铝及铝合金焊接工艺的研究

威海职业学院毕业论文毕业论文题目：铝及铝合金焊接工艺的研究系部船舶工程系专业焊接技术及自动化班级焊接一班学生姓名孙延峰学号20091403021指导教师殷圆林2011年10月15日威海职业学院毕业论文任务书系部：船舶工程系专业：焊接技术及自动化学生姓名:孙延峰学号:20091403021论文题目:铝及铝合金焊接工艺的研究起迄日期:2011年10月10日~12月10日指导教师:殷圆林发任务书日期:2011年10月15日摘要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。铝的重量轻和耐腐蚀是其性能的两大突出特点，纯铝的密度约为2.7g/cm3,仅为铁、铜密度的1/3；铝及铝合金的表面易生成一层致密、牢固的Al2O3保护膜，这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏，因此具有很好的耐大气（包括工业性大气和海洋大气）腐蚀和水腐蚀的能力，能抵抗多数酸和有机物的腐蚀[2]。采用缓蚀剂，可耐弱碱液腐蚀；采用保护措施，可以提高铝合金的耐蚀性能。在各种牌号的变形铝及铝合金中，铝锰和铝镁合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并具有优秀的抗蚀性和焊接性能。SummaryAluminumalloyhasthegoodcorrosionresistance,highstrengthandthermalconductivitythaninlowtemperatureandmaintaininggoodmechanicalproperties,characteristicsinaerospace,automotive,electrical,chemicalindustry,transportation,nationaldefense,andotherindustrialdepartmentiswidelyused.Masterofthealuminumalloyweldingsexcharacteristics,weldingoperationtechnology,jointqualityandperformance,defectformationandthepreventionmeasures,suchastocorrectformulationaluminumalloyweldingtechnology,obtaingoodjointperformanceandexpandtheapplicationrangeofthealuminumalloyhastheveryvitalsignificance.Aluminumlightweightandcorrosionresistanceistheperformanceofthetwooutstandingcharacteristics,thedensityofpurealuminumabout2.7g/cm3,onlyathirdoftheiron,copperdensity;Aluminumandaluminumalloysurfaceintoalayerofdense,effectivelyfirmAl2O3protectivefilm,theprotectivecoatingonlyinhalogenionoralkaliionsundertheactionofthefiercewilldestroyed,sohastheverygoodresistancetoatmospheric(includingindustrialatmosphereandoceanair)corrosionandcorrosion,capableofwaterresistanttomostoforganicacidandcorrosion[2].Thecorrosioninhibitor,weakalkalicorrosionresistance;Theprotectionmeasures,andmayimprovethealuminumalloycorrosionresistantperformance.Inthevariousbrandsofdeformationinaluminum,aluminumaluminumandmagnesiumalloyaluminummanganeseandstainlessaluminumalloy,heattreatment,can'tbelongtostrengthen,butthanpurealuminumhighstrengthandexcellentcorrosionresistanceandweldingproperties.目录1.1铝合金的分类、成分和性能…………………………………………………1.2铝合金的焊接性特点………………………………………………………2铝合金的焊接方法和材料选用…………………………………………………2.1铝合金的焊接方法……………………………………………………………2.2铝用焊接材料…………………………………………………………………3铝合金焊接工艺…………………………………………………………………3.1铝合金的气焊…………………………………………………………………3.2铝合金的钨极氩弧焊（TIG焊）……………………………………………4铸件补焊工艺……………………………………………………………4.1铸件常规补焊工艺……………………………………………………………5铝和铝合金的焊接实例……………………………………………………6结束语……………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………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3A21Al-Mg5A05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2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80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ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109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—5A025A035A055A065B05508350563A213003LF1LF2LF3LF5LF6LF10LF4LF5-1LF21—锻铝合金6A022A502B502A702A802A902A1460616063LD2LD5LD6LD7LD8LD9LD10LD30LD31硬铝合金2A012A02—2A042A062B112B122A102A112A122A13LY1LY2LY3LY4LY6LY8LY9LY10LY11LY12LY13超硬铝合金7A037A04—7A097A107003LC3LC4LC5LC9LC10LC122A162A17LY16LY17（2）铝合金的性能铝合金的物理性能见表1.3。表1.3铝合金的物理性能合金密度/g·cm-1比热容（100℃）/J·kg-1·K-1热导率（25℃）/W·m-1·K-1线胀系数（20～100℃）/10-6K-1电阻率（20℃）/10-6Ω·m备注（原牌号）3A215A035A062A122A166A022A107A042.732.672.642.782.842.702.802.851009880921921880795836—180.0146.5117.2117.2138.2175.8159.1159.123.223.523.722.722.623.522.523.13.454.966.735.796.103.704.304.20防锈铝LF21防锈铝LF3防锈铝LF6硬铝LY12硬铝LY16锻铝LD2锻铝LD10超硬铝LC4防锈铜器（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性的焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱、汽油或润滑油导管、各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件等。铝合金被广泛应用航空航天、建筑、汽车、机械制造、电工、化学工业、商业等领域。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，它约占骨架质量的55%，而且大部分关键轴承部件，如涡轮发动机轴向压缩机叶片、机翼、骨架、外壳、尾翼等是由铝合金制造的。1.2铝合金的焊接性特点铝合金熔化焊时有如下困难和特点：（1）铝和氧的亲和力很大，因此在铝及铝合金表面总有一层难熔的氧化铝膜远远超过铝的熔点，这层氧化膜不溶于金属并且妨碍被熔融填充金属润湿。在焊接或钎焊过程中应将氧化膜清除或破坏掉。（2）熔焊时，铝合金的焊接性首先体现在抗裂性上。在铝中加入铜、锰、硅、镁、锌等合金元素可获得不同性能的合金，各种合金元素对铝合金焊接裂纹的影响不同。（3）铝合