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鋁及鋁合金焊接工藝研究畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-在線瀏覽

2024-10-29 19:14本頁(yè)面
  

【正文】 ...................................................... 33 ........................................................................... 33 結(jié) 論 ..................................................................................................... 34 謝 辭 ..................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 36 附 錄 ..................................................................................................... 38 外文資料翻譯 ........................................................................................ 39 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 前 言 人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展歷程 ,是以材料為主要標(biāo)志的。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力 ,決定著社會(huì)的形態(tài)和人類(lèi)生活的質(zhì)量?,F(xiàn)在考古發(fā)掘證明我國(guó)在八千多年前已經(jīng)制成實(shí)用的陶器 ,在六千多年前已經(jīng)冶煉出黃銅 ,在四千多年前已有簡(jiǎn)單的青銅工具 ,在三千多年前已用隕鐵 制造兵器。 18 世紀(jì) ,鋼鐵工業(yè)的發(fā)展 ,成為產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí), 銅、鉛、鋅也大量得到應(yīng)用 ,鋁、鎂、鈦等金屬相繼問(wèn)世并得到應(yīng)用 ,相繼越來(lái)越多鋁及鋁合金制品 開(kāi)始 出現(xiàn)在我們的生活中。隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需 求日益增多,使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。 而怎樣使鋁及鋁合金材料運(yùn)用在我們生活中,這就是我們研究的意義和目的 。因此提高鋁合金焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量,減少焊接缺陷存在 的高效焊接方法已成為實(shí)際生產(chǎn)的迫切要求。 隨著這些相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,鋁合金材料的發(fā)展也已經(jīng)形成一個(gè)良性的產(chǎn)業(yè)鏈,輕量化等優(yōu)點(diǎn)也將讓鋁合金材料越來(lái)越多的進(jìn)入更多的行業(yè)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 來(lái)替代以前的材料,其發(fā)展在這些行業(yè)中倍受青睞,相信鋁合金材料在未來(lái)的發(fā)展中會(huì)有更大更好的發(fā)展。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳,次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。隨著全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及鋁型材用途不斷擴(kuò)展,全球鋁型材的消耗量由 2020 年約 869 萬(wàn)噸增長(zhǎng)至 2020 年約 1550 萬(wàn)噸,年復(fù)合增長(zhǎng)率約為 %。 2020 年 6 月我國(guó)共出口鋁合金錠 41,102 噸,同比 2020 年減少 %,環(huán)比 5 月份減少 %, 同比環(huán)比均出現(xiàn)較為明顯的下滑。預(yù)計(jì)在 2020 年我國(guó)新能源汽車(chē)?yán)塾?jì)產(chǎn)銷(xiāo)量將超過(guò) 50 萬(wàn)輛,乘用車(chē)需求超過(guò) 1200 萬(wàn)輛,屆時(shí),對(duì)鋁合金板材的需求量將達(dá)到 17 萬(wàn)噸每年。鋁合金材料是我國(guó)鑄造產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的新型材料,同時(shí),它也將會(huì)被廣泛的運(yùn)用到其他行業(yè),尤其是汽車(chē)、航空行業(yè),另外,在近幾年來(lái), 鋁代銅 現(xiàn)象的出現(xiàn),也讓新型鋁合金材料成為電纜行業(yè)的新寵,隨著這些相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,鋁合金材料的發(fā)展也已經(jīng)形成一個(gè)良性的產(chǎn)業(yè) 鏈,輕量化等優(yōu)點(diǎn)也將讓鋁合金材料越來(lái)越多的進(jìn)入更多的行業(yè)來(lái)替代以前的材料,其發(fā)展在這些行業(yè)中倍受青睞,相信鋁合金材料在未來(lái)的發(fā)展中會(huì)有更大更好的發(fā)展。鋁合金作為高性能輕型合金材料,將是新材料 十二五 規(guī)劃中重點(diǎn)發(fā)展的新材料之一,并配套專(zhuān)項(xiàng)工程予以支持,電網(wǎng)投資為鋁消費(fèi)提供新亮點(diǎn)。預(yù)計(jì) 十二五 期間我國(guó)將投資超過(guò) 5000 億元。此外,我國(guó)目前的城市化率僅為 46%,城市化的發(fā)展將有效增加對(duì)鋁的需求。鋁合金車(chē)輪是鋁合金在汽車(chē)上第二個(gè)應(yīng)用廣泛的領(lǐng)域。 行業(yè)報(bào)告 《中國(guó)新材料產(chǎn)業(yè) “ 十二五 ” 發(fā)展規(guī)劃》中指出,把鋁合金將作為我國(guó)未來(lái)五年內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展的新型材料,我國(guó)鋁合金板材料在未來(lái)五年的發(fā)展中的需求量將持續(xù)上漲。在未來(lái)五年,我國(guó)將迎來(lái)鋁合金板材發(fā)展的黃金時(shí)期。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5 第 二 章 鋁及鋁合金的性能分析其特點(diǎn)及焊接性 鋁及鋁合金的分類(lèi)分類(lèi)成分和性能 鋁合金的分類(lèi) 鋁合金可分為變形鋁合金(雙分為非熱處理強(qiáng)化鋁合金、熱處理強(qiáng)化鋁合金兩類(lèi))鑄造鋁合金。鋁合金分類(lèi)示意見(jiàn)圖 11。四位字符牌號(hào)的第一位、第三位、第四位為阿拉伯?dāng)?shù)字,第二位為英文大寫(xiě)字母。 樣,我國(guó)變形鋁合金的牌 號(hào)表示法與國(guó)際上的通用方法基本一致。 Al- Mn 合金和 Al- Mg合金屬于防銹鋁合金,不能熱處理強(qiáng)化,但強(qiáng)度比純鋁高,并且具有優(yōu)異的抗腐蝕性和良好的焊接性,是目前焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鋁合金、超硬鋁、鍛鋁等 。 Cu 是硬鋁的主要成分,為了得到高的強(qiáng)度, Cu 含量一般應(yīng)控制在 %~ %。在硬鋁合金中,銅、硅、鎂等元素能形成溶解于鋁的化合物,從而促使硬鋁合金在熱處理時(shí)強(qiáng)化 。但硬鋁的耐蝕性能差,為了提高合金的耐蝕性,常在硬鋁板表面覆蓋一層工業(yè)純鋁保護(hù)層 。超硬鋁的塑性和焊接性差,接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材。 鍛鋁 具有良好的熱塑性,而且銅含量越少熱塑性越好,適于作鍛件用。 鋁合金的新舊牌 號(hào)對(duì)照見(jiàn)表 。 cm1 比 熱 容 ( 100 ℃ ) /J K1 熱 導(dǎo) 率 ( 25 ℃ ) /W K1 線 脹 系 數(shù) ( 20~100 ℃ ) /106K1 電 阻 率 ( 20 ℃ ) /106Ω鋁合金被廣泛應(yīng)用航空航天、建筑、汽車(chē)、機(jī)械制造、電工、化學(xué)工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。 鋁合金的焊接性 鋁及鋁合金焊接時(shí)具有以下特性 : ( 1) 鋁的強(qiáng)氧化能力 鋁和氧的化學(xué)結(jié)合力很強(qiáng),常溫下表面就能被氧化而生成一層厚度為 ~ 的 Al2O3 薄膜, Al2O3 的熔點(diǎn)高達(dá) 2050℃ ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋁及鋁合金的熔點(diǎn) (660℃ ),而且體積質(zhì)量大,約為鋁的 倍。 ( 2) 較大的 熱導(dǎo)率 和比熱容 鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容約比鋼大 1 倍,焊接過(guò)程中大量熱量被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部,因此消耗更多的熱量。因此,焊接時(shí)具有一定的熱裂傾向。因此,焊接鋁及鋁合金時(shí)在焊縫中不會(huì)產(chǎn)生 N 氣孔和 CO 氣孔,只可能產(chǎn)生氫氣孔。同時(shí),鋁和鋁合金的的密度小,氣泡在 熔池 中的上升速度較慢,加上鋁的導(dǎo)熱性強(qiáng),熔池冷凝快,因此, 上升的氣泡 往往來(lái)不及退出而留在焊縫中成為氣孔。 工業(yè)純鋁 及非熱處理強(qiáng)化鋁合金的強(qiáng)度約為母材金屬的 75%~100%。 ( 6) 焊穿 鋁及鋁合金從 固態(tài)轉(zhuǎn)變 為液態(tài)時(shí),無(wú)明顯的顏色變化, 所以不易判斷母材金屬溫度,施焊時(shí)常會(huì)因溫度過(guò)高無(wú)法察覺(jué)而導(dǎo)至燒穿。 鋁合金的焊接方法 種類(lèi) 鋁合金的焊接方法很多,各種方法有其不同的應(yīng)用場(chǎng)合。 針對(duì)鋁合金焊接的難點(diǎn),近些年來(lái)提出了幾種新工藝 (等離子弧焊、電子束焊、真空擴(kuò)散焊、攪拌摩擦焊 、激光焊 等) ,在交通、航天、航空等行業(yè)得到了一定應(yīng)用,幾種新工藝可以很好地解決鋁合金焊接的難點(diǎn),焊后接頭性能良好,并可以對(duì)以前焊接性不好或不可焊的鋁合金進(jìn)行焊接 。應(yīng)根據(jù)鋁及鋁合 金的牌號(hào)、焊件厚度、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及對(duì)焊接性的要求等選擇 。鎢極氬弧焊用于鋁合金是一種較完善的焊接方法,但鎢極氬弧焊設(shè)備較復(fù)雜,不宜在室外露天條件下操作。我們目前的鋁合金焊接多采用自動(dòng)和半自動(dòng)熔化極氬弧焊??梢院附雍穸仍?50 ㎜以下的純鋁及鋁合金板。半自動(dòng)熔化極氬弧焊適用于定位焊縫、斷續(xù)的短焊縫及結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則的焊件,用半自動(dòng)氬弧焊焊炬可方便靈活地進(jìn)行焊接,但半自動(dòng)焊的焊絲直徑較細(xì),焊縫的氣孔敏感性較大。焊件變形小、熱影響區(qū)小,特別適用于薄板、全位置焊接等場(chǎng)合以及對(duì)熱敏感性強(qiáng)的鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等的焊接。 、縫焊 可用來(lái)焊接厚度在 4 ㎜以下的鋁合金薄板。焊接時(shí)需要用較復(fù)雜的設(shè)備,焊接電流大、生產(chǎn)率較高,特別適用于大批量生產(chǎn)的零、部件。 其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭 插入工件待焊部位,通過(guò)攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)與工件間的攪拌摩擦,摩擦產(chǎn)生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài),并在攪 拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動(dòng),從而使焊件壓焊在一起 。目前攪拌摩擦焊在鋁合金的焊接方面研究應(yīng)用較多。國(guó)外已經(jīng)。 馬丁航空航天公司用該項(xiàng)技術(shù)焊接了鋁合金儲(chǔ)存液氧的低溫容器火箭結(jié)構(gòu)件。 但是由于這種工藝還不成熟 ,焊接時(shí)存在著一些問(wèn)題:鋁合金對(duì)激光能的吸收很低;合金元素?zé)龘p嚴(yán)重;易產(chǎn)生氣孔;熱裂紋敏 感性大 [6]。 Huntington 和 Eager 發(fā)現(xiàn)激光功率達(dá)到一定值時(shí),鋁合金對(duì)激光的吸收率會(huì)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 明顯增大, Huntington 和 Eagar 采用測(cè)熱法,研究了 CO2 激光焊接純鋁和 5456 鋁合金時(shí),對(duì)激光的吸收情況,發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極氧化和噴砂處理可以明顯提高鋁對(duì)激光能量的 吸收 [7]。鋁及鋁合金焊絲分為同質(zhì)焊絲和異質(zhì)焊絲兩大類(lèi)。 如表 。純鋁氣焊、氬弧焊用 ER1100 S 311 Si5 Al Rem. 抗裂性好,通用性大。不宜用高鎂合金 ER4043 S 321 Al Rem. 良好的耐蝕性、可焊性及塑性。鋁合金氬弧焊用 ER5356 5183 Mg5 Al Rem. 耐蝕、強(qiáng)度高,通用性大。鋁合金焊接用,不宜焊接鋁鎂合金 E4043 Al 309 TAMn 鋁錳,強(qiáng)度高,耐蝕。 表 鋁及鋁合金焊條的型號(hào)(牌號(hào))、規(guī)格 與用途 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 型號(hào) 牌號(hào) 藥皮類(lèi)型 焊芯材質(zhì) 焊條規(guī)格 /㎜ 用途 E1100 L109 鹽基型 純鋁 3.2, 345~355 焊接純鋁板、純鋁容器 E4043 L209 鹽基型 鋁硅合金 3.2, 345~355 焊接鋁板、鋁硅鑄件、一般鋁合金、鍛鋁、硬鋁(鋁鎂合金除外) E3003 L309 鹽基型 鋁錳合金 3.2, 345~355 焊接鋁錳合金、純鋁及其他鋁合金 焊絲的選擇應(yīng)注意的問(wèn)題 選用鋁合金焊絲應(yīng)注意的問(wèn)題如下。選用熔化溫度低于母材的焊縫金屬,可以減小焊縫金屬和熱影響區(qū)的裂紋敏感性。此外,焊縫金屬避免鎂與銅的組合,因?yàn)?Al- Mg- Cu 有很高的裂紋敏感性。鋁硅焊絲雖然有較高的抗裂性能,但含硅焊絲的塑性較差, 所以對(duì)焊后需要塑性變形加工的接頭來(lái)說(shuō),應(yīng)避免選用含硅焊絲。例如,為了使容器具有良好的抗腐蝕能力或防止所儲(chǔ)存產(chǎn)品對(duì)其的污染,儲(chǔ)存過(guò)氧化氫的焊接容器要求高純度的鋁合金。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 15 鋁合金的鎢極氬弧焊( TIG) 也稱(chēng)為鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊,是利用鎢極與工件之間形成電弧產(chǎn)生的大量熱量熔化待焊處,外加填充焊絲獲 得牢固的焊接接頭。鎢極及縫區(qū)域由噴嘴中噴出的惰性氣體屏蔽保護(hù),防止焊縫區(qū)和周?chē)諝獾姆磻?yīng)。 ( 2) 鎢極電弧穩(wěn)定,即使在很小的焊接電流 (10A)下仍可穩(wěn)定地燃燒,特別適合于薄板、超薄板材料的焊接。 ( 4) 由于填充焊絲熔滴不通過(guò)電弧,故不會(huì)產(chǎn)生飛濺,焊縫成形美觀。 ( 2) 鎢 極承載電流的能力較差,過(guò)大的電流會(huì)引起鎢極熔化和蒸發(fā),其微粒有 能進(jìn)入熔池,造成污染 (夾鎢 )。 TIG 焊工藝最適于焊接厚度小于 3 ㎜的薄板,工件變形明顯小于氣焊和手弧焊。接頭形式可以不受限制,焊縫成形良好、表面光亮。由于不用熔劑,焊前清理的要求比其他焊接方法嚴(yán)格 。通常,用交流焊接鋁合金時(shí)可在載流能力、電弧可控性以及電弧清理作用等方面實(shí)現(xiàn)最佳配合,故大多數(shù)鋁合金的 TIG 焊都采用交流電源。即使是厚截面也不需預(yù)熱,且母材幾乎不發(fā)生變形。 手工鎢極氬弧焊焊接鋁及鋁合金 鎢極電弧焊有自動(dòng)和手動(dòng)之分,主要區(qū)別是“操作者”的不同。在 使用自動(dòng)方法焊接 復(fù)雜形狀處需使用手操作焊接。 1. 焊前準(zhǔn)備。 焊前清理是保證鋁及鋁合 金焊接質(zhì)量的重要工藝措施。化 學(xué)清洗用 10%左右氫氧化鈉水溶液,使氫氧 化鈉與氧化鋁作用生成易溶的氫氧化鋁 Al ( OH) 3。 ( 2) 預(yù)熱 。薄、小鋁 件一般可不預(yù)熱;厚度超過(guò) 5~ 8mm 的鋁件 可預(yù)熱 100~ 300℃ 。 ( 1) 引弧。鎢極 不與焊件接觸,可使鎢極端頭保持完整,引 弧處不會(huì)產(chǎn)生夾鎢缺陷。應(yīng)采取衰 減電流的方法,即電流自動(dòng)由大到小地逐漸 下降,以填滿(mǎn)弧坑,勿突然拉斷電弧。 ( 3) 選擇工藝參數(shù)。 。 ( 2) 焊絲的送進(jìn)。填充焊絲不能離開(kāi)氬 氣保護(hù)區(qū),以免灼熱的焊絲端頭被氧化,降 低焊縫質(zhì)量。在重疊處要少添加焊絲, 避免接頭過(guò)高。常用的焊后清理方法如下: 1)在 60℃ ~~80℃的熱水
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