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威海职业学院毕业设计任务书 系部 船舶工程系 专业 焊接技术与自动化 年级 2009级 班级 一班 姓名 刘杰 学号 120091403024 指导老师 殷圆淋 职称 助教 教务处编印毕业设计指导须知1、 毕业设计是专业教学计划的一个重要的实践教学环节，是学生毕业前进行综合训练和模拟从业训练的重要实践性教学环节，是高职教育培养高级能应用性人才的基础要求，是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验，是衡量高职教育和办学效益的重要评价内容。毕业设计的目的是培养学生综合应用所学的知识和相应技能，解决问题的综合能力创新能力，提高学生的综合素质和分析、处理问题的本领。毕业设计应坚持校企合作，贯彻以“生产性实训”为特征的工学结合的人才培养理念，以能力培养为主线，培养学生的创新能力、就业能力和综合能力等。毕业设计的选题应注重科学性、创造性、针对性、应用性和实践性。2、 毕业设计应包括教学目的、选题、调查、撰文（目录前言正文结论答谢参考目录附录等）、指导、答辩、评语等活动。3、 指导教师应具有讲师以上相应职称的相关专业人员，且专业对口。经系、教务处审查同意后，方能指导学生进行毕业设计。指导过程中，指导教师加强对学生的思想教育工作，培养学生的严谨，勤奋、求实、创新的学风。抓好关键环节的指导，既不包办代替，也不要放任自流。要按照进度计划，加强对学生各阶段设计完成情况的登记、提问。要求每位学生以热情好学、求实创新的态度参加毕业设计每个环节，综合运用所学到知识解决实际的问题，获取新知识，提高独立工作的能力，在完成学习任务的同时，创造出良好的设计结果。4、 学生应以严肃认真、实事求是的态度按期完成任务书中的各项规定；能熟练地运用所学理论和专业知识；有结合实际的具体项目设计或对木具体课题进行有独立见解的论证，并有一定的技术含量。根据指导老师给定的课题，独立的思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。毕业设计要做到内容完整，结构严谨合理，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，符合国家有关标准和部颁彼岸准，图纸、图标完备，整洁、清清晰、正确；论文结果有应用价值。在规定的时间内完成。5、 答辩委员会应由具备将是以上职称的教师或相应职称的专业人员组成，提出的问题要有针对性、专业性、准确性、典型性。6、 学生答辩过程要严肃认真，文明礼貌。答辩时，思路清晰，论点正确，回答问题基本概念清楚，对主要问题回答正确，深入。设计题目指导教师评语：成绩： 指导教师签名： 年 月 日教研室复审意见：成绩： 复审人签名： 职称： 年 月 日 系部终审意见： 公章 年 月 日答辩情况记录：答辩委员会（或小组）评语：成绩： 主持答辩人签名： 职称： 年 月 日毕业任务进度计划：起止时间工作内容备 注铝及铝合金的焊接工艺研究摘要有色金属，狭义上的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外所有金属的统称。虽然有色金属只占金属总量的百分之五左右，但有色金属在工程应用中的重要作用却是钢铁或其他材料无法替代的。铝合金由于重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。因此，铝及铝合金除广泛的应用于航空、航天和电工等领域外，同时还越来越多的应用于石油化学工业。但是铝及铝合金在焊接过程中，易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料，特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。因此，解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决的问题。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶、及化学工业中已经大量应用。随着近年来科学技术以及工业技术的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，是铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展有拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究热点之一。本文通过对铝及铝合金性能的分析掌握其特点及焊接性何其焊接工艺方法并了解铝及铝合金的焊接实例。关键词：有色金属 铝及铝合金 焊接工艺 工业 材料 Abstractthe non-ferrous metal, narrowly, non-ferrous metal and says the iron metal, iron, manganese, chrome is beyond all metal collectively. Although non-ferrous metal accounts for only about five percent of the total amount of metal, but non-ferrous metal in engineering application is the important role of steel or other materials and cant act.Aluminum alloy because of light weight, high strength, corrosion resistance performance is good, no magnetic, forming the gender is good and low temperature performance is good wait for a characteristic and be widely used in different kinds of welding structure of products, using aluminum alloy steel material instead of welding, structure can reduce weight more than 50%. Therefore, aluminum and aluminum alloy in addition to widely used in aviation, aerospace and electric fields outside, also more and more application in petroleum chemical industry. But aluminum and aluminum alloy in welding process, easy appear oxidation, porosity, hot cracking, burning through and collapse. This material is recognized as the welding is difficult to be welding materials, especially the path of the tube welding more difficult to master. Therefore, solving the aluminum and aluminum alloy welding defects is the construction process must solve the problem.Aluminum alloy is the most widely used in industry of a class of non-ferrous metal structure material, in aviation, aerospace, automotive, machinery manufacturing, shipping, and has been widely used in chemical industry. Recent years, with science and technology and industrial technology rapid development, to the aluminum alloy welding structure demand is growing and aluminum alloy welding is sex research is then further.Keywords: Non-ferrous metal aluminium and aluminium alloy welding technology industrial materials目录毕业设计任务书. .1 毕业设计指导需知 2中文摘要.7英文摘要8一、绪论. .11二、有色金属的分类、性能及焊接特点. .11种类特性. 11种类面积11用途.11铝及铝合金的焊接缺点13铝及铝合金的焊接优点13三、铝及铝合金性能的特点分析及其焊接性. 13四、铝及铝合金的焊接工艺方法.14焊前准备. 15确定装配间隙及定位焊距离. 15选择焊接设备15选择焊丝.15选择焊接方法和参数.15五、铝及铝合金的焊接实例：铝制压力容器的焊接.16焊前准备.16焊前清理.17铝储罐的焊接. 17焊后处理. 18焊后检查. 18结束语 .18致谢.19参考文献.20一、绪论钢结构焊接制造是一门理论和实践性较强的综合性技术。铝合金由于重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。因此，铝及铝合金除广泛的应用于航空、航天和电工等领域外，同时还越来越多的应用于石油化学工业。但是铝及铝合金在焊接过程中，易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为焊接难度较大的被焊接材料，特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。因此，解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决的问题。二、有色金属的分类、性能及焊接特点定义：狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。 种类特性：有色金属是指铁、铬、锰三种金属以外所有的金属。中国在1958年，将铁、铬、锰列入黑色金属；并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。这64种有色金属包括：铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、硅、硼、硒、碲、砷、钍。在历史上，生产工具所用的材料不断改进，它与人类社会发展的关系十分密切。因此历史学家曾用器物的材质来标志历史时期，如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。到17世纪末被人类明确认识和应用的有色金属共8种。中华民族在这些有色金属的发现和生产方面有过重大的贡献（见冶金史）。进入18世纪后，科学技术的迅速发展，促进了许多新的有色金属元素的发现。上述的64种有色金属除在17世纪前已被认识应用的8种外，在18世纪共发现13种。19世纪发现39种,进入20世纪,又发现4种。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。常用的有色合金有铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金、锆合金等。种类面积：有色金属表面积也是非常重要的，比表面积测试有专用的比表面积测试仪，国外采用的一般是静态氮吸附法，国内比较成熟的动态氮吸附法，而现有国产仪器中大多数还只能进行直接对比法的。用途：A：有色金属中的铜是人类最早使用的金属材料之一。现代，有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。B：实际应用中，通常将有色金属分为5类：1、轻金属。密度小于4500千克/立方米，如铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡等。2、重金属。密度大于4500千克/立方米，如铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑镉、汞等。3、 贵金属。价格比一般常用金属昂贵，地壳丰度低，提纯困难，如金、银及铂族金属。4、半金属。性质价于金属和非金属之间，如硅、硒、碲、砷、硼等。5、稀有金属。包括稀有轻金属，如锂、铷、铯等；稀有难熔金属，如钛、锆、钼、钨等；稀有分散金属，如镓、铟、锗、铊等；稀土金属，如钪、钇、镧系金属；放射性金属，如镭、钫、钋及阿系元素中的铀、钍等铝及铝合金焊接的缺点：1 焊接结构容易引起较大的残余应力。由于绝大多数焊接方法都采用局部加热，经焊接后焊件，不可避免的在结构中会产生一定的焊接变形，从而影响结构的承载能力，加工精度尺寸稳定性。同时，在焊缝与焊件交界处还会引起应力集中，对结构的脆性断裂有较大影响。2 焊接接头中容易存在一定数量的缺陷，如裂纹。气孔，夹渣，未焊透，未融合等。缺陷的存在会降低强度，引起应力集中，损坏焊缝致密性，是造成焊接结构破坏的主要原因之一。3焊接接头具有较大的性能不均均性。由于焊缝的成份及金相组织与母材不同，接头各部位经历热盾环不同，使不同区或接头的性能不同。4焊接过程中产生高温，强光及一些有毒气体，对人体有一定的损害，故需要坚强劳动保护。铝及铝合金焊接的优点：1节省金属材料，减轻结构重量，经济效益好。2简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高。3结构强度高（接头能达到与母材相等强度），接头密封性好。4 为结构设计提供较大的灵活性，按结构的受力情况可优化配置材料，按工况需要，在不同部位选用不同的强度，不同耐磨性，耐高温性等材料。5 焊接工艺过程容易实现机械化自动化。三、铝及铝合金性能的特点分析及其焊接性 铝及铝合金其它金属材料相比，具有以下一些特点：密度小：铝及铝合金的密度接近2700Kgm3,约为铁或铜的1/3。 强度高：铝及铝合金的强度高。经过一定程度的冷加工可强化基体强度,部分牌号的铝合金还可以通过热处理进行强化处理。 导电导热性好：铝的导电导热性能仅次于银、铜和金。 耐蚀性好：铝的表面易自然生产一层致密牢固的保护膜，能很好的保护基体不受腐蚀。通过人工阳极氧化和着色，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金。 易加工：添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金。 铝及铝合金的焊接性：强的氧化能力 铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄，厚度约0.1m。Al2O3的熔点高达2050，远远超过铝及铝合金的熔点（约660），而且体积质量大，约为铝的1.4倍。焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并加强焊接区域的保护。 较大的热导率和比热容 铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍，焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此，焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量，焊前常需采取预热等工艺措施。 热裂纹倾向大 线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5%左右，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹，如使用焊丝HS311。 容易形成气孔 形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g，而在660凝固温度时，氢的溶解度突降至0.04ml/100g，使原来溶解于液态铝中的氢大量析出，形成气泡。同时，铝和铝合金的密度小，气泡在熔池中的上升速度较慢，加上铝的导热性强，熔池冷凝快，因此，上升的气泡往往来不及逸出，留在焊缝内成为气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氢的主要来源，因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。 接头不等强度 铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%100%；热处理强化铝合金的接头强度较小，只有母材的40%505。 焊穿 铝及铝合金从固态转变为液态时，无明显的颜色变化，所以不易判断母材温度，施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。 四、铝及铝合金的焊接工艺方法铝合金材料焊接的工艺方法（1）焊前准备采用化学或机械方法，严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。化学清洗是使用碱或酸清洗工件表面，该法既可去除氧化膜，还可除油污，具体工艺过程如下：体积分数为6%10%的氢氧化钠溶液，在70左右浸泡05min水洗体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理水洗温水洗干燥。洗好后的铝合金表面为无光泽的银白色。机械清理可采用风动或电动铣刀，还可采用刮刀、锉刀等工具，对于较薄的氧化膜也可用025mm的铜丝刷打磨清除氧化膜。清理好后立即施焊，如果放置时间超过4h，应重新清理。（2）确定装配间隙及定位焊间距施焊过程中，铝板受热膨胀，致使焊缝坡口间隙减少，焊前装配间隙如果留得太小，焊接过程中就会引起两板的坡口重叠，增加焊后板面不平度和变形量；相反，装配间隙过大，则施焊困难，并有烧穿的可能。合适的定位焊间距能保证所需的定位焊间隙，因此，选择合适的装配间隙及定位焊间距，是减少变形的一项有效措施。根据经验，不同板厚对接缝较合理的装配工艺参数。（3）选择焊接设备目前市场上焊接产品种类较多，一般情况下宜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。（4）选择焊丝一般选用301纯铝焊丝及311铝硅焊丝。（5）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。焊接壁厚在3mm以上时，开V形坡口，夹角为6070，间隙不得大于1mm，以多层焊完成。壁厚在15mm以下时，不开坡口，不留间隙，不加填充丝。焊固定管子对接接头时，当管径为200mm，壁厚为6mm时，应采用直径为34mm的钨极，以220240A的焊接电流，直径为4mm的填充焊丝，以12层焊完。五、 铝及铝合金的焊接实例子:铝制压力容器的焊接焊前准备：（1）坡口形式、接头形式及其尺寸 坡口形式、接头形式及其尺寸取决于铝焊件厚度、焊接位置、熔滴过渡形式及焊接工艺。在焊件厚度、焊接位置和焊接工艺一定时，熔滴过渡形式是确定坡口形式，焊接工艺参数的重要条件。铝储罐的最大壁厚为8mm（封头的壁厚），但封头是一整板经冲压成型无焊缝，而封头与筒节属于不等厚度对接。考虑到降低应力集中，将封头直边削薄与筒体以V形坡口对接，具体形式见附图1（a）。壁厚为6mm的筒节之间的环焊缝也采用了V形坡口对接，筒体与接管、筒体与补强圈的接头形式如附图1（b）、（c）、（d）所示，接管与法兰采用角接接头形式，按薄壁厚度3/4取焊角尺寸K。（2）焊前清理铝焊件及焊丝表面的氧化膜及污染物可引起MIG焊过程中电弧静特性曲线下移，从而使焊件电流突然上升，焊丝熔化速度增大，电弧拉长，此时，电弧的声音也从原来有节奏的嘶嘶声变为刺耳的呼叫声。因此，MIG焊前零件及焊丝表面应严格清理，其清理的质量将直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。焊件与焊丝MIG焊前表面清理，常采用化学清洗和机械清理两种方法。同时铝及铝合金焊丝最好采用经特殊表面处理的光滑、光洁、光亮的“三光”焊丝。（3）铝储罐的焊接铝储罐的焊接主要指筒体之间，筒体与封头之间的纵、环缝的焊接，它们均是在转胎上采用焊接操作机与反面垫板配合进行。其弧长、电流、焊接速度等焊接工艺参数的选择关系到熔池在高温下存在时间的长短，熔池凝固速率的高低及氢的熔入或逸出。增大单位能时，可增长熔池在高温下存在时间，有利于氢逸出，但也有利于氢熔入。从单项参数来说，弧长（电弧电压）不宜太高，焊接速度宁可就低而不就高。（4）焊后处理焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。本产品采用的焊后清理方案：先在6080热水中用硬毛刷刷洗焊缝及热影响区，再在6080左右、浓度为23的铬酐水溶液中浸洗5min10min，在用硬毛刷洗刷，然后把工件用热水洗干净并用热空气吹干。（5）铝储罐的焊后检验该铝制容器所有环缝、纵缝经煤油试验及100射线探