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1、word学校代码： 10128学 号： 200942137050 毕业论文(设计) 职业学院题 目：铝合金焊接技术学生某某：曲艳春学生学号:专 业：焊接技术与自动化14高职班 级：焊接系1班指导教师: 韩雪飞 职业学院 / 摘 要铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好与低温性能好等特点而被广泛的应用于各种焊接结构产品中。因此提高铝合金焊接的生产率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成为实际生产的迫切要求。本文综述了铝合金几种先进的焊接工艺：钨极氩弧焊TIG、激光焊LBW、搅拌摩擦焊FSW，与其焊接发放和特点，并指出在焊接中存在的问题以与未来的开展趋势。关键词：铝合金
2、；钨极氩弧焊TIG；激光焊LBW；搅拌摩擦焊FSWAbstractAluminum alloy because of light weight, high specific strength, good corrosion resistance, no magnetism, good formability and low temperature characteristics of a good performance and has been widely used in all kinds of welding structure product. Therefore, to impro
3、ve the productivity of aluminum alloy welding and welding quality, reduce welding defect in the presence of high efficient welding method has bee the urgent requirements of actual production. This paper summarized several advanced welding technology of aluminum alloy: tungsten argon arc welding(TIG)
4、， laser welding(LBW),friction stir welding(FSW),and the distribution and characteristics of welding, and points out that in the welding problems and future development trend.Key words: aluminum alloy; tungsten argon arc welding(TIG)；laser welding (LBW)；friction stir welding(FSW)目 录摘 要IAbstractII引 言1
5、第一章 铝合金的焊接特点21.1.铝合金的焊接特点21.2.铝合金焊接的几大难点2第二章铝合金的焊接工艺32.1.钨极氩弧焊TIG32.1.1.TIG焊的根本原理32.1.2.TIG焊的特点32.1.3.铝合金的TIG焊42.2.激光焊LBW62.2.1.激光焊的根本原理62.2.2.铝合金激光焊的特点62.2.3.铝合金的激光一电弧复合焊62.3.搅拌摩擦焊FSW72.3.1.FSW焊的根本原理72.3.2.FSW焊的特点72.3.3.铝合金的FSW焊8总 结10参考文献11 辞13引 言铝是工业上应用最广泛的重要有色金属之一。铝与铝合金具有密度小、重量轻，热容量大、熔化潜热高、强度高与良好
6、的耐蚀性、导电性、导热性，以与在低温下能保持良好的力学性能等优点。铝与铝合金在航空航天、国防、汽车、电工、化工、交通运输等行业中被广泛应用，这也极推动了铝合金焊接技术的开展，因此，提高铝合金焊接的生产率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成为实际生产的迫切要求。铝合金其主要成分是铝，而铝的密度较低，熔点低热传导性能好，热膨胀系数大，同时其具有很强的化学活泼性，易氧化，且氧化物的熔点很高。在与其他组元形成合金后依然保持这些特性，因此铝合金在焊接过程中存在着一系列的问题，如：氧化、裂纹、气孔、接头力学性能下降、热影响区变宽等。为了提高铝合金焊接接头的质量，近年来涌现出了许多新的铝合金焊接方
7、法，如：钨极氩弧焊TIG、激光焊LBW、电子束焊EBW、搅拌摩擦焊FSW等。本文介绍了铝合金的几种先进的焊接工艺，几种工艺均具有优越性，并针对铝合金的焊接困难提出了有效的解决方法。第一章 铝合金的焊接特点1.1. 铝合金的焊接特点铝合金重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好与低温性能好等特点而被广泛的应用于各种焊接结构产品中。1.2. 铝合金焊接的几大难点1. 铝合金外表易产生难熔的氧化膜Al2O3 其熔点为2050，这就需要采用大功率密度的焊接工艺。2. 铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍。3. 铝合金焊接易产生热裂纹。4. 铝合金焊接易产生气孔。5
8、. 线膨胀系数大，易产生焊接变形。6. 铝合金热导率大约为钢的4倍，一样焊接速度下，热输入比焊接钢材大24倍。第二章 铝合金的焊接工艺2.2.1. 钨极氩弧焊TIG2.1.1. TIG焊的根本原理 TIG焊是在惰性气体的保护下，利用钨极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝，形成焊逢的焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，保护电极和焊接熔池以与邻近热影响区，以形成优质的焊接接头。TIG焊一般采用氩气作保护气体，因而称为钨极氩弧焊。2.1.2. TIG焊的特点 TIG焊与其他焊接方法相比有如下主要特点： 可焊金属多 氩气能有效隔绝焊接区域周围的空气，它本身
9、又不溶于金属，不和金属反响；TIG焊过程中电弧还有自动去除工件外表氧化膜的作用。因此可成功地焊接其他方法不易焊接的易氧化、氮化，化学性质活泼的非铁金属、不锈钢和各种合金。 适应能力强 钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流下也能稳定燃烧；不会产生飞溅，焊缝成形美观；热源和焊丝可分别控制，因而热输入量容易调节，特别适合于薄件、超薄件的焊接；可进展各种位置的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。 焊接生产率低 钨极承载电流能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其颗粒可能进入熔池，造成夹钨。因而TIG焊使用的电流小，焊逢熔深浅，熔敷速度小，生成率低。 生产本钱较高 由于惰性气体较贵，与其他焊接方法相比，
10、TIG焊生产本钱高，故主要用于要求较高的产品的焊接。2.1.3. 铝合金的TIG焊TIG焊是目前广泛采用的焊接铝合金的焊接方法。而交流TIG焊获得的焊接质量最优，板厚在2.4mm以下的铝合金采用直流反极性TIG焊也可得到良好的焊接质量。交流TIG焊时，电流极性每半个周期交换一次，因而兼备了直流正极性法和直流反极性法两者的优点。但由于交流电弧每秒要100次过零点，加上交流电弧在正负半周里导电情况的差异，又出现了交流电弧过零点后复燃困难和焊接回路中产生直流分量的问题。所以必须采取适当的措施才能保证焊接过程的稳定进展1。1过零点复燃与稳弧措施 TIG焊广泛采用的稳弧措施是利用脉冲稳弧器，在交流电流过
11、零点进入负极性半周瞬时施加高压脉冲其值通常在1500V以上，帮助电弧重新引燃。这种方法易保证稳弧相位要求，稳弧效果良好。2焊接回路中的支流分量与消除 在使用交流TIG焊接时，由于电极和工件的电、热物理性能以与几何尺寸等方面存在差异，造成电弧电压在正、负半周不对称，如图1.1a所示。工件和电极的热、电物理性能相差越大，这种不对称的现象就越严重，在焊接铝与其合金时这种现象就特别突出。而电流不对称的现象相当于电弧电流由两局部组成，一局部是交流电流；另一局部是叠加在交流局部上的直流电流，如图1.1b所示。后者称为直流分量，直流分量的出现首先会使负极性半周的电流幅值减小且作用时间短，因而减弱了“阴极破碎
12、作用；同时直流分量使焊接变压器的工作条件恶化，造成焊接变压器发热，甚至烧毁。因此必须限制或消除直流分量，才能保证焊接过程的顺利进展。 a 电压波形 b 电流波形现在也有人提出用TIG直流正接法焊接铝合金2，所选用的焊丝是药芯焊丝，可以达到在熔融状态时溶解和复原Al2O3，从而达到阴极破碎的效果。但是存在很多问题，例如在焊接材料上还有待进一步开发，焊接接头会出现焊接裂纹。为了实现对厚板防锈铝合金的焊接。增加熔深，许多研究集中于活性钨极氩弧焊(ATIG)方面。它通过焊前在施焊板材外表涂敷一层很薄的外表活性剂，进展正常焊接，可使得焊接电弧收缩或熔池流态改变，从而显著增加熔深3。但是当采用ATIG焊接
13、法焊接铝合金时，发现很难同时保证熔深显著增加和焊缝外表成形良好4，有人又提出了一种新型活性焊接方法FZ-TIG焊(FluxZonedTIGWelding) 3。即焊前，在待焊焊道外表中心区域涂敷低熔沸点低电阻率活性剂，在两侧区域分别涂敷高熔沸点高电阻率活性剂，然后进展正常焊接，可以同时显著增加焊接熔深和保证焊缝外表成形良好。 TIG焊容易控制焊缝成形与实现单面焊双面成形，主要用于薄件焊接或厚件的打底焊。由于钨极载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低。TIG焊一般只用于焊接厚度在6mm以下的工件。2.2. 激光焊LBW2.2.1. 激光焊的根本原理激光焊是利用以聚焦的激光束作
14、为能源轰击工件所产生的热量进展焊接的方法。利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的焊缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头。2.2.2. 铝合金激光焊的特点与传统的TIG、MIG 焊相比，用激光来焊接铝合金具有以下优点：(1)能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到熔化区和热影响区窄而熔深大的焊缝。(2)冷却速度快，能得到组织微细的焊缝，故焊接接头性能良好。(3)焊接速度快、功能多、适应性强、可靠性高且不需要真空装置5，所以在焊接精度、效率、自动化等方面具有无可比拟的优势。激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺
15、产生的缺陷，强度系数提高很大。但是由于这种工艺还不成熟 ，焊接时存在着一些问题：铝合金对激光能的吸收很低；合金元素烧损严重；易产生气孔；热裂纹敏感性大6。可以从增大激光功率密度和提高铝合金对激光能的吸收率这两个方面采取措施解决这些问题。Huntington和Eager发现激光功率达到一定值时，铝合金对激光的吸收率会明显增大，Huntington和Eagar采用测热法，研究了CO2激光焊接纯铝和5456铝合金时，对激光的吸收情况，发现阳极氧化和喷砂处理可以明显提高铝对激光能量的吸收7。2.2.3. 铝合金的激光一电弧复合焊虽然用激光焊接铝合金有许多优势，但仍存在较大的局限性，如设备本钱高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等。为了更有效地焊接铝合金，人们开展了激光-电弧复合焊接工艺。激光-电弧复合主要是激光与TIG 电弧、
