【導讀】要求也越來越高。本設(shè)計母材選用5052鋁合金，采用優(yōu)化的熔化焊工藝，選用合適。該設(shè)計的開展有利于學生深入掌握焊接工藝知識，掌握焊接接頭性能試驗測試分。藝等設(shè)計開發(fā)工作奠定了基礎(chǔ)。①查閱資料、收集整理資料，明確本設(shè)計目的；④外文資料的閱讀及翻譯；⑤撰寫畢業(yè)論文。鋁合金焊接工藝、材料和接頭強度研究在“八五”期間就被列為國。對于鋁合金的焊接方法眾多，但對于厚板的焊接，MIG焊獨具優(yōu)勢：設(shè)。量輸入的不同，選擇三組工藝參數(shù)對300×150×6mm的母材進行MIG焊，對焊接接頭。采用拉伸、彎曲、沖擊、硬度、微型剪切等常規(guī)力學性能試驗和金相組織分析。和反彎都達到180°。拉伸試驗時，斷裂位置均在軟化區(qū)附近，斷口灰暗無光澤，有。明顯的頸縮現(xiàn)象，為韌性斷裂。焊縫沖擊功最低，熱影響區(qū)其次。微剪試驗的壓入率。隨著焊縫到母材的靠近，逐漸減小。焊縫的金相組織主要是α+β。主，且晶粒粗大，氣孔比其它區(qū)域多，并且很大。試驗結(jié)果表明，對于5052鋁合金

　　

【正文】 西南交通大學本科 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。 5052 鋁板用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液體或氣體介質(zhì)中工作的 低載荷零件，如郵箱，汽油或潤滑油導管，各種液體容器和其他用深拉制作的小負荷零件：線材用來做鉚釘。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]。 其主要化學成分 及力學性能 如表 21 所示。 表 21 5052 鋁合金化學成分及力學性能 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，其化學成分如表 22 所示。焊絲形貌及規(guī)格如圖 21 所示。 表 22 ER5356 焊絲化學成分（ %） Mg Cr Fe+Si Cu Zn Mg Ti Al 5 余量 a ） b） 西南交通大學本科 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。 試驗所用材料 5052 鋁合金的尺寸大小為 300mm150mm6mm。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，焊接所用的保護氣體是 Ar 氣。 圖 22 V 型坡口示意圖 焊前準備 對于鋁合金 MIG 焊，焊前準備是否充分是關(guān)乎接頭性能的一個重要環(huán)節(jié)，焊前準備如下： （ 1）焊前清理 母材及焊絲表面的氧化膜 (主要成分 Al2O3)，熔點高、非常穩(wěn)定、能吸潮、不易去除， 妨礙焊接過程的進行，在焊接接頭內(nèi)易生成氣孔、夾雜、未熔合、未焊透等缺陷，須在焊接前進行嚴格的表面清理 [1]。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。清洗過的試件不宜長時間放置，一般不超過 1 個小時。另外，在焊接前也要對焊槍進行清理，防止焊接時燒損焊槍 [16]。 （ 2） 墊板 鋁及鋁合金在高溫時強度很低，液態(tài)鋁的流動性能好，在焊接時焊縫金屬容易產(chǎn)生下塌現(xiàn)象。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。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板 表面開一個圓弧形槽，以保證焊縫反面成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操作熟練或采取對電弧施焊能量嚴格自動反饋控制等先進工藝措施 [6~9]。 操作方法： 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16 頁 a )電源、氣瓶、送絲機、焊槍等連接方式應符合規(guī)定要求。 b）在工作平臺上擺好工件，并用夾具夾緊。 c)調(diào)整焊接規(guī)范參數(shù)。 d) )按下焊槍上的控制開關(guān)，焊機自動提前送氣，延時接通電源，保將高電壓、慢送絲，當焊絲碰撞工件短路后自然引燃電弧。 e） )焊接結(jié)束前必須重視收弧。若收弧不當容易產(chǎn)生弧坑并出現(xiàn)裂紋，氣孔等缺陷 [19]。 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 。具有操作簡 單，功能強大，全數(shù)字化等優(yōu)點。送絲機構(gòu)采用自動送絲，且負責調(diào)解電流、電壓 。為了防止焊接過程中的變形，焊接時 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 17 頁 用 c 中的夾具夾緊鋁合金板。焊接速度由小車自動控制。 焊接速度的測定 焊接小車的給進速度由電機控制，可調(diào)控電機的電壓值來控制焊接速度。測得的數(shù)值如表 23 所示 。 表 23 焊接速度與電壓 電壓（ V） 25 28 30 32 35 40 小車位移（ cm） 30 30 30 40 30 30 時間（ s） 焊接 速度（ cm/min） 圖 24 電機電壓與焊接速度的線性關(guān)系圖 試驗方案 設(shè)計 熔化極氬弧焊已經(jīng)廣泛應用在各種金屬結(jié)構(gòu)中，主要是用于焊接鋁合金、不銹鋼和一些低合金鋼和一些低合金鋼等。為了獲得良好的焊接質(zhì)量和較高生產(chǎn)率，應對以下幾方面加以考慮： （ 1） 良好的氣體保護效果； 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 18 頁 （ 2） 良好的生產(chǎn)準備； （ 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)。 焊接鋁及其合金，通常是采用直流反極性。焊接 6mm 的 5052鋁合金板時采用 純氦保護。熔化極氬弧（ MIG） 焊焊接鋁及其合金可采用短路過渡 、 射流過渡 、 脈沖過渡和大電流 MIG 焊。 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。） 鈍邊（ mm） 焊接電壓 （ A） 焊 接 電流 （ A） 送絲速度（ m/min） 焊接速度（ m/min） 干伸長量（ cm） 氣體流量（ L/min） 0~1 60 0 2126V 180230 2024 本次試驗采用三組不同的線能量輸入，對分別編號為 1板， 2板， 3板的 5052鋁合金進行 MIG 焊。 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 進行對比。 線能量的計算公式為： Q=IU/V 式中： I— 焊接電流 A U— 電弧電壓 V V— 焊接速度 cm/s Q— 線能量 J/cm 表 25 三組板的線能量 U（ V） I（ A） Q（ J／ cm） 1板 225 10445 2板 220 9486 3板 200 8660 焊接過程中電流電壓是變化的，上表線能量以最大值計算 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 19 頁 焊接完成后根據(jù)國家標準或?qū)嶋H情況制取試樣，完成 拉伸、彎 曲、硬度、金相、微型剪切、沖擊等一系列試驗，對其進行數(shù)據(jù)分析。 每一塊板的取樣位置如圖 25 所示。 圖 25 取樣位置圖 4 試樣的尺寸為 300mm 10mm 6mm,5～ 12 尺寸為 55mm 10mm 6mm，其中 1 和 3 拿來做彎曲試驗， 2 和 4 做拉 伸試驗， 5～ 12 里拿 6 個做沖擊試驗，剩下兩個分別做金相和微剪試驗。 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。采用 80 號到 1500 號砂紙依次手動磨光，在 P2 型拋光機上進行拋光，拋光劑為懸浮狀態(tài)的 Al2O3 溶液。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。過程是先對 25%的 HNO3 水溶液加熱到 70℃ 并保持此溫度，再把試樣放入 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 20 頁 25%的 HNO3 水溶液中，大約 10 分鐘后取出試樣水洗風干，采用光學顯微鏡對試樣的焊 接接頭的顯微組織形態(tài)進行觀察。 圖 26 光學顯微鏡 圖 27 腐蝕試樣工具 硬度試驗 硬度是金屬材料力學性能的重要指標之一。對于金屬材料的硬度國內(nèi)外還沒有一個統(tǒng)一而明確的定義。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。硬度試驗方法的特點是經(jīng)檢測后的制件不被破壞，留在試樣表面上的痕跡很小，在大多數(shù)情況下對試樣使用無影響，可看成是無損檢驗。由于強度與 硬度之間的有一定的對應關(guān)系，就使硬度檢測具有更廣泛的實際意義。用硬度的變化可以粗略判斷性能的變化。一般情況，硬度高的區(qū)域，其強度也高，但韌性、塑性下降。因此測定焊接接頭各區(qū)域的硬度分布可以間接估計其強度、塑性及韌性。硬度的變化反映了顯微組織的變化。顯微硬度的檢測方法有很多種，最常用的主要是布氏硬度（ HB）、洛氏硬度（ HRC）、維氏硬度（ HV）。本文使用顯微維氏硬度檢測法。維氏硬度檢測法是用面角為 136176。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。并據(jù)此計算壓痕凹印面積，維氏硬度是檢測力除以壓痕表面積所得的商 [26]。 按照 GB/T43421991《金屬顯微維氏硬度標準》，在 HV10 顯微硬度計上，對 5052鋁合金 MIG 焊焊接接頭進行顯微硬度試驗，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。為了更明確硬度的變化，在截面上取兩排讀數(shù)。 如圖 28 所示 。 圖 28 硬度打點示意圖 圖 29 HV10 顯微硬度計 拉伸試驗 對 5052 鋁合金 MIG 焊的焊接接頭進行室溫拉伸試驗。 拉伸試樣應從焊接接頭垂直于焊縫軸線方向截取，試樣加工完后，焊縫位置應該在中線。由于材料和試驗儀器的原因取樣未按國家標準取樣 。 西南交通大學本科 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 焊焊接接頭進行彎曲試驗。試驗在 WE30 液壓式萬能材料試驗機上進行。試驗分為正彎與背彎。試驗溫度室溫。 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 。 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 23 頁 212 WE30 液壓式萬能材料試驗機 彎曲 試樣尺寸為（ mm）： 300 10 6 彎曲試樣如圖 213 所示 圖 213 彎曲試樣示意圖 沖擊試驗 對 5052鋁合金 MIG焊焊接接頭進行沖擊試驗 ，沖擊試樣截取 6mm 10mm 55mm、開 V 型缺口。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。 a ） 焊縫中心 缺口 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 24 頁 b ） 熱影響區(qū) 缺口 214 沖擊 缺口位置圖 215 沖擊試驗機 微