【導(dǎo)讀】要求也越來(lái)越高。本設(shè)計(jì)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(jì)的開(kāi)展有利于學(xué)生深入掌握焊接工藝知識(shí)，掌握焊接接頭性能試驗(yàn)測(cè)試分。藝等設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)目的；④外文資料的閱讀及翻譯；⑤撰寫(xiě)畢業(yè)論文。鋁合金焊接工藝、材料和接頭強(qiáng)度研究在“八五”期間就被列為國(guó)。對(duì)于鋁合金的焊接方法眾多，但對(duì)于厚板的焊接，MIG焊獨(dú)具優(yōu)勢(shì)：設(shè)。量輸入的不同，選擇三組工藝參數(shù)對(duì)300×150×6mm的母材進(jìn)行MIG焊，對(duì)焊接接頭。采用拉伸、彎曲、沖擊、硬度、微型剪切等常規(guī)力學(xué)性能試驗(yàn)和金相組織分析。和反彎都達(dá)到180°。拉伸試驗(yàn)時(shí)，斷裂位置均在軟化區(qū)附近，斷口灰暗無(wú)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(yàn)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(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于5052鋁合金

　　

【正文】 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 14 頁(yè) 第 2 章 試驗(yàn)材料及方法 試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)采用厚度為 6mm 的防銹鋁合金 5052， 5052 為 ALMn 系合金 ，具有強(qiáng)度高，特別是抗疲勞強(qiáng)度， 塑性與耐腐蝕性高 ，焊接性能良好等特點(diǎn)。 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(rùn)滑油導(dǎo)管，各種液體容器和其他用深拉制作的小負(fù)荷零件：線材用來(lái)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(xué)成分 及力學(xué)性能 如表 21 所示。 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(qiáng)度Rm /MPa 斷后伸長(zhǎng)率 A (% ) ≤ ≤ ≤ ≤ .8 5 ≤ 余量 240 10 本次試驗(yàn)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。焊絲形貌及規(guī)格如圖 21 所示。 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(jì) (論文 ) 第 15 頁(yè) 圖 21 ER5356 焊絲 MIG 焊工藝試驗(yàn) 綜合鋁合金的各種焊接方法，本次試驗(yàn)選用 MIG 焊。 試驗(yàn)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(yàn)采用單道焊接，接頭形式都為對(duì)接接頭，焊接所用的保護(hù)氣體是 Ar 氣。 圖 22 V 型坡口示意圖 焊前準(zhǔn)備 對(duì)于鋁合金 MIG 焊，焊前準(zhǔn)備是否充分是關(guān)乎接頭性能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，焊前準(zhǔn)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(diǎn)高、非常穩(wěn)定、能吸潮、不易去除， 妨礙焊接過(guò)程的進(jìn)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(jìn)行嚴(yán)格的表面清理 [1]。首先用角磨機(jī)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(guò)的試件不宜長(zhǎng)時(shí)間放置，一般不超過(guò) 1 個(gè)小時(shí)。另外，在焊接前也要對(duì)焊槍進(jìn)行清理，防止焊接時(shí)燒損焊槍 [16]。 （ 2） 墊板 鋁及鋁合金在高溫時(shí)強(qiáng)度很低，液態(tài)鋁的流動(dòng)性能好，在焊接時(shí)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(shí)常采用墊板來(lái)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(kāi)一個(gè)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(duì)電弧施焊能量嚴(yán)格自動(dòng)反饋控制等先進(jìn)工藝措施 [6~9]。 操作方法： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁(yè) a )電源、氣瓶、送絲機(jī)、焊槍等連接方式應(yīng)符合規(guī)定要求。 b）在工作平臺(tái)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(kāi)關(guān)，焊機(jī)自動(dòng)提前送氣，延時(shí)接通電源，保將高電壓、慢送絲，當(dāng)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(dāng)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(yàn)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(jī)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(jiǎn) 單，功能強(qiáng)大，全數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。送絲機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)送絲，且負(fù)責(zé)調(diào)解電流、電壓 。為了防止焊接過(guò)程中的變形，焊接時(shí) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁(yè) 用 c 中的夾具夾緊鋁合金板。焊接速度由小車自動(dòng)控制。 焊接速度的測(cè)定 焊接小車的給進(jìn)速度由電機(jī)控制，可調(diào)控電機(jī)的電壓值來(lái)控制焊接速度。測(cè)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(shí)間（ s） 焊接 速度（ cm/min） 圖 24 電機(jī)電壓與焊接速度的線性關(guān)系圖 試驗(yàn)方案 設(shè)計(jì) 熔化極氬弧焊已經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)對(duì)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(jì) (論文 ) 第 18 頁(yè) （ 2） 良好的生產(chǎn)準(zhǔn)備； （ 3） 選擇合理的熔滴過(guò)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(shí)采用 純氦保護(hù)。熔化極氬?。?MIG） 焊焊接鋁及其合金可采用短路過(guò)渡 、 射流過(guò)渡 、 脈沖過(guò)渡和大電流 MIG 焊。 表 24 試件焊接工藝參數(shù) 焊絲直徑 （ mm） 對(duì)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(zhǎng)量（ cm） 氣體流量（ L/min） 0~1 60 0 2126V 180230 2024 本次試驗(yàn)采用三組不同的線能量輸入，對(duì)分別編號(hào)為 1板， 2板， 3板的 5052鋁合金進(jìn)行 MIG 焊。 再分別對(duì)其焊接接頭做一系列的工藝試驗(yàn)尋找其中的不同，并和同型號(hào)母材的 FSW 進(jìn)行對(duì)比。 線能量的計(jì)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(guò)程中電流電壓是變化的，上表線能量以最大值計(jì)算 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁(yè) 焊接完成后根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)，對(duì)其進(jìn)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(lái)做彎曲試驗(yàn)， 2 和 4 做拉 伸試驗(yàn)， 5～ 12 里拿 6 個(gè)做沖擊試驗(yàn)，剩下兩個(gè)分別做金相和微剪試驗(yàn)。 組織和性能 試驗(yàn)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(hào)到 1500 號(hào)砂紙依次手動(dòng)磨光，在 P2 型拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，拋光劑為懸浮狀態(tài)的 Al2O3 溶液。在顯微鏡下觀察無(wú)劃痕時(shí)再腐蝕試樣，腐蝕溶液為 25%的 HNO3水溶液。過(guò)程是先對(duì) 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(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁(yè) 25%的 HNO3 水溶液中，大約 10 分鐘后取出試樣水洗風(fēng)干，采用光學(xué)顯微鏡對(duì)試樣的焊 接接頭的顯微組織形態(tài)進(jìn)行觀察。 圖 26 光學(xué)顯微鏡 圖 27 腐蝕試樣工具 硬度試驗(yàn) 硬度是金屬材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。對(duì)于金屬材料的硬度國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一而明確的定義。一般來(lái)說(shuō)“硬度”是指固體材料受到其它物體力的作用，在其受外力時(shí)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(yàn)方法的特點(diǎn)是經(jīng)檢測(cè)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(duì)試樣使用無(wú)影響，可看成是無(wú)損檢驗(yàn)。由于強(qiáng)度與 硬度之間的有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就使硬度檢測(cè)具有更廣泛的實(shí)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(qiáng)度也高，但韌性、塑性下降。因此測(cè)定焊接接頭各區(qū)域的硬度分布可以間接估計(jì)其強(qiáng)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(cè)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(cè)法。維氏硬度檢測(cè)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(cè)力作用下壓入試樣的表面，保持規(guī)定時(shí)間后，卸除檢測(cè)力，測(cè)量試樣表面壓痕 對(duì)角線長(zhǎng)度。并據(jù)此計(jì)算壓痕凹印面積，維氏硬度是檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)》，在 HV10 顯微硬度計(jì)上，對(duì) 5052鋁合金 MIG 焊焊接接頭進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)，載荷為 5kg，加載時(shí)間為 15s，母材焊點(diǎn) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁(yè) 間距為 2mm，焊縫及熱影響區(qū)焊點(diǎn)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(diǎn)示意圖 圖 29 HV10 顯微硬度計(jì) 拉伸試驗(yàn) 對(duì) 5052 鋁合金 MIG 焊的焊接接頭進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。 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。由于材料和試驗(yàn)儀器的原因取樣未按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取樣 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 22 頁(yè) 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(yàn) 對(duì) 5052 鋁合金 MIG 焊焊接接頭進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)在 WE30 液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)分為正彎與背彎。試驗(yàn)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(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23 頁(yè) 212 WE30 液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 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(yàn) 對(duì) 5052鋁合金 MIG焊焊接接頭進(jìn)行沖擊試驗(yàn) ，沖擊試樣截取 6mm 10mm 55mm、開(kāi) V 型缺口。缺口分別開(kāi)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(yàn)溫度為室溫。 a ） 焊縫中心 缺口 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24 頁(yè) b ） 熱影響區(qū) 缺口 214 沖擊 缺口位置圖 215 沖擊試驗(yàn)機(jī) 微