本论文是一篇关于铝合金焊接论文范文,关于铁路客车铝合金焊接工艺应力控制相关学年毕业论文范文。免费优秀的关于铝合金焊接及焊接变形及应力方面论文范文资料,适合铝合金焊接论文写作的大学硕士及本科毕业论文开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
摘 要：车体轻量化是铁路客车造业的发展趋势,采用铝合金材料是减轻车体自重的有效措施.本文介绍了铝合金焊接的特点、铝合金材料焊接易产生的缺陷及防止对策.简单归纳了焊接生产中控制焊接应力的常用措施.
关 键 词：客车车体铝合金铝合金焊接焊接应力
1序言
轻量、高速、安全、节能、舒适、长寿命是铁路车辆现代化的标志.而实现列车的高速化关键在于解决列车的轻量化和密封性问题.轻量化对于减少列车牵引力和制动力,减少能量消耗,减少轮轨磨损,提高列车运行速度至关重要.密封性直接影响列车的运行性能和旅客列车的舒适性.采用铝合金材料是减轻车体自重的有效措施[1-2].其中5000系为铝镁合金,焊接性好；6000系为铝镁硅合金,焊接性好,焊接强度较高；7000系为铝锌合金,由于锌的加入,焊接性变坏,焊接强度也降低.根据JIS标准铁路客车车体主要使用5000系中的5083铝合金、6000系中6N01铝合金、7000系中7N01铝合金.
2铝合金的材料特性和焊接特点
2.1铝合金材料特性
铝以化合物的形式占地壳的8%,是地球上贮量最丰富的金属,重量轻,比重约是钢的三分之一.铝合金是纯铝中加入合金元素如镁、锰、硅、铜、锌获得不同性能的金属材料,是车辆轻量化的首选材料；表面有一层致密的氧化膜（熔点为2050℃）,耐腐蚀性强；熔点低660℃）,而钢的熔点约为1535℃；导热、导电性好,约是钢的5倍；热膨胀系数大,约是钢的2倍[3].
2.2铝合金焊接特点[3-4]
铝合金由于其特殊的材料性能,所以有其自身的焊接特点.
1）极易氧化
铝与氧亲和力极大,任何温度下都会氧化,在母材表面生成氧化铝（Al2O3）薄膜,其厚度约为0.1～02μm,熔点高,组织致密,保护着母材表面.焊接时该氧化膜妨碍母材熔化和熔合,易出现未焊透缺陷；氧化膜密度大,不易浮出熔池表面,容易在焊缝中形成夹渣缺陷.
2）铝的热导率和比热大,导热快
尽管铝合金的熔点远比钢低,但是铝合金的铝的热导率、比热容都很大,在焊接过程中大量的热能被迅速传导到机体金属内部,为了获得高质量的焊接接头,必须采用能量集中、功率大的热源.
写铝合金焊接论文的注意事项
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3）线膨胀系数大
铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时体积收缩率达6.5%～6.6%,因此易产生焊接变形.防止变形的有效措施除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外,采用适宜的焊接工装也是非常重要的,焊接薄板时尤其如此.
4）容易产生气孔
焊接接头中的气孔是铝合金焊接时极易产生的缺陷,尤其是防锈铝合金的焊接.氢是铝合金焊接时产生气孔的主要原因.氢主要来源于弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分,其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分,对焊接气孔的产生,占突出的地位.
5）合金元素蒸发和烧损
某些铝合金含有低沸点的合金元素（如Mg、Zn等）,这些元素在高温下容易蒸发烧损,从而改变焊缝金属的化学成分,降低焊接接头的性能.
6）无色泽变化,给焊接操作带来困难
铝合金焊接时由固态转变为液态时,没有明显的颜色变化,因此在焊接过程中给操作者带来不少困难.
3铝合金材料焊接应力及防止对策
焊接以后留下一定的残余应力是不可避免的,铝合金材料和铝合金焊接的自身特点,焊接后应力更为严重,通过恰当的工艺措施给予一定程度的控制和调节,使应力值尽可能减小,分布尽可能合理,一直是焊接工艺师研究的课题.
焊接应力是由于焊后收缩受到制约造成的,制约越严重,内应力也就越大.因此,控制内应力的方法虽有多种,但其基本原则只是一个,就是缓和对焊缝收缩的制约.通常采用的工艺措施有以下几种：
3.1、采用合理的焊接次序
所谓合理的焊接次序,主要是应该尽量使焊缝能比较自由的收缩,特别是那些收缩比较大,残余应力比较大的焊缝.
图1是拼接工字梁的情况.这时应事先留出一段翼板一腹板角焊缝3,先焊接受力最大的翼板对接焊缝l,然后再焊接腹板对接焊缝2,最后焊满角焊缝3.这种焊接次序可以使翼板的对接焊缝预先受压应力,而腹板对接缝受拉应力.角焊缝留在最后焊可以保证腹板有一定的收缩余地,同时也有利于在翼板对接焊时采取反变形措施以防止角变形.试验证明,这样焊成的梁其疲劳强度比先焊腹板的梁高出30%.
3.2、预热法
焊接温差越大,残余应力越大,同时从组织转变来说,冷却越快组织应力也越大.预热可以达到减小温差和减慢冷却速度的目的,从而减小焊接应力.
焊件是否需要预热,主要是根据钢材的化学成分,厚度和结构刚度等方面来考虑.而预热温度的选择则主要是根据钢材的化学成分.
一般说钢材含合金元素越多,越容易形成淬硬组织；而合金元素含量越多的钢材,就越需要预热,同时预热温度也要偏高.
钢板越厚越要求预热.因为钢板越厚散热越快,则冷却越快,就越需要预热来减慢冷却速度.所以对一些含合金元素较低的钢种不需要预热,但具有一定厚度时就要增加一道预热工序.
刚度越大的结构,越需要预热.因为结构的刚度越大,焊缝收缩所受到的制约也越大,应力就越严重,所以需要通过预热来降低焊接应力.
转向架焊接生产中,较常用的预热方法是氧—乙炔焰预热.在国外（日本）的转向架生产企业,也普遍采用此类方法.在正式焊接前对焊接件进行预热,主要的预热部位为重要结构的焊缝周围,通常在焊缝的背部进行.这种方式即有预热的作用,还起到了焊接反
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