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1、湖 南 工 业 大 学本科毕业设计（论文）开题报告 （2012届）学 院（部）： 冶金工程学院 专 业： 金属材料工程 学 生 姓 名： 欧香 xxxxx 班 级： 材料082 学号 08495100210 xxxxxx 指导教师姓名： 蹇海根xxxx 职称 讲师 2011年 12 月 19 日题目：中强铝镁合金焊丝的制备1.文献综述1金合金铝板 铝镁合金属于5系列铝合金，其代表有5052、5005、5083、5754，5A02，5A05 等。铝镁合金合金元素主要是镁，含镁量在3-5%之间。主要特点为质量轻、密度低、散热性较好、抗拉强度高、延伸率高，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化
2、、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列。故常用在航空方面，比如飞机油箱。在常规工业中应用也较为广泛。加工工艺为连铸连轧，属于热轧铝板系列，故能做氧化深加工。在我国5系列铝合金属于较为成熟的系列之一1-3。Al-Mg系铝合金由于其良好的抗蚀性和可焊性，在工业和民用中得到了大量应用。5合金的主要合金成分是Mg，并添加少量Mn、Cr、Ti等元素，杂质元素主要有Fe、Si等，随着Mg含量提高，合金强度提高、塑性下降；Sc和Ti复合微合金化可有效的抑制合金的再结晶，从而显著提高Al-Mg合金的强度；Sc和Ti复合微合金化亦可大大增强微量Sc在Al-Mg合金中所产生的细晶强
3、化、亚结构强化和析出强化效果；研究表明，在Al-5Mg合金中，单独添加0.2%Sc或0.04%Ti时，合金的强化效果不大，采用Sc和Ti复合微合金化可显著提高合金的强度，其抗拉强度和屈服强度增量分别达45Mpa和38Mpa；微量钪、锆添加到Al-Mg基合金中，可显著提高合金的强度而保留合金高韧、耐蚀、可焊的特点；Mn可提高合金的再结晶温度，阻止晶粒粗化，并使合金强度略有提高，尤其对屈服强度更明显。在高Mg合金中，添加Mn可以使Mg在基体中的溶解度降低，减少焊缝裂纹倾向，提高焊缝和基体的强度；为了提高Al-Mg合金的塑性和可靠性，要限制铁和硅杂质的含量，以减少有利于裂纹扩展的金属间化合物的尺寸和
4、数目；在A1-5Mg合金中采用Sc和Zr复合微合金化可显著提高合金的强度，其抗拉强度和规定非比例延伸强度也有所增加4-7。 铝合金焊丝一般生产流程为：熔铸扒皮挤压拉拔（多次）退火（多次）油封（或表面光亮化）包装。焊丝有两种供货方式：(1)以半硬状态，表面油封供货，焊前须酸洗；(2)以半硬状态，光亮表面供货，焊前不须酸洗。油封焊丝焊前必须酸洗，去除表面油污和氧化膜。一般适合于手工焊,用于自动焊时焊缝质量不易保证，易出现焊缝气孔、焊接夹杂缺陷。酸洗焊丝表面从微观看存在很多凹坑，附有腐蚀产物，易吸附水分，焊丝酸洗表面和光亮表面，可明显看出酸洗表面的不良状况，而光亮表面则具有明显优势。酸洗焊丝手工焊时
5、可利用刮削方法去除表面凹坑附着物以保证焊缝质量。自动焊时由于焊丝必须以盘状安装在焊机送丝机构上，酸洗后表面刮削非常困难，酸洗焊丝不推荐用于自动焊。光亮焊丝用于手工焊可省去焊前酸洗和刮削，更为方便。油封焊丝的保存期为长期，光亮焊丝的保存期一般为一年，过期光亮焊丝可作为普通焊丝焊前酸洗使用8。 在基材确定的情况下，焊接接头性能的好坏跟配用焊丝有很大的关系。根据国内外目前的研究情况，铝合金焊丝线坯的制备有立式半连续铸造挤压法制备铝合金焊丝线坯、连铸连轧制备铝合金焊丝线坯和水平连铸连拉制备铝合金焊丝线坯三种。目前国内研制生产的军工用铝合金焊丝主要采用第一种方法，该方法的特点是产品质量好，性能稳定，工艺
6、路线设备可适用于其他铝合金线材制品。但设备投资大，工序多，占地面积大，工模具和能耗较高，生产过程的几何废料较高，产品成品率相对较低。据报道，国外铝合金焊丝的生产一般采用第二种制备方法，目前国内还没有厂家采用这种工艺制备法来生产铝合金焊丝。第三种制备方法对于纯铝焊丝的生产是完全可行的，因为纯铝焊丝生产过程中成分单一而且不变。这种制备方法设备投资少，线材的成品率高（90以上），但是还有一些工艺问题需要在生产试验中加以解决，主要是连铸连拉后合金成分，特别是镁含量和氢含量的控制问题以及拉制过程中容易断丝的问题。对于焊丝生产制备方法的选择主要考虑投资规模、生产规模和最终产品质量等9-10。脆性金属间化合
7、物的生成是影响接头质量的主要因素。压焊和纤焊由于基体可在焊接过程中保持固态，可通过调节焊接热输入及合金化的方法控制金属间化合物的生长，适于铝镁之间的焊接，但这些方法对工件的尺寸和形状有特殊的要求，现场工作适应性不好。熔焊方法比较灵活，效率较高，但金属间化合物又成为不可避免的附加产物。如何既保证焊接质量，又能适应大规模生产，提高生产率，是未来需要解决的问题。镁铝连接未来在汽车生产领域的应用发展潜力巨大，熔焊在生产率和现场适应性方面具有不可替代的优势，因此采用熔焊工艺如何控制金属间化合物组成、形貌及分布状态是铝镁合金异种材料连接的重要研究课题11-13。参考文献：1轻金属材料加工手册编写组. 轻金
8、属材料加工手册M. 北京:冶金工业出版社,1976.2唐仁正. 物理冶金基础. 北京: 冶金工业出版社, 1997.3Jiang Feng(姜锋), Yin Zhimin(尹志民), HUANG Baiyun(黄伯云), Chen Suli(陈苏里). Homogenization and recrystallization of Al-6Mg alloys with and without Sc and Zr. Journal of Rare Earths, 2004, 22(5): 600-603.4Jiang Feng(姜锋), Yin Zhimin(尹志民), HUANG Baiyun
9、(黄伯云), He Yuehui(贺跃辉). Micro-alloying principle of minor scandium in aluminum alloys and its effects on properties of alloys. 2004 International conference on rare earth research and application (ICRERA-2004), August 8-12, 2004 Baotou, China. 2004, 156-157.5尹志民,朱大鹏,姜锋.Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的再结晶,材
10、料工程.2004,(6):3-6.6Yin Zhimin(尹志民), Jiang Feng(姜锋), Pan Qinglin, et al. Microstructures and mechanical properties of Al-Mg and Al-Zn-Mg based alloys containing minor scandium and zirconium. Transactions Nonferrous Metals Society of China, 2003, 13(3):515-520.7Zhimin Yin, Qinglin Pen, Yonghong Zhang,
11、Feng Jiang(姜锋). Effect of minor Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al-Mg based alloys. Mater. Sci. and Eng. 2000, A280(1):151-155.8T I MALINKINA，N A MARKAChEV，V A KOVTUN，N M BUKhANOVA. Welded structures of 01570 aluminium alloy , Welding International ,1998 ,12(7): 566-569.
12、9林德超,贺 勇,贺运佳等. 铝锂合金焊缝熔合区组织特征分析. 机械工程材料,1996(4):10-1210李绍禄,潘青林,陈显明. Sc 和Ti 复合微合金化对Al - Mg 合金组织与性能的影响. 兵器材料科学与工程. 2003, 26(1):17-23.11潘青林,尹志民,张传福.Sc和Zr复合微合金化在Al-Mg合金中的存在形式与作用.航空材料学报,2002,22(1):45-51.12李亚江，王娟.异种难焊材料的焊接与应用M. 北京：化学工业出版社，2004.25 6);5-913唐明君,吉泽升,吕新宇. 5系铝合金的研究进展J. 轻合金加工技术,2004,32(7):1-7.2.选
13、题依据、主要研究内容、研究思路及方案选题依据：铝镁合金属于5不可热处理强化合金，具有中强、耐蚀和焊接性能良好等特点，广泛应用于航天、轨道交通、船舶等行业。铝镁锆合金焊丝作为一种竞争力强、应用前景好的新型焊材，快速增长的市场需求带来的巨大市场缺口。主要研究内容：a、根据合适的焊丝制备工艺，制备出合格的铝镁锆合金焊丝；b、铝镁锆合金焊丝组织与性能的综合评价。研究思路及方案：铝镁合金焊丝制备是采用纯铝、纯镁，以及以中间合金形式加入的锰、铬和钛自行熔铸而成。熔炼过程中搅拌均匀，熔剂覆盖，除气除渣。取样进行炉前分析，成份分析合格后开始浇注。合金熔炼温度控制在720-760，精炼后用氩气精炼除气，静置后热
14、顶铸造成直径为f120 mm的铸锭。铸锭均匀化在电阻炉中进行，470保温16小时，均匀化处理后，喷水冷却，之后车皮。合金焊丝铸锭均匀化退火后锯切、车皮，之后挤压成焊丝毛料。高镁铝合金挤压时的变形抗力较大，本研究的挤压温度选择在430左右，在800T卧式金属型材挤压机上挤压成直径为10mm的焊丝毛料，然后再进行多道次拉拔至3mm，由于拉伸产生很强的加工硬化，两道次拉伸之间必需中间退火。最后采用微刮削技术去除焊丝加工过程中的油污和吸潮层，消除传统焊丝表面处理工艺焊丝表层氧化膜过厚的缺点。具体拟采取的焊丝制备方法及实验情况如下图所示。焊丝成分设计 熔炼铸锭 均匀化热处理 挤压 中间退火多道次拉丝 微刮削表面处理 成品焊丝3.工作进度及具体安排2012.3.5-2012.3.20 资料查阅、收集2012.3.21-2012.3.31 实验方案制定2012.4.1-2012.4.30 根据实验方案开展相关实验工作2012.5.1-2012.5.15 撰写毕业论文2012.5.16-2012.6.1 修改毕业论文及完成相关答辩工作4.指导教师意见指导教师：
