铝及铝合金焊接工艺研究-毕业论文

威海职业学院毕业论文毕业论文题目：铝及铝合金焊接工艺的研究系部船舶工程系专业焊接技术及自动化班级09级焊接1班学生姓名孟祥理学号20091403023指导教师殷园淋2011年10月19日1摘要铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。关键词：铝及铝合金手工氩弧焊焊接特点2AbstractAluminumandaluminumalloyisthemostwidelyusedinindustryofaclassofnon-ferrousmetalstructurematerial,inaviation,aerospace,automotive,machinerymanufacturing,shippingandthechemicalindustryhasalargeapplication.Recentyears,withscienceandtechnologyandindustrialeconomicdevelopment,tothealuminumalloyweldingstructureoftheincreasingdemand,thealuminumalloyweldingsexresearchwillbefurther.Thewideapplicationofaluminumalloyaluminumalloyweldingtechnologypromotedthedevelopment,andweldingtechnologydevelopmentandexpandtheapplicationfieldofaluminumalloy,aluminumalloyweldingtechnologyisthereforebecomeoneofthehotspotintheresearch.Keywords:AluminumandAluminumalloy、HandmadeArgonArcWelding、Weldingcharacteristics3目录摘要…………………………………………………………………………………1英文摘要……………………………………………………………………………2第一章绪论……………………………………………………………………4第二章从应用的角度掌握有色金属的分类………………………………….52-1什么是金属盒非金属，什么是黑色金属和有色金属，什么事合金……………………………………………………………………………………52-2有色金属的分类…………………………………………………………5第三章铝及铝合金的性能分析其特点及焊接性………………………………63-1铝合金的分类、成分和性能……………………………………………63-2铝合金的焊接性特点……………………………………………………10第四章铝及铝合金的焊接工艺方法……………………………………………124-1铝合金的焊接方法………………………………………………………124-2铝用焊接材料……………………………………………………………144-3铝及铝合金的焊接工艺方法……………………………………………17第五章铝及铝合金的焊接实例…………………………………………………305-1铝合金汽车油箱的焊接实例……………………………………………305-2海外铝合金机器人的焊接实例…………………………………………32第六章总结………………………………………………………………………34参考文献……………………………………………………………………………35致谢…………………………………………………………………………………364第一章绪论有色金属non-ferrousmetal，狭义的有色金属又称为非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。随着科学技术的发展，有色金属的应用日趋广泛。虽然有色金属只占金属总量的5%左右，但有色金属在工程应用中的重要作用确实钢铁或其他材料无法代替的。有色金属具有特殊的性能，比常规钢铁材料的焊接更复杂，这给焊接工作带来很大的困难。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。5第二章从应用的角度掌握有色金属的分类2-1、什么是金属盒非金属，什么是黑色金属和有色金属，什么事合金？目前，已知的的化学元素有118种，其中自然界只存在92种，科学家成功研制出并已经得到承认和命名的元素有18种，有8种元素没有得到承认和命名。人们通常把这些元素分成金属和非金属两大类。从物理性能上来看，具有导电性、导热性、可塑性以及特殊光泽的元素叫金属，反之是非金属。常见的金属有铁、铝、铜、镁、锌等。在非金属中，常温下呈气态的有氢、氧、氩等；常温下呈液态的有溴；常温下呈固态的有碳、硼等。金属又可分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属通常是指铁、铬、锰和铁基合金，其他的金属合金称为有色金属。合金是有两种或两种以上的金属元素与非金属元素所组合成的具有合金性质的物质。如3A21就是由铝和锰组成的以铝为基的合金。2-2、有色金属的分类有色金属按其性质、用途、产量及其在地壳中的储量状况一般分为有色轻金属、有色重金属、贵金属、稀有金属和半金属五大类。在稀有金属中，根据其物理化学性质、原料的共生关系、生产工艺流程等特点，又分稀有轻金属、稀有重金属、稀有难熔金属、稀散金属、稀土金属、稀有放射性金属。6第三章铝及铝合金性能的分析其特点及焊接性3-1、铝合金的分类、成分和性能（1）铝合金的分类铝合金可分为变形铝合金（双分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。铝合金分类示意见图1-1。铝合金的分类及性能特点见表1-1。按GB/T3190—1996和GB/T16474—1966的规定，铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号。四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母。2×××为Al－Cu系，3×××为Al－Mn系，4×××为Al－Si系，5×××为Al－Mg系，6×××为Al－Mg－Si系，7×××为Al－Zn系，8×××为Al－其他元素，9×××为Al－备用系。这样，我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一致。7表1.1铝合金的分类及性能特点分类合金名称合金系性能特点示例变形铝合金非热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低3A21Al-Mg5A05热处理强化铝合金硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11,2A12超硬铝Al-Cu-Mg-Zn硬度强度最高7A04,7A09锻铝Al-Mg-Si-Cu锻造性能好耐热性能好2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80铸造铝合金简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低ZL102特殊铝硅合金Al-Si-Mg铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL301铝锌铸造合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸ZL401铝稀土铸造合金Al-Re耐热性能好—非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原先代号为LF××。Al－Mn合金和Al－Mg合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并且具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接8结构中应用最广的铝合金、超硬铝、锻铝等。硬铝硬铝的牌号是按铜的增加顺序编排的。Cu是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，Cu含量一般应控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不利的影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、硅、镁等元素能形成溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。退火状态下硬铝的抗拉强度为160～220MPa，经过淬火及时效后抗拉强度增加至312～460MPa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。超硬铝合金中锌、镁、铜的平均总含量可达9.7%～13.5%，在当前航空航天工业中仍是强度最高和应用最多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中锌含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。锻铝具有良好的热塑性，而且铜含量越少热塑性越好，适于作锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。铝合金的新旧牌号对照见表1.2。类别新牌号旧牌号类别新牌号旧牌号9防锈铝合金—5A025A035A055A065B05508350563A213003LF1LF2LF3LF5LF6LF10LF4LF5-1LF21—锻铝合金6A022A502B502A702A802A902A1460616063LD2LD5LD6LD7LD8LD9LD10LD30LD31硬铝合金2A012A02—2A042A062B112B122A102A112A122A132A162A17LY1LY2LY3LY4LY6LY8LY9LY10LY11LY12LY13LY16LY17超硬铝合金7A037A04—7A097A107003LC3LC4LC5LC9LC10LC12（2）铝合金的性能铝合金的物理性能见表1.3。合金密度/g·cm-1比热容（100℃）/J·kg-1·K-1热导率（25℃）/W·m-1·K-1线胀系数（20～100℃）/10-6K-1电阻率（20℃）/10-6Ω·m备注（原牌号）103A215A035A062A122A166A022A107A042.732.672.642.782.842.702.802.851009880921921880795836—180.0146.5117.2117.2138.2175.8159.1159.123.223.523.722.722.623.522.523.13.454.966.735.796.103.704.304.20防锈铝LF21防锈铝LF3防锈铝LF6硬铝LY12硬铝LY16锻铝LD2锻铝LD10超硬铝LC4防锈铜器（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性的焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱、汽油或润滑油导管、各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件等。铝合金被广泛应用航空航天、建筑、汽车、机械制造、电工、化学工业、商业等领域。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，它约占骨架质量的55%，而且大部分关键轴承部件，如涡轮发动机轴向压缩机叶片、机翼、骨架、外壳、尾翼等是由铝合金制造的。3-2铝合金的焊接性特点铝合金熔化焊时有如下困难和特点：（1）铝和氧的亲和力很大，因此在铝及铝合金表面总有一层难熔的氧化铝膜远远超过铝的熔点，这层氧化膜不溶于金属并且妨碍被熔融填充金属润湿。在焊接或钎焊过程中应将氧化膜清除或破坏掉。（2）熔焊时，铝合金的焊接性首先体现在抗裂性上。在铝中加入铜、锰、硅、镁、锌等合金元素可获得不同性能的合金，