鋁及鋁合金焊接工藝研究畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-資料下載頁

【導(dǎo)讀】汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來科學(xué)技術(shù)以及。接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展，同。為研究的熱點(diǎn)之一。

　　

【正文】 節(jié)省能源，單面焊 深度所需動(dòng)力僅為3kW。 （ 4） 焊接表面平整，不變形，無焊縫凸起和焊滴，無需后續(xù)處理。 （ 5） 無電弧、磁沖擊、閃光、輻射、煙霧和異味，不影響其他電器設(shè)備使用，綠色環(huán)保。 （ 6） 焊接溫度 低于合金的熔點(diǎn)，焊縫無孔洞、裂紋和元素?zé)齻? 攪拌摩擦焊技術(shù)（ FSW）是自激光焊接技術(shù)以后的又一項(xiàng)革命性的連接技術(shù)。與傳統(tǒng)的熔焊相比，攪拌摩擦焊擁有無需填絲、無弧光、無飛濺、無需焊前熱處理、無需氣體保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用前景廣泛。迄今為止，攪拌摩擦焊可以實(shí)現(xiàn)所有牌號(hào)的鋁合金焊接，甚至以前所謂的不可焊鋁合金材料都能焊接，如應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域的 2020 系列（ AlCu）、 5000 系列（ AlMg）、 6000 系列（ AlMgSi）、7000 系列（ AlZn）、 8000 系列（ AlLi）高強(qiáng)鋁合金，也可以利用這 種先進(jìn)的焊接方法得到高質(zhì)量的連接。因此攪拌摩擦焊有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景 [89]。 攪拌摩擦焊已經(jīng)在鋁合金上實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)不同鋁合金進(jìn)行了一系列的攪拌摩擦焊工藝研究、接頭微觀組織、接頭耐蝕性能及力學(xué)性能研究。趙衍華 [10]等人研究了 2020 鋁合金攪拌摩擦焊焊接接頭的微觀組織及力學(xué)性能，研究結(jié)果表明，采用攪拌摩擦焊方法成功實(shí)現(xiàn)了 2020 鋁合金的連接，焊核區(qū)的組織與母材相比，晶粒得到了細(xì)化，接頭強(qiáng)度可達(dá)到母材的 78%，抗彎強(qiáng)度達(dá)到母材的 76%，顯示出了良好的機(jī)械性能。王希靖 [11]等人 研究了 LF2 鋁合金攪拌摩擦焊接頭的組織與性能，結(jié)果表明焊核區(qū)由細(xì)小的均勻的等軸晶組成，平均尺寸為 15 微米，焊核區(qū)的顯微硬度稍高或等于母材硬度，焊接接頭強(qiáng)度在轉(zhuǎn)速為 945r/min，焊接速度為 9mm/min 時(shí)，與母材相同。趙亞東 [12]等人研究了 6082鋁合金攪拌摩擦焊焊縫的電化學(xué)腐蝕行為，研究結(jié)果表明， 6082 鋁合金攪拌摩擦焊焊縫的耐腐蝕性能要優(yōu)于母材，這是由于焊縫的組織由細(xì)小的均勻的等軸晶組成，使得位錯(cuò)密度下降，同時(shí)也使得焊縫的化學(xué)成分均質(zhì)化，降低了材料形成局部腐蝕原電池的傾向。 對(duì)于 LF6，當(dāng)焊接規(guī) 范合適時(shí)，對(duì)接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到母材標(biāo)稱強(qiáng)度的洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 100％，背彎和正彎的角度都能達(dá)到 180176。 。 焊縫的斷裂形式以韌性斷裂為主 [13]。有人對(duì) LF6 鋁合金的攪拌摩擦焊接接頭進(jìn)行顯微硬度測(cè)試 [14]，得出從母材到焊縫，硬度幾乎沒發(fā)生變化，在合適的焊接規(guī)范參數(shù)條件下，可以獲得性能與母材類似的焊縫。 目前焊接鋁合金的厚度最薄達(dá)到了 115um，最厚達(dá) 50mm(單面焊 ) [15]，而且已成功的解決了鎖孔和不能焊厚度不等材料 (如鍥型板材 )的問題。這要得益于自動(dòng)可調(diào)攪拌頭的發(fā)明。自動(dòng)可調(diào)攪拌頭允許攪拌頭特型焊針自動(dòng)的收縮，目前 其調(diào)節(jié)精度能控制在 以內(nèi) [16]，而且已成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的模塊化。 攪拌摩擦焊鋁合金盡管存在一系列優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的缺點(diǎn)： （ 1） 鋁合金攪拌摩擦焊接時(shí)速度低于熔化焊； （ 2） 焊件夾持要求高，焊接過程中對(duì)焊件要求加一定的壓力，被焊結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較強(qiáng)的剛度和被牢固固定的環(huán)境和條件，反面要求有墊板； （ 3） 焊后端頭形成一個(gè)攪拌頭殘留的孔洞，一般需 要補(bǔ)焊上或機(jī)械切除； （ 4） 攪拌頭適應(yīng)性差，不同厚度鋁合金板材要求不同結(jié)構(gòu)的攪拌頭，且攪拌頭磨損快； （ 5） 工藝還不成熟，目前限于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的構(gòu)件，如平直的結(jié)構(gòu)、 圓形結(jié)構(gòu)。 作為革命性的綠色焊接技術(shù)，攪拌摩擦焊技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)鋁合金連接技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的沖擊和推 動(dòng)。該技術(shù)可以取代傳統(tǒng)的電阻電焊和鉚焊，在國(guó)際上已經(jīng)成功應(yīng)用于航空航天、船舶、高速列車制造等領(lǐng)域。隨著焊接設(shè)備和攪拌頭的發(fā)展，可應(yīng)用 FSW 連接的材料會(huì)更加廣泛，同時(shí)可優(yōu)化接頭性能，降低生產(chǎn)成本，而且可以很容易地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。 鋁合金的電子束焊接 電子束焊是指在真空環(huán)境下，利用會(huì)聚的高速電子流轟擊工件接縫處產(chǎn)生的熱能，使被焊金屬熔合的一種焊接方法。電子束作為焊接熱源的突出特點(diǎn)是功率密度高、 穿透能力強(qiáng)、精確、快速、可控、保護(hù)效果好。對(duì)于鋁合金電子束焊接，由于能量密度高可大大減小熱影響區(qū)，提高焊接接頭強(qiáng)度，避免熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生。由于能量密度高，穿透能力強(qiáng)可對(duì)難以焊接的鋁合金厚板進(jìn)行焊接。 同傳統(tǒng)電弧焊接鋁合金相比，電子束焊能量密度高 3～ 4 個(gè)數(shù)量級(jí)，與另外一種高能量密度焊接工藝 —— 激光焊接相當(dāng)。因此焊接接頭的熱影響區(qū)非常小，接洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 頭強(qiáng)度較傳統(tǒng)焊接方法提高很多。電子束的穿透性能好，可對(duì)大厚度的鋁合金進(jìn)行施焊，焊后接頭力學(xué)性能良好。鋁合金焊縫金屬的抗裂性能隨著焊接能量密度的增加和熱輸入的減少而 增加。所以鋁合金電子束焊接接頭的抗裂性能要比采用傳統(tǒng)焊接方法的焊接接頭高很多，一般要比氬弧焊焊縫高出 1～ 1. 5 倍。鋁合金電子束焊焊后殘余應(yīng)力小，變形小，對(duì)薄板焊后幾乎可做到不變形。電子束焊要求在真空條件下完成，真空是最好的保護(hù)手段，在這種條件下可以得到純凈的焊縫金屬，避免了空氣或保護(hù)氣體的污染。電子束焊接鋁合金在真空重熔時(shí)，焊縫中雜質(zhì)含量微乎其微，焊縫氣體含量降低接近一半，從而焊縫塑性、韌性大大提高。電子束可控性好，可以方便地進(jìn)行掃描、偏轉(zhuǎn)、等，易于焊接過程的自動(dòng)化，并且通過電子束掃描熔池可以消除缺陷， 提高接頭質(zhì)量 。 電子束焊接獲得優(yōu)良的焊縫的最有效方法是焊接過程中同時(shí)對(duì)剛剛焊過的焊縫進(jìn)行掃描。回掃間距決定晶粒細(xì)化的可控程度，凝固組織可由粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)化為細(xì)小等軸晶。對(duì) AlMg0. 4Si1. 2 合金進(jìn)行掃描焊接與無掃描焊接相比，晶體主軸長(zhǎng)度減少到無掃描焊接時(shí)的 1/ 5 ；焊縫硬度提高 80% ，接近母材水平。鋁合金焊縫金屬晶粒細(xì)化程度對(duì)接頭性能有重要影響。采用具有回掃運(yùn)動(dòng)的電子束掃描焊接，可減少合金元素的損失，細(xì)化焊縫組織，使之變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，并提高硬度。對(duì)于已經(jīng)成核生長(zhǎng)的晶體，如果電子束掃描間距過 小在電子束掃描時(shí)產(chǎn)生重熔，但導(dǎo)致電子束回掃細(xì)化晶粒的作用減弱 。 鋁合金電子束焊時(shí)對(duì)電子束流非常敏感，尤其是對(duì)于大厚度鋁合金板焊接時(shí)，電子束流小時(shí)不能焊透，大時(shí)產(chǎn)生下塌，出現(xiàn)凹坑。鋁合金電子束焊接的另外一個(gè)難點(diǎn)是焊接氣孔。鋁合金表面的氧化膜主要成分是 Al2O3 和 MgO ，容易吸收大量的水分是鋁合金焊縫中氣孔的主要來源。鋁合金表面氧化膜比重接近基體，容易進(jìn)入焊縫產(chǎn)生夾雜、氣孔。尤其是防銹鋁合金電子束焊，氣孔問題較為嚴(yán)重。傳統(tǒng) TIG 焊鋁合金時(shí)通常采用大的熱輸入量并在較低的焊接速度下進(jìn)行焊接，促使氫從熔池中逸 出，而電子束焊接鋁合金時(shí)速度快，熱輸入量小，氫來不及從熔池中逸出，容易形成氣孔。通常電子束焊鋁合金采用表面下聚焦和較窄的焊縫以及掃描重熔的方法來防止氣孔的產(chǎn)生。另外，電子束焊接要求在真空條件下進(jìn)行，所以對(duì)鋁合金大型結(jié)構(gòu)件施焊困難。電子束易受周圍環(huán)境電磁場(chǎng)的影響，設(shè)備比較復(fù)雜，費(fèi)用比較昂貴，所以還沒有達(dá)到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 近年來發(fā)展的局部真空電子束焊接工藝很好地解決了鋁合金電子束焊接大型洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 構(gòu)件的問題。 Drauge2lates 等人成功地對(duì) AlMg5Mn 和 AlMg0. 4Si1. 2 合金進(jìn)行了局部真空高速電 子束焊接結(jié)果表明在 60 m/min 的高速下焊接可生產(chǎn)出無焊接缺陷的焊縫可見局部真空電子束焊接鋁合金具有相當(dāng)好的發(fā)展前景是焊接鋁合金的一種先進(jìn)工藝。 鋁及 鋁合金 MIG 焊時(shí)，焊接接頭常見的缺陷主要有焊縫成形差、裂紋、氣孔、燒穿，未焊透、未熔合、夾渣等。 焊縫成形差主要表現(xiàn)在焊縫波紋不美觀，且不光亮；焊縫彎曲不直，寬窄不一，接頭太多；焊縫中心突起，兩邊平坦或凹陷；焊縫滿溢等。 產(chǎn)生原因 （ 1） 焊接規(guī)范選擇不當(dāng)； （ 2） 焊槍角度不正確； （ 3） 焊工操作不熟練； （ 4） 導(dǎo)電嘴孔徑太大； （ 5） 焊接電弧沒有嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)坡口中心； （ 6） 焊絲、焊件及保護(hù)氣體中含有水分； 防止措施 （ 1） 反復(fù)調(diào)試選擇合適的焊接規(guī)范； （ 2） 保持焊槍合適的傾角； （ 3） 加強(qiáng)焊工技能培訓(xùn)； （ 4） 選擇合適的導(dǎo)電嘴徑； （ 5） 力求使焊接電弧與坡口嚴(yán)格對(duì)中；⑹焊前仔細(xì)清理焊絲、焊件；保證保護(hù)氣體的純度。 鋁及鋁合金焊縫中的裂紋是在焊縫金屬結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，稱為熱裂紋，又稱結(jié)晶裂紋。其形式有縱向裂紋、橫向裂紋（往往擴(kuò)展到基體金屬），還有根部裂紋、弧坑裂紋等等。裂紋將使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，甚至引起整個(gè) 結(jié)構(gòu)的突然破壞，因此是完全不允許的。 產(chǎn)生原因 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 （ 1） 焊縫隙的深寬比過大； （ 2） 焊縫末端的弧坑冷卻快； （ 3） 焊絲成分與母材不匹配； （ 4） 操作技術(shù)不正確。 防止措施 （ 1） 適當(dāng)提高電弧電壓或減小焊接電流，以加寬焊道而減小熔深； （ 2） 適當(dāng)?shù)靥顫M弧坑并采用衰減措施減小冷卻速度； （ 3） 保證焊絲與母材合理匹配； （ 4） 選擇合適的焊接參數(shù)、焊接順序，適當(dāng)增加焊接速度，需要預(yù)熱的要采取預(yù)熱措施。 在鋁及鋁合金 MIG 焊中，氣孔是最常見的一種缺陷。要徹底清除焊縫中的氣孔是很難辦到的，只能是最大限 度地減小其含量。按其種類，鋁焊縫中的氣孔主要有表面氣孔、彌散氣孔、局部密集氣孔、單個(gè)大氣孔、根部鏈狀氣孔、柱狀氣孔等。氣孔不但會(huì)降低焊縫的致密性，減小接頭的承載面積，而且使接頭的強(qiáng)度、塑性降低，特別是冷彎角和沖擊韌性降低更多，必須加以防止。 產(chǎn)生原因 （ 1） 氣體保護(hù)不良，保護(hù)氣體不純； （ 2） 焊絲、焊件被污染； （ 3） 大氣中的絕對(duì)濕度過大； （ 4） 電弧不穩(wěn)，電弧過長(zhǎng)； （ 5） 焊絲伸出長(zhǎng)度過長(zhǎng)、噴嘴與焊件之間的距離過大； （ 6） 焊絲直徑與坡口形式選擇不當(dāng)；⑺在同一部位重復(fù)起弧，接頭數(shù)太多。 防止措施 （ 1） 保證氣體質(zhì)量，適當(dāng)增加保護(hù)氣體流量，以排除焊接區(qū)的全部空氣，消除氣體噴嘴處飛濺物，使保護(hù)氣流均勻，焊接區(qū)要有防止空氣流動(dòng)措施，防止空氣侵入焊接區(qū)，保護(hù)氣體流量過大， 要適當(dāng)適當(dāng)減少流量； （ 2） 焊前仔細(xì)清理焊絲、焊件表面的油、污、銹、垢和氧化膜，采用含脫氧劑 較高的焊絲； （ 3） 合理選擇焊接場(chǎng)所； 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 （ 4） 適當(dāng)減少電弧長(zhǎng)度； （ 5） 保持噴嘴與焊件之間的合理距離范圍； （ 6） 盡量選擇較粗的焊絲，同時(shí)增加工件坡口的鈍邊厚度，一方面可以允許允許使用大電流，也使焊縫金屬中焊絲比例下降，這對(duì)降低孔率是行之有效的； （ 7） 盡量不要在同一部位重復(fù)起弧，老板娘重復(fù)起弧時(shí)要對(duì)起弧處進(jìn)行打磨或刮除清理；一道焊縫一旦起弧后要盡量焊長(zhǎng)些，不要隨意斷弧，以減少接頭量，在接頭處需要有一定的焊縫重疊區(qū)域。 產(chǎn)生原因 （ 1） 熱輸入量過大； （ 2） 坡口加工不當(dāng)，焊件裝配間隙過大； （ 3） 點(diǎn)固焊時(shí)焊點(diǎn)間距過大，焊接過程中產(chǎn)生較大的變形量； 操作姿勢(shì)不正確。 防止措施 （ 1） 適當(dāng)減小焊接電流、電弧電壓，提高焊接速度； （ 2） 加大鈍邊尺寸，減小根部間隙； （ 3） 適當(dāng)減小點(diǎn)固焊時(shí)焊點(diǎn)間距； （ 4） 焊接過程中，手握焊槍姿勢(shì)要正確，操作 要熟練。 產(chǎn)生原因 （ 1） 焊接速度過快，電弧過長(zhǎng)； （ 2） 坡口加工不當(dāng)，裝配間隙過小； （ 3） 焊接技術(shù)較低，操作姿勢(shì)掌握不當(dāng)； （ 4） 焊接規(guī)范過小； （ 5） 焊接電流不穩(wěn)定。 防止措施 （ 1） 適當(dāng)減慢焊接速度，壓低電弧； （ 2） 適當(dāng)減小鈍邊或增加要部間隙； （ 3） 使焊槍角度保證焊接時(shí)獲得最大熔深，電弧始終保持在焊接熔池的前沿，要有正確的姿勢(shì)； 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 （ 4） 增加焊接電流及電弧電壓，保證母材足夠的熱輸入獲得量； （ 5） 增加穩(wěn)壓電源裝置或避開開用電高峰。 產(chǎn)生原因 （ 1） 焊接部位氧化膜或銹未清 除干凈； （ 2） 熱輸入不足； （ 3） 焊接操作技術(shù)不當(dāng)。 防止措施 （ 1） 焊前仔細(xì)清理待焊處表面； （ 2） 提高焊提高電流、電弧電壓，減速小焊接速度； （ 3） 焊接時(shí)要稍微采用運(yùn)條方式，在坡口面上有瞬間停歇，焊絲在熔池的前沿，提高焊工技術(shù)。 產(chǎn)生原因 （ 1） 焊前清理不徹底； （ 2） 焊接電流過大，導(dǎo)致電嘴局部熔化混入熔池而形成夾渣； （ 3） 焊接速度過快。 防止措施 （ 1） 加強(qiáng)焊接前的清理工作，多道焊時(shí)，每焊完一道同樣要進(jìn)行焊縫清理； （ 2） 在保證熔透的情況下，適當(dāng)減少焊接電流，大電流焊接時(shí)，導(dǎo)電嘴不要壓得太低； （ 3） 適當(dāng)降低速度，采用含脫氧劑較高的焊絲，提高電弧電壓。 洛陽理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 四 章 鋁及鋁合金的焊接材料的 應(yīng)用 鋁及鋁合金的焊接材 料的 應(yīng)用 純鋁焊絲 ER1100 性能特點(diǎn)：純鋁焊絲，鋁含量 ≥%, 有極好的抗腐蝕性能，很 高的導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能，以及極好的可加工性能。