【铝合金TIG焊接工艺及性能研究9000字（论文）】

引言 1绪论 1.1铝合金的焊接方法 31.2铝合金TIG焊接 51.3研究内容 7 72.1铝合金的焊接性 2.1.1铝合金的焊接裂纹倾向 2.1.2焊缝气孔 2.2焊接过程及其工艺参数 2.2.1焊接坡口设计 2.2.2焊接电流和极性的选择 92.2.3焊接钨极直径的选择 2.2.4电弧电压的选择 2.2.5气体流量的选择 2.2.6焊接工艺卡制定 3铝合金TIG焊焊后质量检测 3.1射线检测 3.2超声波检测 4铝合金的TIG焊接接头的组织特征与性能分析 4.2焊接接头显微组织 工4视，合理的选择焊接方法，适当的焊接参数，正确的进行焊接才能获得具有高铝合金板材的焊接手段有多种：交流TIG焊，主要用于手动焊接或者自动焊接，当母材的厚度达到一定时，焊接需要提前预热；MIG焊，主要也是手动焊接和自动焊接，焊接过程中当母材太厚或者厚度达到一定的阈值就会要求预热处理；电弧焊以薄板预热为主；电阻焊以点焊晶小的抗气孔为主；电子束焊以厚板为主；电阻焊以点焊为主；超声波焊以搅拌摩擦焊为主2。此次TIG焊焊接接我们采用钨级气保焊。当焊枪接通电源时，焊枪一侧的电极和母材之间会产生稳定的电弧，惰性气体有效隔绝外部空气，电弧会产生大量的热，融化焊丝，焊接的整个过程便是如此³。为了保证焊缝的质量情况，防止外部空气对焊接接头处带来负面影响，在这个过程中，惰性气体的加入显得尤为重要。本次研究我们采用纯氩气这种惰性气按我们的使用方法对TIG焊进行分类，分别是手工焊、半自动焊和自动焊三种。对钨极氩弧焊在薄板焊接时，可加焊丝，也可不加焊丝，本文采用加焊当使用TIG焊进行母材焊接操作时，由于惰性气体本身的特殊属性，在高温下不会分解也不会和金属发生化学反应，因为氩气作为惰性气体不与其金属发生反应，所以可以获得质量形态各方面表现不弧焊通电后产生的电弧温度很高，因此许多化学5TIG焊进行焊接。由于TIG焊在电流很小的条件下能产生稳定的电弧，因此这种焊接方法可在板材的不同位置进行，同时，热输入接方法也有很多不完善的地方。当接入的电流很大的时候，且钨电极的承载能中，则会对焊缝的性能产生一定的影响；除此以外用TIG焊焊接母材时母材的厚度无法精确满足我们的需求，同时它所需要的保显得略贵许多5。当前，TIG焊广泛应用于铝、镁合金及不锈钢等材料的焊通过查阅相关资料，合金的显微组织及力学性能研究究的热点问题。目前国内外的许多学者就铝合金的焊接工艺方面的研究取得了管晓光团队在对10mm厚铝合金板材焊接时，采用了TIG焊焊接工艺，在焊道的选择上尤为精准，并且在整个焊接过程中把握了接板材中，分别使用各不相同的焊接速度、焊接电流、淬性程度进行焊接实验。研究表明，不填自熔合后的接头各方面表现效果很不郭晓辉团队在研究TIG焊焊接工艺时，注意到双焊工艺的好处，即使用两个焊枪对10mm平板铝材焊接。通过焊后检测发现了此次焊接结果形态良好。实验证明了双焊工艺在对焊接处的处理上具有十分友好的作用，可以得到很不Yao等人采用钨极惰气保焊(GTAW)和金属气保焊(GMAW)对铝材焊接件进行了加工。这两种焊接方法处理后的焊件力学性6塑料的潜在位置。试验结果表明，GTAW焊后铝合金焊接件的力学性能优于GMAW焊。前者强度高，韧性好，没有肉眼可见的焊接缺陷。由于激光焊所独有的焊速快、影响小、焊接缺陷少等多种优点，从而在多方面受到了广泛的关注，但铝对激光的反射率可以高达90%以上，这无形中增加了铝合金激光焊接的难度6。结果表明，在使用正确的焊接工艺或者升级原有的大大降低接头处粗大晶体和其他相的析出，从而大大的提高焊接工艺。变极性TIG焊可以通过调节直流正负极连接的脉冲幅度和时间，有效地去除合金表面的氧化膜，增加焊缝熔深，细化焊缝组织，改变焊接头的综合表现7。李东来研究了变极性TIG焊接接头的室温力学性能和微观表现。研究显示，该焊接接头室温拉伸强度为275mpa,断裂伸长率为4.2%,强度系数为67.9%。通过对焊缝区宏观结构的观察，发现焊缝中气泡容易残留并形成气孔。北航研究团队在使用TIG焊时加入电流的影响作用，这与传统的TIG焊接工艺此外，变极TIG焊继承了方波电源的优点。在阴极清洁的前提下，尽可能缩短钨电极的正极时间，从而延长钨电极的使用寿命8。变极性TIG焊已广泛应用于有色金属及某些热敏材料的焊接。宋团队对不同温度下的铝材的力学性能进行了测试，发现其具有低温韧性，适合在低温服役条件下使用，连接件的拉伸强度和延伸率均小于母材，但在70%以上[9]。总之，铝合金具有特殊的热物性。由于TIG焊工艺简单，操作方便，成本低，应用范围广，因此铝合金的TIG焊焊接工艺成为本文的重点研究对象。7为了研究6061铝合金TIG焊焊接工艺，本文主要采用6mm厚的6061铝合金板进行TIG焊，分别查阅相关资料，从焊接坡口、焊接电流等关键元素以及对接头处填丝填充情况做焊接对比分析，从而达到为现实生产生活做重要参考(1)通过对6mm铝合金TIG焊焊接工艺研究，制定准确且合适的焊前，焊中和焊后工作计划，选择合适的TIG焊焊接组成，分别使用5087焊丝对(2)对焊接接头处组织、热影响区组织和焊接区组织进行对比分析。结合Scheffler相组成图、焊接过程中出现(3)对焊接头的综合性能进行详细研究。对焊接过程中不同的焊接头的微观承载能力及其与组织的对应关系进行了分析。主要研究材的拉伸强度论述，研究了不同填充材料对焊接接头抗2铝合金的焊接工艺研究本章详细阐述了铝合金的可焊性和TIG焊焊接铝合金的工艺研究，首先对研究的母材和焊丝的化学成分做了一个系统的赘述，然后TIG焊焊接过程中出现的一些关键指标做出剖析和论述，以及后续的焊后质量8铝的熔点较低，但是铝合金在凝固过程中会产生大点，在工业生产过程中有很大的作用。在欧洲，铝材料和钢材相似，标准是统一的，按照铝合金的加工方法来区分，铝合金可以分为热处理强化和非热处理强化两种类型的铝合金。本文所研究的6061铝合金可以通过热处理手段进行强化处理，它的主要性能通过固溶退火，淬火，时效工艺过程来进行确认。6061铝合金中铜含量很高，因此该铝合金还是铝合金中强度最高的一种。焊接性能本文所选用的母材为6061铝合金，200mm×100mm×6mm(长×宽×厚)的材料规格，焊丝上选用5087焊丝。6061铝合金是日常应用最常见的材料，表2-1中列出了铝合金板材和焊丝的化学成分及部分力学性能指标。表2-1母材和焊丝的化学成分(wt.%)6061铝合金5087焊丝表2-2母材和焊丝的力学性能Element抗拉强度(Ob/Mpa)屈服强度(σs/MPa)伸长率(A/%)线膨胀系数(20℃)铝合金5087焊丝焊缝气孔主要是由于焊接后焊接接头处的气体没有体来源十分广泛，可能是添加的惰性气体或者是外部的前我们需要考虑TIG焊的惰性气体选择，由于氢气价格昂贵、易和水发生反2.2焊接过程及其工艺参数在焊接前准备工作中，预处理显得尤为重要，由于铝以及氧化层等存在，如果直接进行焊接，会导致焊缝质量不佳，甚至造成焊接9清洁一会需要焊接的位置，最后用风干机把我们需要的板材吹干，使整个板材焊接接头从结构特点上主要有直接对接、搭接以及角接等接头方式。良好焊接坡□的选择应注意：满足节约填充材料的要求、焊接过后不能出现较大的应力变形、坡口设计应满足与易于加工、同时还需等。本焊接采用常用的V型坡口设计。流，要想在焊接过程中产生稳定且连续的电弧，我们采用直流电源，如下表2-3而与电源负极相连的是焊枪的钨电极。此时开始工作将会在焊接接头处产生大电极直径正接(电极一)反接(电极+)纯钨纯钨纯钨钍钨、铈钨一一一一一一一一一若钨极直径为3.2mm时，电流方式采取直流正接的条件下，根据表格所给的条件将焊接电流选择200A时较为合适。且钨极的寿命也会有所延长，如表2-4所示，为钨极尖端形状和电流范围。尖端角度/°电流/A根据表格2-3和表格2-4的数据选择，焊接电流为200A,板材又为6mm的厚板，所以采用直流正接钨极氩弧焊，电极直径选用3.2mm,尖端直径为1.1mm,锥角为60°。TIG焊接时，电弧的长度和电流的大小息息相关，根据查阅相关焊接手册，电交流流量/L●min¹流量/L●min¹体流量为8~9/Lmin-¹。在对铝合金板材进行整个焊接的过程中，需要严格遵循焊接工艺，首先，可以避免焊后因冷却速度太快从而导致焊缝中产生大量铁素体，次之，这样可以避免局部晶粒粗大和氧化物的一个沉淀出现，主要原因是焊后冷却速度太慢导致的。最后我们通过逆变直流脉冲焊机器，加入惰性气体对焊接熔池进行保护，经多次研究探讨，最终获得了6mm厚铝合金板材的最佳焊接工艺。焊接工艺卡是焊接过程中不可或缺的基本工艺参数，它包括了焊接过程中的许多关键数据，例如焊接材料、焊接方式、焊接电流电压等。同时，工产品型号母材厚度预热温度对接接头焊接方式型号焊接电压(V)电流电极直径焊接速度2技术要求：1、焊前准备：在施焊之前，坡□无缺陷，不存在裂纹、夹渣3、严格按照以上工艺参数焊接。4、严格按照国家焊接标准进行检测。示己文件号日期编制日期审核日期批准2.3金相分析研究为研究TIG焊接头的组织特征，研究不同填料对组织的影响，通线切割技术，将25mm×10mm×6mm的长方块沿焊缝横截面切割成小方块，其中包括焊缝区和母材区。用酚醛树脂对焊件进行初步的打磨后，然后用200目到1500目的砂纸进行二次打磨，最后用2.5μm的抛光膏进行抛光，到这里打磨工作基本完成，下面就是对打磨好的界面进行打磨界面进行腐蚀，腐蚀时间大概为25-30s。腐蚀性处理完毕后，先使用去离子水清洗焊后的铝合金板材，然后用风干机吹干板材表面备用。用金相显微镜2.4显微硬度测试HV-1000型显微硬度测量仪，板材经过打磨、抛光等操作后，用“BZ→HAZ→WZ”的顺序分别对焊接头各部位进行检测，具体检测位置和顺序参考下文中图2-1所示位置。通过GB/T2654-2008《焊接接头硬度试验方法》标准[11,确定0.98N(100gf)的载荷，持续图2-1焊接接头的显微硬度测试示意图焊缝拉伸研究的主要目的是确定焊缝的拉伸强度σb。通过GB/T2649-1989《焊接接头力学性能试验取样方法》标准和GB/T228-2002《焊接接头拉伸试验品，加载速度2mm/min,试件温度为室温，试件尺寸见图2-2。图2-2焊接接头拉伸试样示意图3铝合金TIG焊焊后质量检测铝合金焊后质量检测我们主要采用射线检测和超声波线检测时我们选择X射线机，X射线机按照能量的大小分为普通X射线机(管电压小于等于500千伏)和高能X射线机(能量大于等于1兆电子伏特)。常用X射线探伤机型号及主要技术参数见表3-1。表3-1国产定向玻璃管X射线机型号辐射角度：40°最大穿透能力(钢)射线发生器外形尺寸4.1焊接接头宏观形貌分析在6mm铝合金板材上，分别用表2-3的焊接工艺参数对其进行焊丝焊接和自熔焊接，焊后观察两种类型的接头成形情况。分别对充填金属的接头和未充填焊丝得到的接头进行对比分析。根据GB/T226-2015的要求，在体视显微镜下用宏观金相观察了垂直于焊缝方向的焊接接头横截面。4.2焊接接头显微组织4.2.1焊缝凝固模式及固态相变组织铝合金凝固时，这种化合物的化学组成决定了它的初始沉淀相的大小。若能根据铝合金的化学成分准确估算出组织构成，那么可以方便地得到焊接位置的相组织。为了得到相对准确的研究结果，相应的研究结果可由舍勒夫组织相根据铬和镍的当量计算值，系统绘制出铝合金的舍勒夫结构图，如图4-1由图4-1可知，所用铝合金的Creq:Nieq>18:12,铝合金焊接位置凝固模式4.2.2金相组织分析根据焊缝组织结构的变化，可以判断此次铝合金TIG焊焊接工艺是否合理。由于焊接过程中的填充物不同，焊缝中心和热影响区附近液固界面前沿的温度不同，固固面凝固后两种类型焊缝区的晶体在形态方面有很大的差异。而焊接铝合金时的晶态形态主要取决于焊缝中碳、氮元素的含量。在铝合金中加入焊丝后，可对TIG焊焊接头微观结构进行观察。通过与不同填充程度的焊丝头进行对比，观察自熔合的焊接头中区域变化，以及焊接位置中的结晶形态，白色区域分布情况。除此之外，我们知道晶体的生长方向自始至终顺着熔池温度梯度较大的方向进由于板材焊接部位的温度较高，温度梯度小，当电弧离开焊缝时，整个焊而材料的微观结构直接与化学成分和焊接热循而铝合金板材的焊缝中的WZ中元素的含量则主要是由焊缝表面扫描和EDS能谱分析这两种接头的焊缝14,因此，需要对焊缝的表面进行扫描和EDS能谱分4.3焊接接头力学性能4.3.1焊接接头显微硬度分析观察两个接头WZ处的显微硬度值大小，在焊接过程中是否形成了部分细小蠕虫状的δ-铁素体组织(铁素体组织的硬度远高于