接方法中，所述的步骤(4)具体包括以下步骤： 0029 (41)化学清洗铝硅焊丝，去除铝硅焊丝上的油脂和氧化物，并预热所述铝硅焊 丝； 0030 (42)利用所述的铝硅焊丝，并采用腔体内部连续焊接方法焊接所述的各铝合金零 件间的缝隙。 0031 该铝合金腔体焊接方法中，所述的腔体内部连续焊接方法具体为：当焊接厚度小 于15mm时，以左。

13、焊法进行焊接，焊炬与所述的铝合金零件成60角；当焊接厚度大于等于 15mm时，以右焊法进行焊接，焊炬和所述的铝合金零件成90角。 0032 采用了该发明的铝合金腔体焊接方法，由于其在焊接前，先对各铝合金零件进行 清洗，去除了氧化膜，从而能够减少焊缝气孔产生，同时，在清洁室组装各铝合金零件，并 预热，能够有效提高焊缝紧密度，避免焊缝裂纹变形，从而保证了最终铝合金腔体的密闭效 果，且本发明的铝合金腔体焊接方法，其实施方式简便，成本低廉，应用范围也较为广泛。 附图说明 0033 图1为本发明的铝合金腔体焊接方法的步骤流程图。 0034 图2为本发明的铝合金腔体焊接方法在实际应用中的流程示意图。 00。

14、35 图3为本发明的铝合金腔体焊接方法中各铝合金零件装配示意图。 0036 图4为本发明的铝合金腔体焊接方法中对铝合金零件进行电热丝加热板加热的 示意图。 说 明 书CN 104259629 A 3/6页 5 具体实施方式 0037 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。 0038 请参阅图1所示，为本发明的铝合金腔体焊接方法的步骤流程图。 0039 在一种实施方式中，该铝合金腔体焊接方法包括以下步骤： 0040 (1)清洗待焊接的各铝合金零件； 0041 (2)在清洁室组装所述的各铝合金零件； 0042 (3)预热所述的各铝合金零件； 0043 (4)将所述的铝合金零。

15、件焊接为铝合金腔体。 0044 在一种较优选的实施方式中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤： 0045 (11)物理清洁所述待焊接的铝合金零件表面，去除毛刺及氧化膜； 0046 (12)化学清洗所述待焊接的铝合金零件的氧化层。 0047 在一种进一步优选的实施方式中，所述的步骤(12)具体包括以下步骤： 0048 (12-1)利用脱脂剂去除所述零件表面的油污； 0049 (12-2)利用碱蚀去除所述零件表面的自然氧化物； 0050 (12-3)利用酸蚀去除所述零件表面的一类新氧化物； 0051 (12-4)利用酸洗去除所述零件表面的二类新氧化物。 0052 在另一种较优选的实施方式中，所述的步。

16、骤(2)在清洁室组装所述的铝合金零 件，具体为：在清洁室利用定位销将所述的各铝合金零件相互定位。 0053 所述的步骤(3)预热所述的各铝合金零件，具体为：利用电热丝加热板将所述的 各铝合金零件的温度及所述的各铝合金零件之间的空腔温度加热到预定温度。 0054 在另一种进一步优选的实施方式中，在所述的铝合金零件厚度大于8毫米的情况 下，将所述的各铝合金零件的温度加热至80至120，并将及所述的各铝合金零件之间 的空腔温度加热到60至100。 0055 在一种更优选的实施方式中，所述的步骤(4)将所述的铝合金零件焊接为铝合金 腔体，具体为：利用交流钨极氩弧焊方法焊接所述的各铝合金零件间的缝隙，形。

17、成所述的铝 合金腔体。其中，所述的步骤(4)具体包括以下步骤： 0056 (41)化学清洗铝硅焊丝，去除铝硅焊丝上的油脂和氧化物，并预热所述铝硅焊 丝； 0057 (42)利用所述的铝硅焊丝，并采用腔体内部连续焊接方法焊接所述的各铝合金零 件间的缝隙。 0058 所述的腔体内部连续焊接方法具体为： 0059 当焊接厚度小于15mm时，以左焊法进行焊接，焊炬与所述的铝合金零件成60 角； 0060 当焊接厚度大于等于15mm时，以右焊法进行焊接，焊炬和所述的铝合金零件成 90角。 0061 在实际应用中，本发明的铝合金腔体焊接方法的步骤如图2所示。该铝合金腔体 焊接的方法大致包括以下步骤： 00。

18、62 (1)焊前准备 说 明 书CN 104259629 A 4/6页 6 0063 先采用机械方法，严格清理焊缝坡口两侧的毛刺及表面氧化膜。(机械清理可采采 用刮刀、锉刀等工具，对于较薄的氧化膜也可用0.25mm的铜丝刷打磨清除氧化膜。) 0064 再进行化学清洗一级清洗，以下是化学清洗方法： 0065 油污可用脱脂剂去除； 0066 自然氧化物则用碱蚀(NaOH)去除，但同产生新的氧化物； 0067 新的氧化物则用酸蚀(HF或HNO 3 )去除，去除Si，但同产生新的氧化物MgO 2 、CuO、 Fe 2 O 3 ； 0068 新的氧化物MgO 2 、CuO、Fe 2 O 3 则用酸洗(H。

19、NO 3 )去除，得到近乎纯Al表面。 0069 清洗也按照铝表面清洗的工艺，先用弱碱性脱脂剂将零件表面的油污和自然氧化 物去除，然后再硝酸和氢氟酸去除新生成的氧化物，最后再用硝酸去灰也叫出光，得到比较 纯净的铝材表面。清洗工艺经过特殊要求适应半导体行业要求，清洗在无尘室中进行，所用 的清洗材料是高洁净电子级材料，不会带入其他的杂质污染，清洗用的水是超纯水，通过该 方法清洗的零件表面可以通过相关检测机构的离子测试。而一般清洗只能去除表面的油 污，零件表面还留有很多氧化物，会对后续加工造成不良影响。 0070 具体清洗工艺如下表所示： 0071 说 明 书CN 104259629 A 5/6页 。

20、7 0072 表一 清洗工艺参数表 0073 清洗好后立即施焊，放置时间越长，表面产生的氧化物三氧化二铝薄膜会越来越 厚，如超过24h时间应重新清洗。 0074 (2)化学清洗完成，零件在洁净室采用定位销进行固定装配，装配如图3所示。 0075 (3)确定预热温度和层间温度的控制 0076 对于板厚超过8mm的厚板进行焊接时，都要进行焊前预热。加热采用如图4所示 的电热丝加热板加热。预热温度控制在80120之间，层间温度控制在60100 之间。预热温度过高，除作业环境恶劣外，还有可能对铝合金的合金性能造成影响，出现接 头软化，焊缝外观成形不良等现象。层间温度过高还会使铝焊热裂纹的产生机率增加配。

21、间 说 明 书CN 104259629 A 6/6页 8 隙及定位焊间距。 0077 (4)选择焊接设备、焊丝、焊接方法和参数。 0078 本发明的铝合金腔体焊接采用交流钨极氩弧焊(即TIG焊)。它是在氩气的保护 下，利用钨电极与工件问产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。该焊机工作 时，由于交流电流的极性是在周期性的变换，在每个周期里半波为直流正接，半波为直流反 接。正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热，有利于电弧的稳定。反接的 半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。 0079 一般选311铝硅焊丝。同时需要化学清洗，去除焊丝上残。

22、留的油脂，氧化物，跟腔 体同时预热，焊丝达到烘干效果。 0080 选取焊接方法和参数。一般以左焊法进行，焊炬和工件成60角。焊接厚度15mm 以上时，以右焊法进行，焊炬和工件成90角。 0081 焊接壁厚在3mm以上时，开V形坡口，夹角为6070，应采用直径为34mm 的钨极，以220240A的焊接电流，直径为3mm的填充焊丝。壁厚在1.5mm以下时，不开坡 口，不留间隙，不加填充丝！ 0082 在焊接完成后，还可以对铝合金腔体漏率进行检测。检测表明，利用本发明的焊接 方法焊接的铝合金腔体，在腔室抽真空的情况下，漏率为9.210 -11 pam 3 /s，完全能够满足 工艺要求。 0083 采。

23、用了该发明的铝合金腔体焊接方法，由于其在焊接前，先对各铝合金零件进行 清洗，去除了氧化膜，从而能够减少焊缝气孔产生，同时，在清洁室组装各铝合金零件，并 预热，能够有效提高焊缝紧密度，避免焊缝裂纹变形，从而保证了最终铝合金腔体的密闭效 果，且本发明的铝合金腔体焊接方法，其实施方式简便，成本低廉，应用范围也较为广泛。 0084 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。 说 明 书CN 104259629 A 1/2页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104259629 A 2/2页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104259629 A 10 。