【铝合金MIG高速焊角接工艺开题报告3400字】

PAGE开题报告课题名称铝合金MIG高速焊角接工艺学院专业班级学生姓名学号指导教师单位/职称一、课题背景与意义自现代工业革命以来，随着生活水平的提高以及科学技术的发展，使得人们对于金属材料的性能和应用提出了更高的要求。21世纪以后，节能、环保以及运行速度等各种交通问题逐渐涌现出来，慢慢渗入到人们的生产生活当中。铝合金的问世，成为了人们对于金属材料研究的重大突破。铝合金密度低、强度大、焊接性能好，在机械制造和交通运输领域受到广泛应用。但铝合金的化学性质非常活泼，在空气中很容易与氧气反应生成表面的氧化膜，而且这层氧化膜的熔点很高，密度与铝十分接近，再加上铝合金的导热性能好，所以利用传统工艺焊接时，很容易导致未焊透、气孔以及夹渣等缺陷的产生。当下国内的铝合金焊接工艺大多采用的是惰性气体保护焊，简称MIG(Metalinertiagas)焊。但是因为焊接热传导在焊接不同位置有不同的影响，会导致焊接接头的组成和性能发生很大改变，降低焊接结构的强度，限制了其应用范围，所以本研究围绕7005铝合金MIG焊的焊接接头展开，进一步探讨送丝速度对7005铝合金MIG焊接接头组织性能的影响，从而确定7005铝合金MIG焊的最佳工艺。二、国内外研究现状20世纪初问世的铝合金，凭借着强度高、密度小等一系列优越性能逐渐占领了交通运输领域的市场，成为了地铁、高铁以及轻轨等众多运输工具的重要材料。7005铝合金是7系可热处理强化铝合金，它不仅具有较好的力学性能、抗腐蚀性和较好的焊接性，而且还具有较好的在线淬火性能和挤压性能。7005铝合金在经过热处理加工过后，其硬度会得到很大程度的提高，属于中高强度可焊接铝合金，而且还具备良好的应力腐蚀倾向。7005铝合金主要作为挤压的结构件，它一般会应用于焊接和钎焊结构要求断裂韧性较高的焊接结构，如交叉杆，角柱，桁架，容器和大的热交换器。7005铝合金凭借着优越的组织性能和力学性能，被广泛应用于交通运输领域，如图1-1所示。我国在20世纪90年代研发出7005铝合金之后，便将7005铝合金大量投入使用，成为了各类交通工具生产的主要材料。与传统的Al-Mg系合金不同，7005铝合金的强度和性能更加优秀，因而应用范围更大。（a）铝合金桁架（b）铝合金制造的飞机图1-17005铝合金的应用在Al-Zn-Mg系合金的元素组成中，Zn和Mg占据相对较大的比例，是合金的主要组成成分，微量元素包括Mn、Cr、Ti、等含量较少，但也会对合金的性能造成一定的影响。7005铝合金的合金元素、化学成分及元素对合金性能的影响如表1-1所示。表1-17005铝合金化学成分以及合金元素的作用Zn元素和Mg元素的含量在7005铝合金中起着至关重要的作用。合金的性能主要取决于它们之间的比例关系，当Zn和Mg的比例较高时，合金的强度较高，热处理效果和应力腐蚀效果也较好；当它们的比例较低时，会导致铝合金的强度下降，但焊接性和淬火效果会得到显著提升。因此，为了使铝合金的各方面性能都得到改善，Zn和Mg的总含量一般控制在7.5%以下。除了Zn、Mg元素对合金的性能有很大的影响之外，合金中的一些微量元素也会对其性能造成一定的影响。这些元素在合金中含量都不多，结晶时几乎全部进入固溶体，高温下加热时，一部分以弥散的金属间化合物形式从固溶体中析出，另一部分则留在过饱和固溶体中。Cu元素的存在可以改善铝合金晶体的结构，提高铝合金的抗应力腐蚀性能。美国研究学者F.S.Lin等人通过对7系铝合金展开研究，结果表明，7系铝合金的疲劳强度会受到合金中Cu元素含量的影响。随着Cu元素含量的增大，铝合金的疲劳断裂韧性会有所增加，焊接工艺性能也会变得越来越差，焊缝区组织容易出现热裂纹。同时，Zn/Mg值还会影响Cu成分对材料疲劳断裂的作用。Cu元素成分少，Zn/Mg值低时，材料疲劳断裂的韧性越好。因此，将少量的Cu元素加入到铝合金中，能有效地改善铝合金的焊接性能。在铝合金的元素组成中，Zr元素往往会占据0.05%~0.15%。这种元素可以与Al元素结合生成Al3Zr化合物，该物质有两种特征：一种是可以明显细化晶粒的A13Zr，它具有四方形状特征；而另一种是于熔化后在磨具凝固过程里产生的相，它具有球状特征。不仅如此，Zr元素的含量也决定着合金组织晶粒的细化效果。Zr成分过大时，在铝合金组织在凝固后形成中间相A13Zr，并逐渐变成形核的核心，铝合金组织的晶粒也得到了细化；Zr成分较小时，Zr与铝合金组织里的群聚原子群结合，生成了稳定的原子群，在最后演变成平衡晶核。因此，在铝合金中加入适量的Zr元素，能有效改善合金的疲劳韧性，提高合金的抗应力腐蚀性能，增大合金强度。合金中加入了一些Mn元素后，形成了的Al6Mn组织能对材料起到析出强化的作用。对冷变形加工来说，Mn元素的添加对材料在再结晶时影响很小，但在进行热加工工艺时，Mn的含量对其的再结晶影响巨大，再结晶温度极大的提高。所以，在保存含锰铝合金材料的工艺材料时，将其先进行淬火工序，再保存。Mn元素的成分含量也影响到该合金的抗腐蚀性，成分在0.2%至0.4%时，材料的抗应力腐蚀性得到明显改善。Mn元素成分到达1%时，还能减小应力裂纹倾向。Cr元素和Ti元素在合金中含量很少，它们能在热处理工艺过程中改善晶粒的结构，从而提升材料的性能[8]。铝合金材料中加入Ti元素后，会生成化合物TiAl3，它能够细化铝合金组织中的晶粒，减少了焊接过程中的裂纹倾向[9]。材料中加入Cr元素后，会生成析出强化作用的化合物Al7Cr。Fe元素和Si元素会与铝合金中的Al元素产生化合反应，生成一系列的化合物，包括在Al7Cu2Fe、Mg2Si以及AlFeMnSi等，这些化合物都具有很高的熔点，在热处理时受到的影响较小，容易形成沿断裂方向的带状组织。因此，一般将Fe、Si元素的含量严格控制在0.15%以下[10]，以此提高合金的组织性能。三、研究内容及拟解决的关键问题主要研究内容（1）查阅文献资料，了解7005铝合金特点及铝合金材料焊接方法，确定课题研究思路；（2）结合实验条件，设计出7005铝合金MIG焊实验方案和研究技术路线图；（3）对不同送丝速度下的7005铝合金MIG焊焊接接头进行显微组织观察（OM）、力学性能测试（显微硬度、拉伸试验）及断口形貌分析（SEM）；（4）分析送丝速度对7005铝合金焊接接头（焊缝区、熔合区、热影响区）微观组织及力学性能的影响规律；（5）整理实验数据和结果，结合专业所学以及参考文献的知识，完成毕业论文的撰写。解决关键问题本课题采用ER5183焊丝，在不同的送丝速度下对7005铝合金板材进行熔化极氩弧焊（MIG），在对接头显微组织和力学性能进行观察测试的基础上，分析了送丝速度对7005铝合金焊接接头组织和性能的影响规律，在此基础上获得了最佳的送丝速度参数，以期为该合金的工业化实际应用提供技术参考。四、研究方法与进度安排1.2022年2月28日到3月10日：查阅相关文献，确定论文的大概方向。2.2022年3月10日到3月15日：确定论文思路，查找毕业论文相关资料并完成开题报告。3.2022年3月15日到4月28日：总结文献资料内容，结合书本所学知识，完成论文初稿。4.2022年4月29日到5月10日：指导老师对初稿给予建议，完成第二稿。5.2022年5月11日到5月20日：修改论文，完成论文定稿。提交正式论文并准备论文答辩。6.2022年5月21日到5月29日：毕业论文答辩。五、主要参考文献（其中外文文献不少于1篇）[1]AbeN,TsukamotoM.Weldingofaluminumalloywithahigh-powerdirectdiodelaser[J].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,2003,4973.[2]CaiDT,HanSG,ZhengSD,etal.Plasma-MIGHybridWeldingProcessof5083MarineAluminumAlloy[C]//MaterialsScienceForum.2016.[3]朱志民，董强,，许鸿吉.多次补焊对A7N01P-T4铝合金焊接接头力学性能与组织的影响[J].制造技术与机床，2018，4:75-79.[4]彭建，周绸，张丁非.高速列车用6N01铝合金焊接接头的组织与性能[J].金属热处理，2010，11:33-36.[5]陈澄，薛松柏，孙乎浩等.5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析[J].焊接学报，2014，35(1):37-40.[6]江大发，周礼，陈晶晶等.7000系铝合金在轨道交通车辆车体中的应用[J].电力机车与城轨车辆，2019，42(1):31-35.[7]刘建，沈正超，何长树.国产A6N01铝合金型材MIG焊接头的微观组织与力学性能[J].材料与冶金学报，2014，3:181-185.[8]胡秀华，李龙，夏承东等.高强铝合金TIG和MIG焊接接头组织与耐腐蚀性能的研究[J].热加工工艺，2020，49(13):24-27.[9]张楠，董现春，徐晓宁，杨建炜，章军.Ti-Nb微合金化高强钢的焊接接头组织和性能[J].材料热处理学报，2014，6：115-120.[10]王同举.6009铝合金激光-MIG复合焊焊接工艺及接头组织性能研究[D].成都：西南石油大学.2015.[11]常艳君，董俊慧，张毅.6061铝合金焊接接头的组织与性能分析[J].焊接，2006，1:21-26.[12]肖静，尹志民，雷学锋等.EffectsofminorSconmicrostructureandmechanicalpropertiesofAl-Zn-Mg-Zralloyweldedjoint[J].中国有色金属学