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铝合金类有关论文范文,与高强铝合金的焊接相关毕业设计论文
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0340;热量消耗于金属其他部位,这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著.为了获得高质量的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施.（2）铝及铝合金的热膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的一倍.铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,因此,需采取预防焊接变形的措施.铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、疏松、热裂纹及较大的内应力.生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生.在耐蚀性允许的情况下,可采用铝-硅合金焊丝焊接除铝-镁合金之外的其他铝合金[4].
（3）铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难.高温下铝的强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿.
（4）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢.由于铝的导热性好,所以在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,极易形成氢气孔.弧柱气氛中的水分、焊接材料和母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊缝中氢气的重要来源.因此,对氢的来源要严格控制,以防止气孔的形成.
（5）铝合金中有的合金化元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降.
（6）母材基体合金如为变形强化或固溶时效强化状态,焊接热会使热影响区的强度下降.
（7）铝为面心立方晶格,没有同素异构体,加热与冷却过程中没有相变,焊缝晶粒易粗大,不能通过相变来细化晶粒[5-7].
3高强铝合金的焊接方法
3.1高强铝合金的搅拌摩擦焊
摩擦搅拌焊的焊接原理比较简单,其示意图见图1.1.焊接过程中,伸入母材的特型焊针和紧压母材的轴肩快速旋转,与母材产生大量的摩擦热,使得轴肩下面的特型焊针周围形成大量的塑化层,工件和特型焊针相对移动时,在焊针侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用下,焊针的前表面把塑化的材料移送到焊针后面.这样,焊针沿着接缝前进时,搅拌头的对面接头表面被摩擦加热、加压至超塑性状态.结果,特型焊针摩擦焊缝,破碎氧化膜,搅拌和重组搅拌头后方的磨碎材料,搅拌头后方的材料冷却后就形成焊缝[8-9].
图1.1摩擦搅拌焊焊接过程示意图
摩擦搅拌焊对于铝合金焊接有以下优点：
（1）几乎无缺陷,焊接接头综合力学性能优异摩擦搅拌焊属固相焊接,在焊接铝合金时不会产生与熔化有关的缺陷,如气孔,裂纹等,相反,由于焊接过程中的快速机械搅拌作用,焊缝晶粒比母材的还要细小,并且没有明显热影响区,整个接头的综合机械性能几乎可以达到母材的水平.
（2）焊后几天变形,残余应力小摩擦搅拌的焊接温度较低,焊后结构的变形量和残余应力比熔化焊小得多.
（3）适应范围广,由于摩擦搅拌焊消除了熔化焊所形成的裂纹如液化裂纹,结晶裂纹,因此,可以很好的焊接热裂纹敏感材料,摩擦搅拌焊对于铝基复合材料的焊接也很有应用前景.
（4）焊接成本低,摩擦搅拌焊设备虽然一次投入成本比较大,但开始生产后,其成本就很小.
（5）缝质量对人的依赖程度很低,摩擦搅拌焊所需的工艺参数只有搅拌头的转速,焊接速度,压紧力及搅拌头的材料和结构四项,上述四个参数控制较简单,选择适当后,就可以得到质量非常高的的焊缝,因此大大降低了对技术人员和操作者的依赖[10].
3.2高强铝合金穿孔型等离子弧立焊
铝合金穿孔型等离子弧立焊示意图如图1.2所示.由于穿孔型等离子弧立焊可实现中厚板的单面焊、双面同时自由成形,并且气孔和夹杂物少,焊接变形小,生产率高,成本低,因而成为航天工业中重大铝合金部件的首选焊接方法.等离子焊时,熔池中液态金属受重力、等离子射流的正向压力和切向力、液体金属表面张力等.当等离子弧相对焊件向上移动时,在这些力的综合作用下,液态金属沿小孔边缘向下流动,并在穿孔下方重新愈合形成焊缝,使穿孔熔池得以动态保持,实现焊接.
3.3高强铝合金钨极氩弧焊
目前钨极氩弧焊（TIG焊）已成为焊接铝及铝合金的重要方法,有手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊两种.可以焊接1-20mm的重要焊接结构.其主要优点是热量集中、电弧稳定、焊缝成形美观、组织致密,可获得优质接头.其中钨极脉冲氩弧焊是近20多年发展起来的一种新的焊接方法,它可明显地改善小电流焊接过程的稳定性,用这种方法焊成的焊件变形量小、接头区的热影响区小、接头质量高,特别适合薄板、全位置焊接.使用交流钨极脉冲氩弧焊时,更具有良好的电弧稳定性及"阴极破碎"作用.脉冲钨极氩弧焊采用经过调制的直流或交流脉冲电流,其电流幅值（或交流电流有效值）按一定频率呈周期性变化,脉冲电流时形成熔池,基值电流时熔池凝固,焊缝由多个焊点互相重叠而成.调节脉冲波形、脉冲电流幅值、基值电流、脉冲电流持续时间,可以控制焊接热输入,从而控制焊缝及热影响区的尺寸和质量,主要工艺特点是可精确控制工件的热输入和熔池尺寸,提高焊缝抗烧穿和熔池的保持能力,并能获得均匀的熔深；焊接过程中,熔池金属冷凝快,高温停留时间短,结晶方向得以调整,焊缝金属组织致密；加之脉冲电流对熔池的搅拌作用,可减少焊接裂纹产生的倾向,可以用较低热输入获得较大熔深,使焊接热影响区和焊接变形减小[11].4高强铝合金的冶金性分析
高强变形铝合金的焊接接头可分为焊缝区,熔合区及热影响区三部分.
（1）焊缝区
在电弧高温下,填充金属及待连接的母材边缘受热熔化,形成液态焊缝金属熔池,并随后冷却凝固,形成焊接接头的焊缝区.焊缝金属熔池结晶可有两种方式：外延结晶和自由结晶（或体积结晶）.
焊接工艺参数的改变可明显改变熔池凝固速率并从而改变焊缝金属的结晶形态.焊缝金属的成分取决于下列条件：母材及填充金属的成分及混合比例；合金元素在焊接过程中的损失；接头形式及其相关尺寸；焊接热输入[12].
焊缝区是焊接接头的薄弱环节之一,与母材组织的最大区别是它具有铸造组织的特征,其强度、硬度和塑性均较母材低,因此焊缝正反面需有适当余高,以资补偿.
（2）熔合区
在焊缝区与不熔化的母材（热影响区）之间必然存在一个过渡区.这个区域的化学成分和显微组织的特点非常复杂.熔合区由于焊接时温度高、加热及冷却快,易发生局部过热、偏析物集聚、晶界液化,因而易产生熔合区气孔、晶界液化裂纹、应力腐蚀开裂、熔合区晶界液化及沿晶裂纹.
此外,熔合区位于焊接接头因几何形状变化而造成应力集中的部位,如果焊缝成型不良,焊缝形状向母材急剧过渡,或出现咬边、边缘未熔合等工艺缺陷,则熔合区将发生严重应力集中,使焊接接头承载能力大幅降低.因此,熔合区是焊接接头最薄弱的环节,往往成为断裂失效的典型部位.
（3）母材热影响区
焊接时未发生母材熔化的部分,在焊接热循环条件下,其不同部位受到不同的热影响,相当于经历不同的热处理,其组织和性能均发生不同于母材的变化,这部分木材称为热影响区.
焊接时母材的温度场分布极不均匀,离焊缝愈近的部位,其加热速度愈大,峰值温度愈高,冷却速度也愈大；反之,离焊缝愈远的部位,加热速度愈小.由于不同的热处理,在热影响区内即形成在组织和性能上互不相同的若干小区.影响各小区组织和性能的因素有：母材的种类及其物理冶金特点；母材焊前的状态及其原始组织；焊接方法、焊接工艺、焊接热输入[10].
5展望
在高强铝合金的连接技术中以MIG焊（熔化极惰性气体保护电弧焊）应用最广.焊接时由于熔化热的作用,极易产生热裂纹倾向大、气孔严重、夹渣等缺陷,造成焊后焊缝强度低和焊接废品铝合金焊接过程中容易产生气孔、夹杂和焊接裂纹等缺陷,焊缝性能与表面质量难以达到设计要求.因此限制了其在沿海地区的使用,探索新的焊接方法在高强铝合金构件材料中的应用,是非常必要和迫切的任务.
参考文献：
[1]王国凡,罗辉,张元彬.钢结构连接方法及工艺[M].化学工业出版社,2005.
[2]殷树言,徐鲁宁.熔化极气体保护焊的高效化研究[J].焊接技术,2000（12）&
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