铝及铝合金焊接工艺的研究

哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计

题 目：铝及铝合金焊接工艺研究 专业年级： 09焊接技术及自动化 学生姓名：金杰 学 号：0930150223 指导教师： 杨丽丽

哈尔滨理工大学荣成学院 完成时间： 2012年 6月 25日 哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）评语

学 院：荣成学院 专业：焊接技术及自动化 任务起止时间：2012年5月13日至2012年6月25日 毕业设计（论文）题目： 铝及铝合金焊接工艺研究 指导教师对毕业设计（论文）的评语：

指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语：

评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语：

答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日 哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名：金杰 学号：0930150223 学 院：荣成学院 专业：焊接技术及自动化 任务起止时间：2012年5月13日至2012年6月25日 毕业设计（论文）题目： 铝及铝合金焊接工艺研究 毕业设计工作内容： 铸钢是生产中常用的材料,但是由于其成分中含有杂质较多,铸造过程中冷却缓慢,使其组织粗大偏析比较严重给焊接带来困难.本文通过对ZG270-500及其焊接接头的常见缺陷进行分析，选用适当的焊接工艺参数进行焊接，并对焊后裂纹进行探伤及修补。 1、了解毕业设计的内容，查阅资料（5月13日—5月17日） 2、对铸钢的焊接性及焊接工艺进行分析，总结ZG270-500的焊接工艺及修补措施.撰写题纲（5月17日-5月19日） 3、撰写论文（5月20日-5月21日） 资料： 1.中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第一卷）焊接方法与设备【M】.北京：机械工业出版社，2001 2.美国焊接学会黄静文等[译].焊接手册(第二卷）焊接方法【M】.北京：机械工艺出版社（第七版）.1988 3.关桥.刘方君.董春林.高能束流焊接技术的应用与发展趋势【C】.第九次全国焊接会议论文集.1999 4.李亚江.王娟.有色金属焊接及应用.北京：化学工艺出版社.2006

指导教师意见： 签名： 年 月 日 系主任意见： 签名： 年 月 日 目 录 1 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1 铝合金的分类、成分和性能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2 铝合金的焊接性特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2 铝合金的焊接方法和材料选用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.1 铝合金的焊接方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.2 铝用焊接材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

3 铝合金焊接现场分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.1 焊前准备„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.2 铝合金焊接变形及控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.3 焊后处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.4 铝合金产品的焊缝质量检验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

4 铝合金焊接工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 4.1 铝合金的气焊„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 4.2 铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）„„„„„„„„„„„„„„„„„20 4.3 铝合金的熔化极氩弧焊（MIG焊）„„„„„„„„„„„„„„„„23 4.3.1 铝合金半自动MIG焊工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 4.3.2 铝合金自动MIG焊工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

5结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36

1 绪 论 铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。掌握铝合金的焊接性特点、焊接操作技术、接头质量和性能、缺陷的形成及防止措施等，对正确制定铝合金的焊接工艺，获得良好的接头性能和扩大铝合金的应用范围具有十分重要的意义。

1.1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。

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 3A21

Al-Mg 5A05

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 2A14,2A50

Al-Cu-Mg-Fe-Ni 2A70,2A80

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

ZL101 Al-Si-Cu ZL107

Al-Si-Mg-Cu ZL105,ZL110

Al-Si-Mg-Cu-Ni ZL109

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 — 1）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。

表1.2 铝合金的新旧牌号对照 类 别 新 牌 号 旧 牌 号 类 别 新 牌 号 旧 牌 号

防 锈 铝 合金

— 5A02 5A03 5A05 5A06 5B05 5083 5056 3A21 3003 LF1 LF2 LF3 LF5 LF6 LF10 LF4 LF5-1 LF21 —

锻 铝 合金 6A02 2A50 2B50 2A70 2A80 2A90 2A14 6061 6063 LD2 LD5 LD6 LD7 LD8 LD9 LD10 LD30 LD31

硬 铝 合 金

2A01 2A02 — 2A04 2A06 2B11 2B12 2A10 2A11 2A12 2A13 LY1 LY2 LY3 LY4 LY6 LY8 LY9 LY10 LY11 LY12 LY13 超 硬 铝 合 金 7A03 7A04 — 7A09 7A10 7003

LC3 LC4 LC5 LC9 LC10 LC12