【《铝合金的焊接工艺综述》3300字】

PAGEPAGEI铝合金的焊接工艺综述目录TOC\o"1-3"\h\u23023铝合金的焊接工艺综述 165291.1铝合金的焊接性 148611.2焊接过程及其工艺参数 2222901.1.1焊接坡口设计 2251431.1.2焊接电流和极性的选择 2170991.1.3焊接钨极直径的选择 3170141.1.4电弧电压的选择 4104811.1.5气体流量的选择 4102351.1.6焊接工艺卡制定 5109061.3金相分析研究 576741.4显微硬度测试 689171.5拉伸研究 6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，然后查阅相关资料，对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检测，焊接接头相关的研究等做出系统介绍。1.1铝合金的焊接性铝的熔点较低，但是铝合金在凝固过程中会产生大量的热量，以此为特点，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。焊接性能和机械加工性能比较好，但铸造性能较差。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，它的可用性非常高。国际上对以上产品标准均有明确的质量和技术要求规定。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-SEQ表\*ARABIC\s11母材和焊丝的化学成分（wt.%）ElementCuMnMgZnSiCrTiFeAl6061铝合金0.15-0.40.150.80.250.4-0.80.04-0.35<0.15<0.7Ba1.5087焊丝0.10.054.50.10.250.05-0.50.06-0.20.4Ba1.表2-SEQ表\*ARABIC\s12母材和焊丝的力学性能Element抗拉强度(0b/Mpa)屈服强度(σs/MPa)伸长率(A/%)线膨胀系数(20℃)铝合金795402≥47.11.68×10-55087焊丝667335≥60.01.1.2焊缝气孔焊缝气孔主要是由于焊接后焊接接头处的气体没有排出所导致的，这些气体来源十分广泛，可能是添加的惰性气体或者是外部的空气等等。因此在焊接前我们需要考虑TIG焊的惰性气体选择，由于氢气价格昂贵、易和水发生反应，所以不考虑，在这里我们选择纯氩气来作为焊接的保护气。1.2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，由于铝合金板材表面的污渍以及氧化层等存在，如果直接进行焊接，会导致焊缝质量不佳，甚至造成焊接失败的后果[10]。第一步，用机器打磨掉板材表面的杂质；第二步，用乙醇溶液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，使整个板材的表面干净平整，不存在任何影响焊接质量的缺陷。1.1.1焊接坡口设计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。良好的坡口设计是焊接质量的决定因素之一。焊接坡口的选择应注意：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、同时还需要便于焊接操作，清渣等。本焊接采用常用的V型坡口设计。1.1.2焊接电流和极性的选择按照电源极性的不同,目前在不同直径下钨极的许用电源主要有直流和交流，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所示。下面分两种情况讨论，采用直流正接,与电源的正极相连的是铝合金板材,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量的电子,而产生的这些电子会与母材发生碰撞,产生热能,以此形成焊缝。采用直流反极法连接时,反之。在这里我们选择直流正接法。表2-SEQ表\*ARABIC\s13不同直径钨极的许用电流电极直径/mm直流/A交流/A正接（电极—）反接（电极+）纯钨钍钨、铈钨纯钨钍钨、铈钨纯钨钍钨、铈钨0.52~202~20——2~152~151.010~7510~75——15~5515~701.640~13050~15010~2010~2045~9060~1201.075~180100~20015~2515~2565~12585~1601.5130~230160~25017~3017~3080~140120~2103.2160~310225~33020~3520~35150~190150~2504.0275~450350~48035~5035~50180~260240~3505.0400~625500~67550~7050~70240~350330~4606.3550~675650~95065~10065~100300~450430~4608.0—————650~830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。1.1.3焊接钨极直径的选择正确的选择合适的钨极直径，不仅可以在操作中更加方便，效率更高，而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。表2-SEQ表\*ARABIC\s14钨极尖端形状和电流范围钨极直径/mm尖端直径/mm尖端角度/°电流/A恒定电流脉冲电流1.00.125122~152~251.00.25205~305~601.60.5258~508~1001.60.83010~7010~1401.40.83512~9012~1801.41.14515~15015~2503.21.16020~20020~3003.21.59025~25025~350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°。1.1.4电弧电压的选择根据弧长的形态,当弧长增加时,电弧前端的宽度增加,降低了电弧的穿透能力,随着弧压的增大,焊缝表面的宽度也在增加,而焊缝的熔深逐渐减小。在使用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，电弧长度选在1.2~5mm间,又本次设计的是焊接6mm厚的铝合金板材,所以需要进行填丝,电弧长度要相对长一些,因此电弧电压则选择为24V。1.1.5气体流量的选择保护气体流量的选择,气体流量要与喷嘴的大小以及电流的大小相适应,同时要注意不要将保护气体的紊流带入熔池当中,并且焊接的过程中要尽量减小风对焊接过程的影响,有条件的话,尽可能的选在室内进行操作。在一定的情况下,气体的流量与喷嘴的直径这两大因素是相互制约的,它两一定存在着一个最合适的范围,选定最合适的范围,保护效果最好。当气体的流量过低时,喷出的气体刚度就会比较差,无法完全的去排除周围的空气,但是气体流量过大时,也不是很合适,容易有紊流的现象发生,影响保护气体的保护效果,焊接结果不理想。表2-SEQ表\*ARABIC\s15喷嘴直径与保护气体流量选用范围焊接电流/A直流正接交流喷嘴直径/mm流量/L·min-1喷嘴直径/mm流量/L·min-110~1004~9.54~58~9.56~8101~1504~9.54~711~137~10151~2006~136~813~167~10201~3008~138~913~168~15301~50013~169~1216~198~15根据焊接电流类型为直流,电流大小为200A,所以喷嘴直径选用8~13mm,气体流量为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。1.1.6焊接工艺卡制定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，工艺卡在很大程度上有助于指导加工操作。表2-SEQ表\*ARABIC\s16焊接工艺卡产品名称6061铝合金产品型号--母材A6061铝合金规格母材规格200mm×100mm×6mm母材B6061铝合金母材厚度6mm预热温度250℃接头方式对接接头焊层焊接方式焊条型号焊接电压(V)焊接电流(A)电极直径mm焊接速度cm/min电源及极性1TIG5087242003.2150直流正接2TIG5087241703.2120直流正接接头形式技术要求：1、焊前准备：在施焊之前,坡口无缺陷，不存在裂纹、夹渣现像，清除坡口两侧。2、外观要求:在外观上焊缝无裂纹，弧坑、缺陷，焊接口过渡圆润。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。标记处数文件号日期编制日期审核日期批准日期1.3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，通过电火花线切割技术，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1.5μm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腐蚀观察，使用王水溶液对打磨界面进行腐蚀，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。用金相显微镜观察焊缝的显微组织，以此来确定焊缝各部位的组织类型。1.4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》标准和GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验》标准这两种国际焊接检测准则[11]，确定0.98N(100gf)的载荷，持续时间为15s。详细的检测流程是：检测基准选择焊接中心，取多个检测点，并且做三次以上的检测。图