【正文】 鋁及鋁合金的熱導(dǎo)， 電導(dǎo)性高，熱容量大，焊接時熱損失大；焊接時在焊體中會產(chǎn)生較大熱應(yīng)力的變形，易形成熱裂紋；熱輸入越大焊接后強度、性能降低越嚴(yán)重， 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 5 頁 這就要求采用熱功率大、能量集中的焊接方法 [12]。 焊接材料 的選用原則 焊絲是影響焊縫金屬成分、液相線溫度、 組織、 固相線溫度、焊縫金屬及近縫 區(qū)母材的抗熱裂 性、耐腐蝕性及常溫或高溫低溫下力學(xué)性能的重要因素。因而焊絲的選用主要按照下列原則進(jìn)行 ： （ 1） 純鋁焊絲的純度一般不低于母材 。 此外，焊接鋁鎂合金時，為彌補焊接過程中燒損的鎂含量，應(yīng)采用含鎂量比基體 。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊板來托住熔池及附近金屬， 用以控制焊縫根部形狀和余高量。這種方法最適用于鋁、銅、鈦等有色金屬的焊接、也可以用于鋼材，如不銹鋼、耐熱鋼等焊接。 圖 11 MIG 焊工作原理 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 7 頁 焊的主要特點 MIG 焊適合焊接鋁合金厚板，其主要特點如下： （ 1） 幾乎可以焊接所有的金屬，如鋁 、 鎂 、 銅 、 鈦 、 鎳及其合金，以及碳鋼 、 不銹鋼 、 耐熱鋼等。 （ 3） 焊接過程易于實現(xiàn)自動化。熔化極氬弧焊一般采用直流反接。為了得到良好的焊縫應(yīng)利用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)熔滴，熔池金屬及焊接區(qū)高溫金屬免受周圍空氣的有害作用。 2）大滴過渡 這種過渡形式一般出現(xiàn)在電弧電壓較高，焊接電流較小的情況下。 焊接存 在的問題與難點 MIG 焊 這種工藝方法 的 缺點，主要是 MIG 焊的設(shè)備成本相對來說較高，且焊接的焊縫有時可能生成氣孔。 此外，鋁合金熔焊時容易產(chǎn)生變形、缺陷及煙塵等，也限制了弧焊在鋁合金構(gòu)件上的使用。這種熔滴過渡形式的焊縫成形美觀，焊接過程穩(wěn)定。 MIG 焊的工藝參數(shù) MIG 焊的工藝參數(shù)主要有：焊絲種類及直徑、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、焊絲伸長長度、保護(hù)氣體種類及流量、電源極性、焊槍傾角、焊接方向以及噴嘴高度等。 焊接電流 ： 焊接電流是最重要的工藝參數(shù)， MIG 通常采用直流反接，這種接法的優(yōu)點是，熔點過度穩(wěn)定，熔透能力大且陰極霧化效應(yīng)大。當(dāng)所有其它參數(shù)保持恒定時，焊接電流與送死速度或融化速度以非線性關(guān)系變化。送絲速度與焊接電流的關(guān)系還受焊絲化學(xué)成分的影響。熔滴過渡方式來選擇。在焊接熱輸入不變的條件下，焊接速度過大，焊寬、溶深減小，甚至產(chǎn)生咬邊、未融合、未焊透等缺陷。焊絲伸長長度影響焊絲預(yù)熱 ，對焊接過程及焊縫質(zhì)量有顯著影響。 用 YAG 激光焊焊接鋁合金優(yōu)點很多： a，可減少焊前準(zhǔn)備工作，如加工坡口、接頭固定等； b，熔池窄而深，可實現(xiàn)厚板一次焊接成形，快速且高精度； c，低熱輸入， HAZ 很窄，焊后變形和殘余應(yīng)力??； d，容易實現(xiàn)自動焊； e，相對于電子束焊來說， 設(shè)備成本低； f，可根據(jù)需要添加填充焊絲來減少裂紋的出現(xiàn)，并可調(diào)整焊縫化學(xué)成分和焊縫性能（也是相對電子束焊來說的）； g， YAG 激光器發(fā)射的短波激光可在光纖里傳播，這樣可大大加強激光焊接設(shè)備的靈活性，可焊很復(fù)雜的零部件。在航空航天部門、汽車制造業(yè)有很多質(zhì)量要求高的鋁合金零部件就是采用電子束焊加工。 （ 3） 攪拌摩擦焊，攪拌摩擦焊是一種全新的焊接方法，它的出現(xiàn)將徹底地改變鋁合金的焊接難題。 攪拌摩擦焊對于鋁合金焊接的優(yōu)點： a，焊接接頭綜合力學(xué)性能優(yōu)異，攪拌摩擦焊屬固相焊接，在焊接鋁合金時不會產(chǎn)生與熔化有關(guān)的缺陷，如氣孔、裂紋等。由于不存在熔焊過程中接頭部位大范圍的熱塑性變形過程，因此，焊后接頭的內(nèi)應(yīng)力小，變形小，基本上可實現(xiàn)板件的低應(yīng)力無變形焊接。 ① 它不需焊絲，保護(hù)氣等耗材； ② 由于摩擦攪拌焊僅僅是靠焊頭旋轉(zhuǎn)并移動 , 逐步實現(xiàn)整條焊縫的焊接 , 所以比熔化焊要節(jié)省能耗； ③ 它對接頭的表面要求比較低，焊前無須對工件進(jìn)行嚴(yán)格的表面清理； ④ 大型廠房內(nèi) , 用它進(jìn)行大工作量的焊接 , 不需特別的通風(fēng)、抽煙塵設(shè)備。 本次論文的 研究內(nèi)容及 意義 本課題主要是選擇合理的參數(shù)對 6mm 的 5052鋁合金板 MIG 焊，然后對其焊接接頭做一系列的工藝試驗分析其焊接性能。這些產(chǎn)品都對高性能有一定的要求，所以在確保質(zhì)量之外，更優(yōu)的性能就是更安全的保障。因此對鋁合金焊接接頭的綜合性能進(jìn)行深入的分析研究，提高其強度增強壽命是十分必要的 [12] 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 14 頁 第 2 章 試驗材料及方法 試驗材料 本試驗采用厚度為 6mm 的防銹鋁合金 5052， 5052 為 ALMn 系合金 ，具有強度高，特別是抗疲勞強度， 塑性與耐腐蝕性高 ，焊接性能良好等特點。 表 21 5052 鋁合金化學(xué)成分及力學(xué)性能 Si(% ) Fe(% ) Cu(% ) Mn(% ) Mg(% ) Cr(% ) Zn(% ) Al(% ) 抗拉強度Rm /MPa 斷后伸長率 A (% ) ≤ ≤ ≤ ≤ .8 5 ≤ 余量 240 10 本次試驗采用的焊絲為 含鎂 5％的合金焊絲 ER5356，其化學(xué)成分如表 22 所示。在試件上加工 V 型坡口如圖示， C= 0～ 1mm，本次試驗采用單道焊接，接頭形式都為對接接頭，焊接所用的保護(hù)氣體是 Ar 氣。另外，在焊接前也要對焊槍進(jìn)行清理，防止焊接時燒損焊槍 [16]。墊板 表面開一個圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。 c)調(diào)整焊接規(guī)范參數(shù)。 焊接設(shè) 備 及操作方法 本次 MIG 焊試驗所采用的 焊接設(shè)備如圖 23 所示 a ） PHOENIX 421 焊 接電源 b ） 送絲機構(gòu) c ） 焊接夾具 d ） 焊接小車 圖 23 MIG 焊焊接設(shè)備 PHOENIX 421 多功能逆變焊接電源可用于常規(guī) MIG/MAG 焊、脈沖 MIG/MAG焊、 TIG 接觸引弧焊和 MMA 焊接 。焊接速度由小車自動控制。為了獲得良好的焊接質(zhì)量和較高生產(chǎn)率，應(yīng)對以下幾方面加以考慮： （ 1） 良好的氣體保護(hù)效果； 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 18 頁 （ 2） 良好的生產(chǎn)準(zhǔn)備； （ 3） 選擇合理的熔滴過渡形式及工藝參數(shù)； （ 4） 選擇合理的焊接設(shè)備及工藝參數(shù)。 表 24 試件焊接工藝參數(shù) 焊絲直徑 （ mm） 對接間隙 （ mm） 坡口角度 （176。 每一塊板的取樣位置如圖 25 所示。在顯微鏡下觀察無劃痕時再腐蝕試樣，腐蝕溶液為 25%的 HNO3水溶液。一般來說“硬度”是指固體材料受到其它物體力的作用，在其受外力時所呈現(xiàn)的抵抗彈性變形，塑性變形和破裂的綜合能力。一般情況，硬度高的區(qū)域，其強度也高，但韌性、塑性下降。本文使用顯微維氏硬度檢測法。 按照 GB/T43421991《金屬顯微維氏硬度標(biāo)準(zhǔn)》，在 HV10 顯微硬度計上，對 5052鋁合金 MIG 焊焊接接頭進(jìn)行顯微硬度試驗，載荷為 5kg，加載時間為 15s，母材焊點 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 21 頁 間距為 2mm，焊縫及熱影響區(qū)焊點間距為 1mm。 拉伸試樣應(yīng)從焊接接頭垂直于焊縫軸線方向截取，試樣加工完后，焊縫位置應(yīng)該在中線。試驗分為正彎與背彎。缺口分別開在焊縫中心和 熱影響區(qū)上的熔合線處如圖 214 所示，沖擊所用設(shè)備如圖 215 所示 ，試驗溫度為室溫。 試樣選取焊接接頭橫向位置以保證加工后焊縫的軸線在試樣的中心 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 22 頁 拉伸試樣尺寸為（ mm）： 300 10 6 拉伸試樣 示意圖 如圖 210 所示 圖 210 拉伸試樣示意圖 圖 211 拉伸 儀器 圖 彎曲試驗 對 5052 鋁合金 MIG 焊焊接接頭進(jìn)行彎曲試驗。 如圖 28 所示 。的正四棱錐體金剛石壓頭，在一定的靜檢測力作用下壓入試樣的表面，保持規(guī)定時間后，卸除檢測力，測量試樣表面壓痕 對角線長度。硬度的變化反映了顯微組織的變化。由于強度與 硬度之間的有一定的對應(yīng)關(guān)系，就使硬度檢測具有更廣泛的實際意義。 圖 26 光學(xué)顯微鏡 圖 27 腐蝕試樣工具 硬度試驗 硬度是金屬材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。 組織和性能 試驗方法 顯微組織分析 鋁合金板焊接完以后，在焊縫中間且垂直于焊縫方向上取樣，使切割面平整。 再分別對其焊接接頭做一系列的工藝試驗尋找其中的不同，并和同型號母材的 FSW 進(jìn)行對比。焊接 6mm 的 5052鋁合金板時采用 純氦保護(hù)。測得的數(shù)值如表 23 所示 。送絲機構(gòu)采用自動送絲，且負(fù)責(zé)調(diào)解電流、電壓 。 e） )焊接結(jié)束前必須重視收弧。 操作方法： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16 頁 a )電源、氣瓶、送絲機、焊槍等連接方式應(yīng)符合規(guī)定要求。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊板來托住熔池及附近金屬。首先用角磨機處理坡口及近縫區(qū)，去除氧化膜；再用酒精清洗坡口及近縫區(qū)，去除油污。 表 22 ER5356 焊絲化學(xué)成分（ %） Mg Cr Fe+Si Cu Zn Mg Ti Al 5 余量 a ） b） 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 15 頁 圖 21 ER5356 焊絲 MIG 焊工藝試驗 綜合鋁合金的各種焊接方法，本次試驗選用 MIG 焊。也常用于交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品、電器外殼等 [19]。近年來鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用日益廣泛，其中一些重要結(jié)構(gòu)件在使用中承受的 外力多是重復(fù)循環(huán)的變載荷，應(yīng)力通常遠(yuǎn)低于材料的屈服強度，但是頻率較高，時間較長。通過這些試驗分析工藝參數(shù)對接頭性能的影響， 并與同型號鋁合金 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 13 頁 的攪拌摩擦焊進(jìn)行接頭性能對比，對比兩種方案的優(yōu)缺點，找出影響接頭性能的工藝參數(shù)，得出最優(yōu)工藝參數(shù)。 e，焊縫質(zhì)量對人的依賴程度很低，攪拌摩擦焊所需的工藝參數(shù)只有攪拌頭的轉(zhuǎn)速、焊接速度、壓緊力和攪拌頭的材料和結(jié)構(gòu) 4 項。 d，焊接成本低。 b，焊 后無變形，殘余應(yīng)力小。這樣，焊針沿著焊縫前進(jìn)時，攪拌頭的對面接頭表面被摩擦加熱、 加壓至超塑性狀態(tài)。 近年來，國外對電子束焊及其電子束加工的研究主要在于完善超高能密度電子束熱源裝置，掌握電子束品質(zhì)與材料的交互行為特性，從而改進(jìn)加工工藝技術(shù) 通過計算機及 CNC 控制提高設(shè)備柔性以擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。如果控制不好，焊縫中會出現(xiàn)較多氣孔，深熔焊時根部還可能出現(xiàn)空洞 [27~29]。 國內(nèi)外鋁合金的焊接新技術(shù) （ 1） YAG 激光焊，激光焊是利用高能量的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法， 具有高能量密度、可聚焦、深穿透、高效率、高精度、適應(yīng)性強等優(yōu)點，受到廣泛的重視，并已應(yīng)用于航空航天、汽車制造、輕工電子等領(lǐng)域。 焊絲伸長長度 ： 焊絲伸長長度是指導(dǎo)電嘴端部到焊絲端部的距離。焊接速度與焊接電流適當(dāng)配合才能獲得良好的焊縫成形。在穩(wěn)定的焊接過程中，焊接電壓主要影響熔寬，對溶深的影響較小。對每一種直徑的焊絲，在低電流時曲 線接近于線性；可是在高電流時，特別是細(xì)焊絲時，曲線變?yōu)榉蔷€性，而且隨著焊接電流的增大，融化速度以更高的速度增加。焊絲直徑、焊接位置來選擇焊接電流