宋海兵

焊接技术及自动化专业
课 程 设 计
课 题 纯铝1060(L2)储存浓硝酸专用储槽 的焊接工艺过程 姓 名 宋海兵 班 级 焊接111 指导老师 周桂芬
湖南铁道职业技术学院
课程设计评阅书
学生姓名宋海兵班级焊接111
题目纯铝1060(L2)储存浓硝酸专用储槽的焊接工艺过程指导教师周桂芬
指导教师评语：
签名：
年月日课程设计(论文)综合评定成绩为：
指导老师(签字)：
2013 年04 月日
课程业设计内容
计：封面 1 张
说明书(论文) 5 页
表格 2 张
插图 2 幅
附设计图 1 张
完成日期2013年04 月24 日
目录
一：课程任务设计书 (5)
二：纯铝1060（L2）的材料成分 (8)
三：纯铝1060（L2）焊接性分析 (8)
四：纯铝1060（L2）焊接方法及适用性 (10)
五：焊接剖口形式 (11)
六：焊接工艺过程 (12)
七：焊接设计说明书 (13)
八：设计总结 (13)
九：参考文献 (13)
十：焊接工艺卡 (14)
《焊接冶金及金属材料焊接》课程设计任务
书
机电工程系
一、设计课题名称:_纯铝1060(L2)储存浓硝酸专用储槽的焊接工艺过程_______________________
二、指导教师: ___周桂芬______
三、设计要求
（1）、根据所给定的材料，分析其焊接性，选择合适的焊接方法，确定合适的焊接工艺参数。

制定合理高效经济的焊接工艺方案。

（2）、工艺过程及工序卡片的编制。

（3）、说明书要求格式完整、内容精简、书写清楚、所有设计内容不得抄袭与复印。

四、设计依据
（1）被焊材料
（2）材料的规格
五、参考资料
（1）《熔焊原理及金属材料焊接》英若采主编机械工业出版社
（2）《焊接方法与设备》雷世明主编机械工业出版社
（3）《焊接手册》机械工业出版社
（4）《金属材料手册》机械工业出版社
（5）《焊接工艺评定》国家机械局
（6）《压力器器》化学工艺出版社
六、设计内容及工作量
1、设计内容
①根据被焊材料，分析其焊接性；
②确定其焊接方法，分析其方法的可行性；
③确定焊接接头的形式，绘制其接头的坡口形式图及焊接接头的焊接顺序图；
④拟定焊接工艺过程；
⑤确定焊接工艺参数，包括焊前、焊后的处理、各焊接工艺参数；
⑥填写焊接工艺文件：焊接工艺卡；
⑦．撰写设计说明书
2、设计结果
（1）．焊接接头的坡口图、装配图、焊接顺序图一张（2）．焊接工艺工艺规程一份
（3）．课程设计说明书一份
3、设计进度
七、说明书的格式和装订要求
（一）课程设计封面（全系统一格式）
（二）课程设计评阅书（全系统一格式）
（四）课程设计任务书（指导教师下发）
（六）目录
（七）课程设计说明书
（八）设计图纸
（九）课程设计总结
（十）参考资料
八、课程设计课题审批表
纯铝1060储槽容器的焊接设计课题
一、设计课题名称
材质为工业纯铝1060（L2）制造某储存浓硝酸专用储槽。

槽体采用直径为2．8m，长度为14．78m，板厚为28mm。

制定该储槽焊缝的焊接工艺过程。

二、纯铝1060（l2）的材料成分
1.1母材化学成分和力学性能
壳板采用工业纯铝，其化学成分和力学性能分别见表1和表2。

表1 工业纯铝1060(l2)的化学成分∕%
表2工业纯铝1060(l2)的力学性能
三、纯铝1060(l2)的焊接性分析
3.1物理及化学性质
纯铝的熔点低（660℃），熔化时颜色不变，难以观察到熔池，焊接时容易塌陷和烧穿；散热快，焊接时不易熔化；线膨胀系数是低碳钢的二倍，焊接时易变形；在空气中易氧化成致密的高熔点氧化膜AL2O3（熔点2050℃），难熔且不导电，焊接时易造成未熔合、夹渣并使焊接过程不稳定。

因此纯铝的焊接性比低碳钢差，所以纯铝的焊接性主要有：焊接过程中易氧化、能耗大、容易产生气孔（主要是氢气孔）、容易形成焊接热裂纹、焊接接头容易软化、焊接接头的耐蚀性下降。

3.2易氧化
铝1060和氧的亲和能力很大，在常温下铝容易同氧化合，在铝的表面生成
致密的三氧化二铝薄膜，能防止金属的继续氧化，对自然防腐蚀有利，但是给焊接带来了困难。

这是由于氧化铝薄膜的熔点高（约2050℃），远远超过铝1060的熔点，而且密度很大3.95～4.10g/㎥,约为铝1060的1.4倍，加之1060导热性很强，焊接时容易造成不融合现象，也容易成为焊缝金属的夹杂物，形成夹渣缺陷。

同时氧化膜可以吸收较多的水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。

3.3容易产生气孔
由于铝1060中不含碳，不存在生成CO气孔的条件，而氮又不溶于铝，因此一般认为铝1060产生气孔的主要原因是氢。

氢能大量的溶于液态铝，几乎不溶于固态铝。

在焊接高温下，氢在液态铝中的溶解度急剧下降，如果熔池金属溶入过饱和的氢，在一定的冷却速度下，过饱和氢将从液态金属中析出形成微小的气泡。

在铝的熔池凝固过程中析出氢一方面形成新的微小的小气泡，另一方面将扩展到已形成的微小气泡中，并使它发展长大。

与此同时，由于铝1060的相对密度小，气泡上浮较慢，如果冷却速度较快，气泡来不及逸出熔池，凝固后就留在焊缝中形成气孔。

3.4焊接热裂纹
纯铝1060非热处强化合金在熔化焊时很少产生裂纹，只有在杂质含量超过规定范围，或刚性很大的不利条件下，才会产生裂纹。

纯铝1060产生热裂纹的原因与它的成分和焊接应力有关。

由于铝1060的线膨胀系数比铁将近大一倍，而其凝固事的收缩率又比铁大两倍，因此铝焊件的焊接应力大。

3.5高的导热性和导电性
纯铝1060的导热系数很大，约为刚的四倍，而且热容量也比钢大近一倍，因此焊接纯铝1060时比钢要消耗更多的热量。

为得到高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源才能进行正常的焊接，特别在工件厚度较大时更为明显。

纯铝1060的导电性好，电阻焊时需要更大功率的电源。

四、纯铝1060(l2)的焊接方法及适用性
方法一、TIG焊特点：
电弧稳定，可添加或不加焊丝焊接，接头形式不受限制，焊缝成形美观，表面光亮；焊接接头的强度、塑性和韧性较好；焊接变形小，最适于板厚小于6mm的薄板焊接，并且适用于全位置焊接。

交流TIG焊具有清理氧化膜的作用，不用熔剂，避免了焊后熔剂对接头的腐蚀作用，简化了焊后清理过程。

方法二、融化氩弧焊（MIG焊）特点：
1.和TIG焊一样，它几乎可以焊接所有的金属，尤其适合于焊接铝及铝合金、铜及铜合金以及不锈钢等材料。

焊接过程中几乎没有氧化烧损，只有少量的蒸发损失，冶金过程比较简单。

2.劳动生产率高
3.MIG焊可直流反接，焊接纯铝是具有良好的阴极雾化作用，可有效的去除氧化膜，提高了接头的焊接质量。

4.不采用钨极，成本比TIG焊低；有可能取代TIG焊。

5.MIG焊焊接铝及铝合金时，可以采用熔滴过渡方式提高焊接接头的质量。

五：坡口设计（v形剖口）
热处理强化铝合金焊接接头组织示意图
坡口形式，接头形式及其尺寸取决于铝焊件厚度、焊件位置、熔滴过渡形式及焊件工艺。

实践表明，采用亚射流过渡形式MIG焊铝材时，焊件效率更高，焊件质量更好,极雾化区大，熔池保护效果好，焊缝成形好，焊缝缺陷少。

为此铝储槽在焊接参数的选择及坡口设计上要充分考虑以上问题。

储存浓硝酸专用储槽直径为2．8m，长度为14．78m，以V形坡口对接、具体形
式见图。

板厚28mm的焊缝也采用了V形坡口对接，接头形式如下图所示。

纯铝的焊接剖口形式图
六：焊接工艺过程
6.1焊前的准备
1、板材准备：领取符合国家标准的母材试板、铝管、焊接气体、焊丝等。

2、焊前准备工具：手套、面罩、榔头、凿子、尖嘴钳、三角铁、锉刀、钢刷，记录笔和纸、计时器等。

3、器材准备：自动氩弧焊（MIG焊）设备（供气系统、焊机、送丝机、焊枪）、切割机、台虎钳、碳弧气刨、装配平台、起重机、滚轮架、卷板机、螺旋夹紧器等。

4、测量工具：坡口角度尺、焊缝测量尺、划针、钢尺、卷尺等。

5、板材定位焊前有以下要求：
1）坡口表面要求坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷；
2）施焊前，应清除坡口及母材两侧20mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其他有害杂质，MIG焊一般采用直流反接，具有很强的“阴极破碎”作用，所以焊接纯铝时几乎无需去除氧化膜。

3）适当增加定位焊的截面和长度。

焊接时要加大焊接电流，降低焊速，必要时还要预热。

6.2焊后的处理
在使用焊条和焊剂之后，残留在接头表面的熔渣和焊剂，药皮中的氯离子等，有很强的腐蚀作用，所以焊后应尽快的清除掉。

铝及铝合金气焊后，残留在焊缝表面及两侧的熔剂及焊渣会破坏铝材表面的氧化膜，引起接头腐蚀。

因此，应在焊后1～6h内将其清理干净。

清理方法有以下几种：
一是在60～80℃热水中用硬毛刷仔细刷洗焊缝正反面；
二是对重要的工件，经上述刷洗后，再放入60～80℃、质量分数为2%～3%的稀铬酸水溶液中浸洗5～10min，然后用热水冲洗并干燥；
三是先用60～80℃热水刷洗，再用质量分数为5%的硝酸和质量分数为2%的重铬酸的混合液清洗5～10min，最后用热水冲洗并干燥。

13
七：焊接纯铝的设计说明书
1、该储存浓硝酸专用储槽直径为2．8m，长度为14．78m，槽体的板厚为28mm 的
2、采用自动熔化极氩弧焊工艺，板厚28mm的焊缝也采用了V形坡口对接。

选用合理的焊接工艺过程可以保证焊缝的质量。

3、附件的焊接均可采用半自动熔化极氩弧焊。

焊接电流300-400A，电弧电压29~30V，焊丝直径2.5mm。

然后根据焊接参数制定焊接工艺过程、焊接工艺卡以及焊前准备和焊后热处理。

4、焊接时，焊接接头要采用引弧板进行热电引弧，减少焊接缺陷。

八：设计总结
为期两周的课程设计已经进入了收尾阶段。

我在和同组（第五组）同学的奋斗中，充实地渡过了这忙碌的时光。

在这次的课程设计中与同学分工合作，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了宽容，学会了理解。

通过此次课程设计，让我更加扎实的掌握了有关焊接方面的知识，我觉得作为一名焊接专业的学生，这次课程设计是很有意义的。

更重要的是可以把自己平时所学的东西应用到实际中。

虽然自己很多基础的东西都还没有很好的掌握，但是通过这两个礼拜的“学习”，在周老师的帮助和讲解下，增进了我对焊接理论知识的浓厚兴趣。

课程设计虽然结束了，但我们一起奋斗的精神和这份宝贵的经历将会成为人生道路上一道亮丽的风景线。

九：焊接参数
（1）吴晓清，熔焊原理【M】.北京：机械工业出版社，1994
(2)周玉生，电弧焊【M】.北京：机械工业出版社，1996
（3）周振丰，焊接冶金学【M】.北京：机械工业出版社，1995
十：焊接工艺卡。