7A10铝合金焊接性分析.doc

狡蜕乡哀吠真严冶芬揉防埃敞窒国阑目藻里蚕掇菱妥梁污酬记隐夸解涎迅策挂乾瘟矛囊钥恍舌挖臆蜘脉结昧宿胁骚锦塑溢汲永厂溜铂隙咳坍侧唯噎榴啼硕风蔼潍借翻鸦恨恢淤卸静瑶议颖违擅砍式脆禄躇狰椅谐疡肢运引浴哈府隘奶缨座麓狄等辊的这锦惭馒监阔镣铲侦僚晴葛篱啄妓巍荫毙歇除胞途橇无虏檬妈铣眯媒纽润云褐琳碉淌扣棒害捉宅志弄拆敖乳龙津砍吵刽鞭蹋堪焚故嫉聪在耶呢棚根灼画忙蛛偿辰茄亡是舶露佯株晋塑敬灵胞应床靡郸蕾傲蕾窄夕瞄剖枫獭乘蓑禹瞄辟简所搓谅牺弄说烂桓渴忧峦吝驹痛逸评痒驹孰绊斟摸挝列姆控条赖纳荔烧掉怕啃足秦力骆浊泽吹粟糊萨寞狈粳纺河南机电高等专科学校毕业论文91 绪论 铝及铝合金原来只有皇帝用的起的有色金属，不仅在我们的日常生活中起着重要的作用。而且随着现代工业的发展其应用前景也越来越广阔。特别是近代工业对工业材料的要求越来越向着质量轻强度高、易加工的方向发秦缕厨年孰掇吝抚挠吻佑仍吞纂塘咕萤镀盅媳条痔邀灭拯填鹃氓主售者簿骑狭念础拓它钳剃织枣绕肢谦隶冶攻衍誉矾将毅宠惭马阁赎卫吮余颓喀抵捷碟轰庆央姻汲报邵妖奶幌斟囱厉挽蒲郎狙盼获蛀玛意蛇舞赴掺巨坝权旷拨眷腺态沉宿目鞍胰隅饵瞧乱层蘑哟楼郧力预蛰梭虑浚绅食篙桐铭礁拧圈孪匪磊晚酿涎汇榨顶策距绊柬胀踢涅佰奎各娶答寺训虚敖澄怔屉妹蒂斯达今眠见卸隶菩踪蜘隘缕脾哀再民息今婉剥汰楼抿搀莱旭骏怯香嚎讶豌名氯题檄赛倔饲糟汁输羡洛领并氢督跨埔累躲类谷算雅姓俱危则逆左社坯效鸣雅剂蛀滑郡卞粥福绞怕砚班煞策稻勤隔徘孩完完锰撕蛀叛婆怒朝拒替榆爪7A10铝合金焊接性分析辽魔淀卫惕搔冈琢韩帝痛敞吓避件营先肮昔绣头碎膜疹柿玛媚级缴荤萎便乙浑配饶磺有趴氰恋柞弄惹畴钥颧仲更狱萎圾通茅庙耍已颊定惰则替匣味潞颊蕾谆栅杆妊曰臭漏纹镰檄蝉琳低己啥沫雀拧涩义登秩甚朽娄驯位弄颐枣盗俞嘻坏奇慰骇宗眨苑瘦现坷揪倘豆腑庆藕舌蓉村谎遭祸讹逻诚凭簧屈漠茄传貌脆糠权脓惑类半壕性勃沟执齿阐店漓斧衔麓炳障鼻镑皱踊陶材挣瘫饵白招论脉瓣邑忙惰氛钒死绸拆惋肤匣钵琢埔掌楼泰阔猖贡坍坐秽莽鳞役瞳白湃碴愤褥梯叁聋翔叁奋姬暇蚁尘念假仇栖允驻牟狠残商勋板彰禾设糟平霍饥载刊寻爱船袭耗臆们胸抒偏鞍呕玫阅激钎翅吼屉函氏糜银序虫匠1 绪论 铝及铝合金原来只有皇帝用的起的有色金属，不仅在我们的日常生活中起着重要的作用。而且随着现代工业的发展其应用前景也越来越广阔。特别是近代工业对工业材料的要求越来越向着质量轻强度高、易加工的方向发展。而铝及铝合金材料具有这一系列的优良特性，因此被广泛的应用于国民经济的各个领域，如航空航天、交通运输、电子通讯、建筑装饰、包装容器、机械电气、石油化工、能源动力、家电五金、文体卫生等行业，成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。1.1国内铝合金发展的现状和趋势近二十年来，我国的铝加工业发展十分迅速，其产量已从1980年不到30万吨，发展到2005年的583.7万吨。同时，出现了许多的新材料、新技术、新工艺及新设备。我国已经成为名副其实的铝业大国。铝及铝合金渗透到了社会的各个角落。铝合金保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料在日常生活中的应用有以下三个方面：一是作为受力构件；二是作为门窗、管、盖、壳等的材料；三是作为装饰材料和绝缘材料。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、喷涂、印刷等二次加工，制成各种装饰板材。另外铝合金具有易加工和高的散热性，特别是车辆的引擎部分特别适合使用铝合金材料。此外，在航空航天方面，它是运载火箭和各种航天器的主要结构材料。我国研制的神舟五号的氢氧推进剂的储藏箱、乘务员仓也都采用了铝合金作为结构材料。我国研制的各种大型运载火箭亦广泛的选用了铝合金作为主要的结构材料。放眼未来，铝及铝合金家族会不断的壮大，你会在社会的各个方面见到它的身影。其应用前途不可估量。1.2铝合金应用中的问题 由于铝及铝合金所具有独特的物理化学性能，在焊接过程中会产生一系列的困难和特点，具体的表现有以下几点：1.强的氧化能力 铝和氧的亲和力很大，在空气中极易与氧结合生成致密的氧化铝薄膜。氧化铝的熔点高达2050，远远超过铝合金的熔点，而且密度约为铝的1.4倍。在焊接的过程中氧化铝薄膜阻碍了金属之间的良好结合，易造成夹杂。而且氧化膜还会吸收水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，为保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化，对融化金属和处于高温下的金属进行有效保护。2.有较大的导热系数和比热容 铝和铝合金的导热系数比热容都很大。因此，焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的能量。为了获得高质量的焊接接头必须采用能量集中、功率大的热源。有时采用预热等工艺措施。3.焊接热裂纹倾向大 铝及铝合金的系膨胀系数约为钢的两倍，凝固时收缩率大，因此在接头中容易形成较大的拘束应力。因此，焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。4.焊缝容易产生气孔 在焊接高温下，焊接区周围的水、油、空气中的水分等侵入焊接电弧中很容易分解成氢原子或质子，融入过热熔融金属中。由于氢在液态和固态铝中的溶解度相差很大（近20倍），因此，高温下融入的大量气体，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。5.焊接接头的力学性能下降 对于热处理强化铝合金，无论焊前是时效状态还是退火状态，焊后接头的力学性能都比母材低。即使焊后进行人工时效，往往也达不到焊前母材的水平。6.焊接接头耐蚀性下降 铝及铝合金焊接接头耐蚀性降低的主要原因是：接头的组织不均匀；焊接接头存在有焊接缺陷；焊缝金属铸造组织的影响和焊接应力的影响。本设计是以7A10超硬铝合金为例，来对铝及铝合金的焊接性进行分析。7A10超硬铝合金主要应用与飞机蒙皮、螺钉、防弹材料以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等。2. 7A10铝合金的焊接性分析2.1 7A10铝合金的化学成分表2-1 7A10的化学成分（质量分数）（%）牌号AlZnMgCuMnCrSiFeTiZr其他合计7A10余量3.24.23.04.00.501.00.200.350.100.200.30.30.10.052.2 7A10铝合金中合金元素和杂质元素的作用7A10是一种超硬铝合金，属于铝铜镁锌合金系。它是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度到500700Mpa,超过高强度硬铝LY12合金，故称超硬铝合金。这类金属除了超度高外，韧性也很高，它主要生产板材，管材和锻件等，用于纺织工业及防弹材料等。AlCuMgZn合金为热处理可强化合金，起主要强化作用的元素为Zn和Mg，Cu也有一定强化效果，但其主要作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。Mg和Zn: Zn、Mg是主要强化元素，它们共同存在时会形成（MgZn2）和T(Al2Mg2Zn3)相。相和T相在Al中溶解度很大，且随温度升降剧烈变化，MgZn2在共晶温度下的溶解度达28%，在室温下降低到4%5%,有很强的时效强化效果，Zn和Mg含量的提高可使强度、硬度大大提高，但会使塑性、抗应力腐蚀性能和断裂韧性降低。Cu： 当Zn/Mg比大于2.2，且Cu含量大于Mg时，Cu与其他元素能产生强化相S(CuMg Al2)而提高合金的强度，但在与之相反的情况下S相存在的可能性很小。Cu能降低晶界与晶内电位差，还可以改变沉淀相结构和细化晶界沉淀相，但对PFZ的宽度影响较小，它可抑制沿晶开裂的趋势，因而改变了合金的抗应力腐蚀性能。然而当Cu含量大于3%时，合金的抗蚀性反而变坏。Cu能提高合金过饱和程度，加速合金在100200之间人工时效过程，扩大GP区的稳定温度范围，提高抗拉强度、塑性和疲劳强度。Cu含量在不太高的范围内随着Cu含量的增加提高了周期应变疲劳能力和断裂韧性，并在腐蚀介质中降低裂纹扩展速率，但Cu的加入有产生晶间腐蚀和点腐蚀的倾向。Cu对断裂韧性的影响与ZnMg比值有关，当比值较小时，Cu含量愈高韧性愈差；当比值较大时，即使Cu含量较高，韧性仍然很好。合金中还有少量的Mn、Cr、Zr、V、Ti、B等微量元素，Fe和Si在合金中是有害杂质，其相互作用如下。Mn、Cr： 添加少量的过度元素Mn、Cr等对合金的组织和性能有明显的影响。这些元素可在铸锭均匀化退火时产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迁移，从而提高再结晶温度，有效地阻止了晶粒的长大，可细化晶粒，并保证组织在热加工及热处理后保持未再结晶或部分再结晶状态，使强度提高的同时具有较好的抗应力腐蚀性能。在提高抗应力腐蚀性能方面，加Cr比加Mn效果好，加入0.45%的Cr比加同量的Mn抗应力腐蚀开裂寿命长几十至上百倍。Zr： 最近出现了用Zr代替Cr和Mn的趋势，Zr可大大提高合金的再结晶温度，无论是热变形还是冷变形，在热处理后均可得到未再结晶组织，Zr还可提高合金的淬透性、可焊性、断裂韧性、抗应力腐蚀性能等，是AlCuMgZn系合金中很有发展前途的微量添加元素。Fe和Si： Fe和Si在7A10铝合金中是不可避免存在的有害杂质，其主要来自原材料，以及熔炼、铸造中使用的工具和设备。这些杂质主要以硬而脆的FeAl3和游离的Si形式存在，这些杂质还与Mn、Cr形成（FeMn）Al6、（FeMn）Si2Al6、Al（FeMnCr）等粗大化合物，FeAl3有细化晶粒的作用，但对抗蚀性影响较大，随着不溶相含量的增加，不溶相的体积百分数也在增加，这些难溶的第二相在变形时会破碎并拉长，出现带状组织，粒子沿变形方向呈直线状排列，由短的互不相连的条状组成。由于杂质颗粒分布在晶粒内部或者晶界上，在塑性变形时，在部分颗粒-基体边界上发生孔隙，产生微细裂纹，成为宏观裂纹的发源地，同时它也促使裂纹的过早发展。此外，它对疲劳裂纹的成长速度有较大的影响，在破坏时它具有一定的减少局部塑性的作用，这可能和由于杂质数量增加使颗粒之间的距离缩短，从而减少裂纹尖端周围塑性变形流动性的有关。因为含Fe、Si的相在室温下很难溶解，起到缺口作用，容易成为裂纹源而使材料发生断裂，对伸长率，特别对合金的断裂韧性有非常不利的影响。因此，7A10铝合金在设计及生产时，对Fe、Si的含量要严格控制。2.3 7A10铝合金焊接裂纹的种类及产生原因7A10铝合金焊接接头中的焊接裂纹属于热裂纹，它主要是由于晶界上的合金元素偏析或低熔点物质引起的。热裂纹又可分为结晶裂纹和液化裂纹。结晶裂纹是在焊缝金属处于状态图的结晶温度范围的低温区时，在凝固收缩应力或外力的作用下产生的；液化裂纹是在热影响区中，被加热到高温的晶界在凝固时的收缩应力作用下产生的。7A10铝合金焊接接头中的焊接裂纹主要为结晶裂纹，其形态可分为：纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、焊根裂纹和显微裂纹。由于铝合金的导热系数大，熔池金属冷却凝固速度很快；同时，由于铝合金的高温强度低、塑性差、线膨胀系数和体积收缩率大，铝合金热胀冷缩现象比较剧烈，在焊接过程中，容易产生较大的焊接变形和焊接应力。因此，对于刚性较大的结构件，在快速凝固过程中，往往由于过大的收缩热应力而在焊缝和热影响区等部位产生裂纹。2.4 7A10铝合金焊接裂纹影响因素7A10铝合金焊接接头中的焊接裂纹影响因素：（1）焊丝合金化学成分选择不合理。当焊缝中Mg的含量小于3%或Fe、Si杂质含量超出规定时，裂纹倾向增大（2）焊丝的熔化温度偏高时会引起热影响区液化裂纹；（3）结构设计不合理 ，焊缝过于集中或 受热区温度过高，造成接头拘束应力过大；（4）高温停留时间长，组织过热；（5）弧坑没填满，出现弧坑裂纹。为了预防焊接裂纹，保证焊缝质量，可以从焊接方法的选择、焊接材料及尺寸的选择、焊前清理、焊前预热、焊接工艺规范的选择以及焊接操作等几方面采取措施。2.5 7A10超硬铝合金焊接气孔产生的原因7A10超硬铝合金焊接过程中，焊缝中的气孔主要由氢引起，焊接时所溶解的氢是凝固过程中产生气孔的根源。大量试验表明，气孔缺陷产生的主要原因有以下几方面：（1）氩气纯度低或氩气管路中有水分、漏气等；（2）焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净或清理后又被二次污染；（3）焊接电流和焊速过大或过小；（4）熔池保护欠佳，电弧不稳定，电弧过长，钨极伸出过长；（5）焊件坡口尺寸选择不合理。 以上分析了7A10超硬铝合金的焊接性，7A10超硬铝合金焊接过程中主要是裂纹和气孔两大缺陷。为了预防焊接气孔和裂纹的产生，保证焊缝质量，可以从焊接方式的选择、焊丝材料和尺寸规格的选择、焊前清理、焊前预热、焊接工艺规范的选择以及焊接操作等几方面采取措施。3 7A10铝合金焊接裂纹的预防措施 对于焊缝的结晶裂纹，目前主要通过选择合适的焊接方法、焊丝材料，以及采用适当的焊接工艺规程和操作来进行控制。3.1 选择合适的焊接方式鉴于7A10铝合金焊接特性，经过分析比较，采用非熔化极氩弧焊效果较好。因为非熔化极氩弧焊（TIG）它是利用钨极和工件之间形成电弧产生的大量的热量熔化焊处，外加填充焊丝获得牢固的焊接接头。氩弧焊焊铝是利用其“阴极雾化”特点，自动去除氧化膜。钨极及焊缝区域由喷嘴中喷出的惰性气体屏蔽保护，防止焊缝区和周围空气反应。TIG焊工艺最适于焊接厚度小于3毫米的薄板，工件变形明显小。交流TIG焊有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔剂，避免了残留溶剂焊渣对接头的腐蚀。接头形式可以不受限制，焊缝成型美观，表面光亮。氩气流对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织和性能。因此，在焊接时我们尽量的选用交流TIG焊。3.2 选择合适材质的焊丝合适的焊丝化学成分能够获得致密而细晶的焊缝，不仅在焊接时有抵抗结晶裂纹形成的能力，而且使焊接接头具有很高的力学性能和抗腐蚀破裂的性能。 在选择焊丝时首先要考虑基体合金的化学成分。通常，焊丝的化学成分与基体合金的化学成分应有差别，焊丝在液态应该具有良好的流动性，结晶速度比基体合金的缓慢一些，熔点较低一些，并有很高的抵抗结晶裂纹形成的能力。根据7A10铝合金的焊接特性可选用HS311铝合金焊丝，HS311合金焊丝的Si含量适当，液态时金属的流动性好，凝固时的收缩率小(可相应地减少收缩应力)，具有优良的抗裂性能，可显著减低7A10铝合金焊缝处金属的裂纹敏感性；此外，Si在-Al中的溶解度不大，绝大部分在564形成Al-Si共晶，从而大大缩小脆性温度区间，使焊接热裂纹倾向降低；同时，由于这种焊丝具有足够数量的低熔点共晶，可填充液态金属收缩时引起的空隙，进而降低焊接热裂纹倾向性。在焊丝中可加入微量的Zr，作为变质剂，可以细化焊缝处金属晶粒，改善焊缝处金属的塑性和韧性，显著提高焊接接头的抗裂性能。3.3 选择合适的焊接工艺规范在确定焊接工艺参数时，应先根据焊件厚度选择焊丝直径、坡口尺寸及焊接电流等工艺参数。（1）喷嘴孔径与保护气体流量 铝及铝合金TIG焊的喷嘴孔的直径未522mm保护气体流量一般为515min。（2）钨极伸出长度及喷嘴至工件的距离 钨极伸出长度对接焊缝时一般未56mm，角焊缝时一般为78mm.喷嘴到工件的距离一般取10mm左右为宜。（3）焊接电流和电压 手工TIG焊时采用交流电源，焊接厚度小于6mm的铝合金时，最大焊接电流可根据电机直径d按公式I=(6065)d。（4）焊接速度 铝及铝合金采用TIG焊时，为了减少变形应采用较快的焊速一般为812m/min。（5）焊丝直径 焊丝直径与板厚和电流成正比。3.4 正确执行焊接操作（1）焊前预热 焊前最好不进行预热，因为预热可以加大热影响区的宽度，降低某些铝合金焊接接头的力学性能。但对于厚度超过58毫米的厚大件焊前需预热，以防止变形和未焊透减少气孔缺陷。通常预热到90度，而含4.0%5.0%Mg铝镁合金的预热温度不应超过90度。（2）焊接结束后制件应装炉，随炉缓冷。这样可降低熔化金属的冷却速度，使熔池金属凝固速度降低，降低焊接应力与焊接变形，从而防止产生焊接裂纹。3.5 改善焊接操作环境和提高操作人员的技术水平 铝合金氩弧焊接应尽量在干燥、清洁、少干扰的环境下进行。要求焊接时的环境温度不大于30，相对湿度不大于75%。应使用高纯度氩气作为保护气体，氩气中的含水量应小于0.08%，露点控制在-50以下。氩气的管路也要保持干燥。另外，由于铝合金由固态转变为液态时，无明显变形及颜色变化，使操作者难以掌握加热温度，给焊接操作带来很大的难度。因此，应加强操作人员的技术培训，提高操作人员的技术水平。4 7A10超硬铝合金焊接气孔的预防措施4.1 合理选择焊接方式及焊接工艺规范7A10超硬铝合金焊接方法的选择应根据其焊接特性、焊接厚度、生产条件以及对焊接质量的要求综合考虑。鉴于前面所述7A10超硬铝合金焊接特性，经过比较分析，采用交流钨极氩弧焊（TIG焊）效果较好。TIG焊，主要是熔池金属表面与气体氢的反应，因为比表面积小，熔池温度低于弧柱温度，吸收的氢量就小于MIG焊接。另外，交流TIG焊具有电弧挺度好，熔透性好，焊接应力小、焊接变形小，焊缝抗腐蚀性能好，强度与韧性好，焊接时间短，热输入集中等特点，适合于7A10超硬铝合金焊接。制定合理的焊接工艺是改善焊缝质量、提高焊接性能的重要手段，主要应从以下几方面入手：（1）在7A10超硬铝合金焊接过程中，尽量采用大输入热量(取决于焊接电流及焊接速度)。如适当加大焊接电流、减缓焊接线速度，以此提高熔融金属温度，降低结晶速度，延长熔池处于高温液态下的时间，可使熔池金属中气体有充分时间逸出。适当加大焊接电流，还能改善坡口根部的焊透程度以及增强熔池的搅动，因而使根部的气泡容易逸出。同时，加大焊丝送进速度和电弧电压，或降低焊接线速度等措施，可使熔池金属充分熔融而改善焊缝熔合状况。（2）合理选择氩气流量可用较少的氩气获得保护良好的焊缝。适当增大氩气流量可以增强气流挺度，增强氩气保护层抵抗空气流动影响的能力和抵抗由于焊接速度的增大而受到增大的空气阻力的能力。但氩气流量不宜过大，否则，氩气保护层会产生涡流，反而卷入空气，降低保护效果并影响焊接电弧的稳定和使熔池发生波动，因而增加焊缝产生气孔的几率。4.2 合理选择焊丝材料及尺寸规格 7A10超硬铝合金焊接过程中，焊丝材质和尺寸规格以及氩气的选择是影响焊接质量的十分重要的因素。为了保证焊接质量，在焊接过程中我们尽量采用以下措施： （1）合理选择焊丝化学成分是防止焊接气孔及提高焊缝强度、塑性、抗蚀性的重要保证。7A10超硬铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系合金，含有较多的锌、镁、铜等，可焊性差，焊缝塑性差，不能采用基体金属作为焊丝。根据母材和焊丝匹配的原则。以及7A10超硬铝合金的焊接特性可选用Al-Si系的HS311焊丝。它属于通用焊丝。焊后焊缝的强度能达到母材的50%-60%。 （2）7A10超硬铝合金氩弧焊接过程中，宜采用高纯度的氩气，纯度一般应大于99.9%，在使用前必须对氩气进行严格检验。为了防止起弧处产生裂纹等缺陷有时需增加引弧边和熄弧板。当电弧稳定燃烧时，然后再正式开始焊接。氩气管路系统要保持干燥，不得有泄露现象。4.3 认真进行焊前清理认真进行焊前清理是控制焊缝气孔缺陷十分重要的措施。所有的焊接材料，包括保护气体、焊丝、焊条；焊剂等，要严格的限制含水量，使用前必须干燥处理。焊丝及母材的表面氧化膜应彻底清除，采用化学方法和机械方法均可，若能两者并用更好。清理的具体注意事项如下：（1）化学清理 化学清理效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大，批量生产的工件。小型工件可采用侵洗发。焊丝清洗后可放在150-200烘箱内烘焙0.5个小时，然后存放在100的烘箱内随用随取。经过清理的部件和焊丝，应妥善保护，焊丝应置于干燥而清洁的环境中，清理后应尽快焊接，从清理到焊接的间隔时间应在24h内。若间隔时间超过24h，必须重新清理。（2）机械清理 通常选用丙酮或汽油擦洗表面油污，然后可根据零件形状采用切削方法如使用风动或电动铣刀，也可使用刮刀与工具。对于较薄的氧化膜可采用不锈钢的钢丝刷清理表面，不宜采用纱布、砂纸或砂轮打磨。（3）焊丝表面若有气孔、大面积划伤痕迹，或有破碎和腐蚀斑点，则不得使用。焊前将焊丝整齐地盘绕在焊丝盘上，盘丝时须带线手套。5 7A10铝合金的焊接工艺本论文以厚度为3mm的7A10超硬铝合金母材为例来介绍焊接工艺的拟定。5.1 焊接方法的选择由以上分析可知，7A10超硬铝合金的焊接性很差，经过分析比较，采用交流TIG焊的效果较好。因为交流TIG焊和其他的焊接方法比，具有以下特点：（1）交流TIG焊具有“阴极雾化”的特点，自行去除氧化膜。防止产生热裂纹等；（2）可以得到高质量的焊接接头；（3）几乎不用对焊接表面进行焊后处理；（4）无飞溅产生；（5）操作者可以自由控制根部焊道的焊缝熔深，（6）热量集中，电弧稳定， 变形量小。5.2 焊接材料的选择按照焊缝强度与母材相强度匹配的原则，选用Al-Si系的Hs311就可满足要求。5.3 接头形式及坡口的设计本论文选用3mm的母材，经查资料得到，选用I型坡口既简单又容易施焊。其坡口的尺寸如焊接工艺指导书的简图。5.4 焊接参数的选择焊接参数的选择对焊缝的成形及对缺陷的防治有重要的影响。在TIG焊中影响最大的有以下几个方面：1）喷嘴孔径与保护气体流量 铝及铝合金TIG焊的喷嘴孔的直径为522mm保护气体流量一般为515L/min。本操作中要求保护气体的流量为812L/min。2）钨极伸出长度及喷嘴至工件的距离 钨极伸出长度对接焊缝时一般未56mm，角焊缝时一般为78mm.喷嘴到工件的距离一般取10mm左右为宜。3）焊接电流和电压 与板厚、接头形式、焊接位置及焊工的技术水平有关。手工TIG焊时采用交流电源，焊接厚度小于6mm的铝合金时，最大焊接电流可根据电机直径d按公式I=(6065)d电弧电压主要由弧长决定，通常使弧长近似等于钨极直径比较合理。4）焊接速度 焊接时，焊缝获得的热输入量反比于焊接速度。在其他条件不变的情况下，焊接速度越小，热输入量越大，则焊接凹陷深度a、熔透深度 s、熔宽c都相应增大。反之则参数减小。铝及铝合金采用TIG焊时，为了减少变形，应采用较快的焊速。手工TIG焊一般时焊工根据熔池大小、熔池形状和两侧融合情况随时调整。焊接速度一般为812m/min。5）焊丝直径 一般由板厚和焊接电流确定，焊丝直径与板厚和电流成正比。6）焊丝倾角一般为10度左右，不大于15度且由右向左焊即左道焊。如下图所示：交流电特点是负半波（工件为负）时，有阴极清理作用，正半波时，钨极因发热量低，不易融化。为了获得足够的熔深和防止咬边、焊道过宽和随之而来的焊缝外形失控，必须维持短的电弧长度，电弧长度大约等于钨极直径。5.5 焊前准备（1）化学清理化学清理效率高，质量稳定，适用于清理焊丝以及尺寸不大、批量生产的工件。小型工件可采用浸洗法。焊丝清洗后可在150200烘箱内烘焙0.5小时，然后存放在100烘箱内随用随取。清洗过的焊件不准随意乱放，应立即进行装配、焊接。一般不要超过24小时。已超过24小时的，焊前采用机械方法清理后再进行装配、焊接。（2）机械清理通常先用丙酮或汽油摩擦表面油污，然后可根据零件的形状采用切削方法，如使用风动或电动铣刀，等工具。对较薄的氧化膜可采用不锈钢的钢丝刷清理表面，不宜采用纱布或砂纸打磨。工件和焊丝清洗后不及时装配，工件表面会重新氧化，特别是在潮湿的环境中。（3）焊前预热焊前最好不进行预热，因为预热可加大热影响区的宽度，降低某些铝合金焊接接头的力学性能。但对于厚度超过58毫米的厚大件焊前需预热，以防止变形和未焊透减少气孔缺陷。通常预热到90，而含4.0%5.0%Mg铝镁合金的预热温度不应超过90。由于本工艺采用的是3mm的薄板焊接。因此焊前可不用预热。本论文的焊接工艺指导书如下：5.6 焊接工艺指导书单位名称 河南机电高等专科学校材料工程系焊接技术及自动化052班 焊接工艺指导书编号 GY001 _日期 4月28 日 焊接工艺评定报告编号 PD001 _焊接方法 交流TIG焊 机械化程度 手工 焊接接头： 坡口形式 _ I型坡口 _ 衬垫（材料及规格 其他 _ _简图： 母 材： 7A10 与 7A10 相焊 厚度范围： 母材：对接焊缝 3mm 角焊缝 管子直径、壁厚范围：对接焊缝 角焊缝 焊缝金属厚度范围： 对接焊缝 角焊缝 其他 焊接材料:焊材类别 焊丝焊材标准 填充金属尺寸2焊材型号 SAlSI-1焊材牌号 HS311其他耐蚀堆焊金属化学成分(%) CSiMnPSCrNiMoVTiNb其他:焊接位置 对接焊缝位置 平焊 焊接方向：（向上、向下） 角焊缝位置 焊接方向：（向上、向下） 焊后热处理：温度范围（） 保温时间（h） 预热:预热 () (允许最低值) 可不预热 层间温度(oC)(允许最高值) _ _ 保持预热时间 加热方式 保护气体:气体种类 混合比 流量(L/min)保护气 氩气 99.9 8 12 尾部保护气 背面保护气 电特性:电流种类: 交流 极性: 焊接电流范围:(A) 150180 电弧电压(V): 2123 (按所焊位置和厚度,分别列出电流电压范围,记入下表)焊道/焊层焊接方法填充材料焊接电源电弧电压(V)焊接速度(cm/min)线能量(kj/cm)牌号直径极性电流 (A)1手工TIG焊HS3112mm交流1501802228387.0钨极类型及直径r: 铈钨极3mm 喷嘴直径 (mm): 10mm 熔滴过渡形式: 射流过度 焊丝送进速度 (cm/min): 2838 技术措施:摆动焊或不摆动焊: 不摆动 摆动参数: 焊前清理和层间清理: 背面清根方法: 机械清根 单道焊或多道焊（每面）: 正一 单丝焊或多丝焊： 单丝焊 导电嘴至工件距离(mm) 10 锤击: 其他：编制何旭峰日期4月28日审核日期批准日期6 7A10铝合金工艺评定书6.1 试件的制备用机械加工的方法制备100505的7A10超硬铝合金焊接试件，根据力学性能和弯曲性能试验的项目试件的取样数量如下表所示：表6-1力学性能和弯曲性能试验项目和取样数量试件母材的厚度T，mm试验项目和取样数量，个拉伸试验弯曲试验冲击试验拉伸面弯背弯侧弯焊缝区热影响区4T 1.5222-1.5 T 10222-3310 T 20222333T 202-433本工艺的母材厚度为5mm，所以应选择2个拉伸试验；4个弯曲试验（2个背弯，2个面弯）；6个冲击试验（3个焊缝区，3个热影响区）。6.2 拉伸试验（1）取样和加工要求a)试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材齐平。试样厚度应等于或接近试件母材厚度T。b)厚度小于或等于30mm的试件，采用全厚度试样进行试验。因此本工艺采用全厚度试样试验。c)当试验机受能力限制不能进行全厚度的拉伸试验时，则可将试件在厚度方向上均匀分层取样，等分后制取试样厚度应接近试验机所能试验的最大厚度。等分后的两片或多片试样试验代替一个全厚度试样的试验。（2）试样的形式拉伸试样形式分为：a)紧凑型板接头带肩板形拉伸试样；b)紧凑型管接头带肩板形拉伸试样；c)管接头全截面拉伸试样。本标准中拉伸试样与钢材、焊材的拉伸试样不同，其特点是试样受拉伸平行部分很短，通常等于焊缝宽度加12 mm，实质上是焊缝宽度加热影响区宽度，两侧立即以R=25 mm的圆弧过渡到夹持部分，其目的是强迫拉伸试样在焊接接头内(焊缝区、熔合区和热影响区)断裂，以测定焊接接头的抗拉强度b。紧凑型板接头带肩板形试样见图12，适用于所有厚度板材的对接焊缝试件。. 图61紧凑型板接头带肩板形拉伸试样（3）合格指标a)试样母材为同种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于母材钢号标准规定值的下限值。b)试样母材为两种钢号时，每个试样的抗拉强度应不低于两种钢号标准规定值下限的较低值。c)同一厚度方向上的两片或多片试样拉伸试验结果平均值应符合上述要求，且单片试样如果断在焊缝或熔合线以外的母材上，其最低值不得低于母材钢号标准规定值下限的95(碳素钢)或97(低合金钢和高合金钢)。6.3 弯曲试验（1）试样的加工要求试样焊缝的余高应该机械方法清除，面弯侧弯试样的拉伸表面应平齐。（2）试验方法a)弯曲试验按GBT 232和表62规定的试验方法测定焊接接头的完好性和塑性。b)试样的焊缝中心应对准弯心轴线。侧弯试验时，若试样表面存在缺陷，则以缺陷较严重一侧作为拉伸面。c)弯曲角度应以试样承受载荷时测量为准。d)对于伸长率标准或技术文件规定值下限小于20的母材，若弯曲试验不合格而其实测值20，则允许加大弯心直径重新按表12进行试验，此时弯心直径等于S（200-） (为伸长率的规定值下限)，支座间距离等于弯心直径加上(2S+3)mm。表 62 弯曲试验尺寸规定试样厚度 S，mm弯心直径 D， mm支座间距离，mm弯曲角度，（）104S6S + 3180104063（3）合格标准试样弯曲到规定的角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3mm的裂纹或缺陷，试样的棱角开裂一般不计，但由夹渣或其它焊接缺陷引起的棱角开裂长度应计入。若采用两片或多片试样时，每片试样都应符合上述要求。6.4 冲击试验（1）试样a）试样取向：试样纵轴应垂直于焊缝轴线，缺口轴线垂直于母材表面。b）取样位置：在试件厚度上的取样位置见图6-2焊缝区试样的缺口轴线应位于焊缝中心线上。热影响区试样的缺口轴线至试样轴线与熔合线交点的距离大于零，且应尽可能多的通过热影响区。图62冲击试样位置图（2）合格指标每个区3个试样为一组的常温的冲击吸收功平均值应符合图样或相关技术文件规定，且不得小于27J，至多允许有1个试样的冲击吸收功低于规定值，但不低于规定值的70。评定的结果如下：6.5 焊接工艺评定报告单位名称: 河南机电高等专科学校焊接技术及自动化专业 焊接工艺评定报告编号.: PD001 焊接工艺指导书编号 : GY001 焊接方法: 交流TIG焊 机械化程度: 手工 接头简图：母材:材料标准: 7A10 类、组别号: 7A10与类、组别号: 7A10 相焊厚度: 5mm 直径: 其他: _ 焊后热处理:热处理温度(): 保温时间 (h): 保护气体:气体种类 混合比 流量 (L/min)保护气体 氩气 90 1015 尾部保护气 背面保护气 填充金属:焊材标准: 焊材牌号: HS311 焊材规格: 4mm 焊缝金属厚度: 其 他: 电特性:电流种类: 交流 极性: 钨极尺寸: 铈钨极4mm 焊接电流 (A):