铝合金类有关论文范文,与高强铝合金的焊接相关毕业设计论文

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摘 要：综合分析了国内外高强铝合金的研究现状,综述了高强铝合金的焊接性,焊接方法及冶金性分析,并对高强铝合金的焊接发展进行了展望.

关键字：高强铝合金；焊接性；焊接方法

1高强铝合金的发展现状

1.1高强铝合金的发展与应用

铝及铝合金广泛地运用于汽车、船舶、航天、桥梁等行业中,薄板铝合金以前很难焊接,随着焊接设备和技术的发展,焊接方法的不断完善,铝及其合金有了更广泛的发展空间.随着铝及其合金在生产中的大量应用,其焊接质量要求也越来越高.高强铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,越来越多的国家开始研制高强铝合金[1].国外超高强铝合金研制基本上是沿着高强度、低韧性→高强度、高韧性→高强度、高韧性、耐腐蚀方向发展；随之的热处理状态开发则是沿着T6→T73→T76→T736（T74）→T77方向进展；在合金设计方面的特点是合金化程度越来越高,Fe和Si等杂质含量越来越低,微量过渡族元素添加越来越合理,最终在大幅度提高强度的同时保证合金具有优良的综合性能.

国内超高强铝合金的研究开发起步较晚.我国航空工业和其他国防工业大量应用的高强度铝合金主要仍为类似于B95和7075合金的LC4及LC9；对7050等高强度铝合金进行研究,大多仍着眼于提高合金的韧性及抗腐蚀性能,而它们的强度则大多仍维持在70752T6的水平上,甚至还有不同程度的降低.为了进一步提高合金强度,充分发挥高强度合金的减重潜力,20世纪80年代初,东北轻合金有限责任公司和北京航空材料研究所开始研制Al2Zn2Mg2Cu系高强高韧铝合金.目前在普通7xxx系铝合金的生产和应用方面已进入到实用化阶段,合金主要包括7075,7175等,其产品用于各种航空航天器的结构件.20世纪90年代中期,北京航空材料研究所采用常规半连续铸造法试制成功了7A55超高强铝合金及强度更高的7A60合金,东北轻合金有限责任公司近来采用传统方式成功生产出轧制板材用7055方铸锭.近年来,在国家攻关和863高技术项目的支持下,北京有色金属研究总院和东北轻合金有限责任公司开展了仿俄罗斯B96锖辖鸪煞值某咔?xxx系铝合金以及具有更高锌含量的喷射成形超高强铝合金的研制开发工作,分别采用喷射沉积和半连续铸造工艺,制成了各种尺寸的（模）锻件、棒材及无缝管材等,合金的抗拉强度已分别达到800～830MPa和630～650Mpa,延伸率分别达到8%～10%和4%～7%,基本上达到了国外90年代中期的水平[1].

1.2高强铝合金的性能特点

铝合金均为面心立方晶体结构,当温度降低时,它们不发生脆性转变,其强度、延性、韧度反而同步提升.高强铝合金是在硬铝合金的基础上添加了锌,这些元素可有限的固溶于铝中形成铝基固溶体,多余元素与铝形成一系列金属间化合物.通过淬火-时效热处理,可有效的控制合金元素在铝中的固溶度和化合物的弥散度,实现对合金力学性能的控制[2].高强铝合金主要的性能特点有：

（1）铝合金的化学性质活泼、极易氧化,在大气条件下,其表面可随时生成一层附着力强的和难熔的氧化膜,它对铝合金表面起防止进一步氧化和介质腐蚀的作用,因其耐蚀性好,可在不同气候条件下与液态的氢、氧、氮、天然气和重水、石油、浓硝酸等长期接触和相容.

（2）合金的电导率高,适用于电力输配；热导率也高,适用于热交换.

（3）铝合金的工艺性好,可以轧压、挤压、锻压、冲压、旋压,可制成各种截面形状的铝材和各种形状的型材.

（4）高强铝合金具有高的比强度和比刚度、耐腐蚀性能好、无磁性、低温性能好以及良好的加工和力学性能.

（5）高强铝合金具有高强度的同时还具有较高的塑性,主要特点是耐蚀性较差.

1.3高强铝合金的应用领域

高强变形铝合金可分为非热处理型合金和热处理型合金,由于它具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点,宜做承受较大的结构材料,在当今的社会中广泛应用于交通运输、航天航空以及其它广泛领域.

1.3.1高强变形铝合金在交通中的应用

高速、节能、安全、舒适、环保是交通运输业的重要课题,而轻量化是实现上述目标的最有效途径.轻量化除了在设计上对设计结构、发动机等采用新的技术外,在材料上选用铝合金材料则是主要的对策.经过多年对比研究,设计师、强度师、工艺师、冶金师和经济师们得出一致结论：用铝材制作交通运输工具,特别是高速的现代化车辆和船舶,较之木材、塑料、复合材料、耐热钢和不锈钢等具有科学性、先进性和经济性,具体具有以下优点：一是交通运输工具自重大大减轻,在强度、刚性满足安全要求的同时,使用铝合金可大大减轻其自身重量,一般比钢质运输工具轻30%左右；二是运行性能好,节省牵引能耗；三是费用降低；四是便于制造.

1.3.2高强变形铝合金在航天航空领域的应用

铝合金是飞机和航天器轻量化的首选材料,它在航空工业中主要用于制造飞机的蒙皮、隔框、长梁和珩条等；每辆空中客车上使用了180t厚铝板,大多数巡航导弹的壳体是用优质的铝合金制造的.目前,铝材在民用飞机结构上的用量为70%-80%,在军用飞机上用量为40%-60%.在最新的B777客机上,铝合金也占了机体结构质量的70%以上.在航天工业中,铝合金是运载火箭和宇宙飞行器结构件的重要材料,在宇航开发初期,美国采用2014铝合金,后来由于自动焊接技术的开发与成熟,改用了2219合金,美国的雷神及土星-Ⅱ号火箭的燃料箱等都是用2219合金制造的.在我国,"神舟五号"、"神舟六号"载入宇宙飞船及"长征二号"捆绑式运载火箭等,其宇航员座舱的舱体及推进剂贮箱的箱体均为高强度铝合金焊接结构,它们已完成了运载中国太空人上天的壮举.1.3.3变形铝合金在其他行业中的应用

其他方面随着计算机的飞速发展与普及,大大推动了铝材在电气工业上的应用.目前在邮电通讯设备、电子仪器及其零件部件、磁盘基板和壳体、各种电容器、光学器材、磁鼓以及家用电器等方面都广泛而大量地使用铝材,人们相继研制开发出多种不同品种、不同功能和性能、不同途径的新型铝合金及其加工材料,同时拓展了铝材的应用领域和消费量.同时在电气、包装、容器工业等领域铝合金的应用也是越来越广泛.因此变形铝合金尤其是超硬铝合金在未来的工业发展中有着非常优秀的发展前景,有待我们更加进一步的深入研究.

2高强铝合金的焊接性分析

铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝熔点高（2050℃）、非常稳定、不易去除,它阻碍母材的熔化和熔合.氧化膜的密度大,不易浮出表面,易生成渣、未熔合、未焊透等缺陷.铝材的表面氧化膜还吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔.另外氧化膜不导电,影响焊接电弧的稳定性.焊接前应采用化学或机械方法进行严格地表面清理,清除其表面氧化膜.在焊接过程中要加强保护,防止其氧化.钨极氩弧焊时,选用交流电源,通过"阴极雾化"作用,去除氧化膜[3].

（1）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多.铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍.在焊接过程中,大量的热量能被迅速传导到基体金属内部,因而焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多

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