铝合金焊接类有关论文范文参考文献,与铝合金车体焊接缺陷控制相关毕业论文提纲

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[摘要]铝合金密度低,强度大,大量应用于高速列车的车体制造.但铝合金焊接时变形大,易产生气孔、裂纹等缺陷,因此需要采取相应的措施来有效地控制铝合金焊接缺陷,保证高速列车的制造质量.

[关键词]铝合金；氧化膜；气孔；裂纹；变形

[作者简介]崔磊,南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心助理设计师,山东青岛,266111

[中图分类号]TG574[文献标识码]A[文章编号]1007-7723（2013）02-0020-0005

目前铝合金作为大众化的金属材料被广泛地应用于各个行业,它具有密度低、强度高、挤压性及焊接性能良好、回收利用率高等多个优越特点,因此批量应用于铁道车辆制造业.高速动车在速度提高的同时也要求车体具有更高的承载强度,因此,必须提高铝合金焊接质量,有效地控制缺陷的产生,达到设计要求.

一、铝合金的性能

纯铝是银白色的轻金属,密度2.7g/cm3,约为钢的1/3（钢的密度为7.87g/cm3）,导电率较高,仅次于金、银、铜居第4位.热导率比钢大2倍左右,熔点为658℃,加热溶化时无明显颜色变化,具有面心立方结构,无同素异构转变.塑性和冷、热、压力加工性能好,但强度低（只有90MPa左右）.

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纯铝的化学活泼性强,与空气接触时,就会在其表面生成一层致密的氧化膜（主成分是Al2O3）薄膜,这层氧化膜可防止冷的硝酸及醋酸的腐蚀,但在碱类和含有氯离子௚

铝合金焊接类有关论文范文参考文献0;盐类溶液中被迅速破坏而引起强烈腐蚀.纯铝中随着杂质的增加,其强度增加,而塑性、导电性和耐蚀性下降.

铝合金是在纯铝中加入合金元素如镁、锰、硅、铜、锌等后获得不同性能的金属材料.

二、铝合金的结构件应用

目前应用于铁道车辆的铝合金主要有5000系列、6000系列、7000系列.

(一)Al-Mg合金-5000系

由于Mg的增加直接影响其机械性能,能增加抗拉强度.含有低Mg的合金主要利用于装饰材料、建筑材料.含有2.5%Mg的合金具有较好的耐蚀性、加工性、耐海水性、焊接性,主要利用于车辆、船舶的制造.

（二）Al-Mg-Si合金-6000系

主要含有Mg、Si金属,是热处理强化性铝合金.此系列合金具有优良的挤压性,因此制造型材非常有利,且具有良好的耐蚀性、焊接性、具有较高的强度,广泛利用于铁道车辆、船舶、建筑用窗框、土木结构材料的制造.

（三）Al-Zn-Mg-合金-7000系

此系列分Al-Zn-Mg-Cu合金和不含Cu的Al-Zn-Mg合金,二者均为热处理强化性铝合金.前者在铝合金当中具有最高强度,但焊接性差,所以主要利用于航空行业.后者焊接性较好,应力腐蚀倾向不明显,而且焊接3个月后其接头强度通过自然时效能得到部分恢复,则广泛利用于铁道车辆的制造.

三、铝合金的焊接性

由于铝合金具有独特的物理化学性能,在焊接过程中会产生一系列困难,具体有以下几点：

强的氧化能力

铝与氧的亲和力很大,在空气中极易与氧结合生成致密结实的γ-A12O3薄膜,在焊接过程中,γ-A12O3薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易造成夹渣.而且氧化膜还会吸附水分,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,对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护,这是铝合金焊接的一个重要特点.

（二）较大的热导率和比热容

铝合金的导热系数和比热容都很大,约比钢大一倍多,在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部,因此,焊接铝合金比钢要消耗更多的热量.

（三）线膨胀系数大

铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时的体积收缩率达6.5%～6.6%,容易产生焊接变形.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,这是铝合金,尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一.

（四）容易形成气孔

焊接接头中的气孔是铝合金焊接时极易产生的缺陷,氢是熔焊时产生气孔的主要原因,为了防止气孔的产生,以获得良好的焊接接头,对氢的来源要加以严格控制,使用前要对焊接材料进行干燥处理.

（五）焊接热对基体金属的影响

焊接可热处理强化的铝合金时,由于焊接热的影响,会使基体金属近缝区某些部位软化,即力学性能变坏.采取的措施主要是控制预热温度和层间温度,焊后热处理等.

（六）焊接接头的耐腐蚀性低于母材

铝合金接头的耐蚀性的降低很明显,接头组织越不均匀,耐蚀性越易降低.焊缝金属的纯度和致密性也影响接头耐蚀性能.由于杂质较多、晶粒粗大以及脆性相析出等,耐蚀性就会明显下降,不仅产生局部表面腐蚀而且经常出现晶间腐蚀.

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（七）合金元素的蒸发和烧损

某些铝合金中含有低沸点的合金元素如镁、锌等,这些元素在高温作用下极易蒸发、烧损,从而改变了焊缝金属的化学成分,同时也降低了焊接接头的性能.

四、铝合金在车体上的应用

铝合金车体上承载结构普遍使用的铝合金主要是A5083、6N01、7N01三种材料.A5083因耐蚀性、焊接性好,但挤压性能差,所以只能用在骨架及板状的制件；6N01和7N01铝合金主要用于铝型材结构,6N01主要用在车顶、侧墙、底架地板、端墙等受力不大的部件的制造；7N01主要用在牵引梁、枕梁、车钩座、缓冲梁、高度阀座、抗蛇形扭杆座等受力较大的部件制造.

五、铝合金焊接当中出现的问题及防止措施

铝合金焊接当中出现的问题主要有焊接缺陷以及变形、接头强度下降等.（一）气孔

1.产生气孔机理

产生气孔气体有H2、CO、N2等.N2不溶于液态铝,而H2是主要来源,主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸收的水分.其中,焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分,对焊缝气孔的产生常常占有突出的地位.焊接时,氢在液态铝中的溶解度为0.7ml/100g,而在660℃凝固状态时,氢的溶解度为0.04ml/100g,使原来溶于液态铝中的氢大量析出,形成气泡,但铝合金本身导热性强,散热快,加上铝合金熔点低,这些气泡来不及逸出,在上浮途中被“搁浅”形成气孔.如图1所示.

2.防止措施

（1）适当控制焊接环境的湿度,提供良好的焊接环境.

（2）焊前对焊件应认真清理氧化膜、潮气和油污,以防止气孔的形成.特别需要注意的是机械加工后焊件上的油污务必清理好,中小零件最好在配好的清洗溶液里用浸泡的方法彻底清理干净油污.在现场局部地方需要清理的话,可用丙酮或高纯度的酒精.

（3）操作方面：焊接过程尽可能少中断,在选择工艺参数时选择强参数,使熔池高温存在时间增长,使气泡尽量快速逸出,减少氢气孔的产生.如焊立焊缝时,采用由下向上立焊,由于气泡逸出通道较短,有利于气泡逸出,如图2所示.焊接起弧是由于温度低,散热快,起弧点会产生大量的气孔,故设置引弧板或在焊缝以外的母材上引弧,保证焊缝的质量,如图3所示.

（4）结构设计：若坡口角度小,则不利于气泡的逸出,所以设计时坡口角度稍大一点,有利于气泡的逸出

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