【鋁合金MIG高速焊角接工藝開題報(bào)告3400字】

PAGE開題報(bào)告課題名稱鋁合金MIG高速焊角接工藝學(xué)院專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師單位/職稱一、課題背景與意義自現(xiàn)代工業(yè)革命以來，隨著生活水平的提高以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人們對于金屬材料的性能和應(yīng)用提出了更高的要求。21世紀(jì)以后，節(jié)能、環(huán)保以及運(yùn)行速度等各種交通問題逐漸涌現(xiàn)出來，慢慢滲入到人們的生產(chǎn)生活當(dāng)中。鋁合金的問世，成為了人們對于金屬材料研究的重大突破。鋁合金密度低、強(qiáng)度大、焊接性能好，在機(jī)械制造和交通運(yùn)輸領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。但鋁合金的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡诳諝庵泻苋菀着c氧氣反應(yīng)生成表面的氧化膜，而且這層氧化膜的熔點(diǎn)很高，密度與鋁十分接近，再加上鋁合金的導(dǎo)熱性能好，所以利用傳統(tǒng)工藝焊接時(shí)，很容易導(dǎo)致未焊透、氣孔以及夾渣等缺陷的產(chǎn)生。當(dāng)下國內(nèi)的鋁合金焊接工藝大多采用的是惰性氣體保護(hù)焊，簡稱MIG(Metalinertiagas)焊。但是因?yàn)楹附訜醾鲗?dǎo)在焊接不同位置有不同的影響，會導(dǎo)致焊接接頭的組成和性能發(fā)生很大改變，降低焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，限制了其應(yīng)用范圍，所以本研究圍繞7005鋁合金MIG焊的焊接接頭展開，進(jìn)一步探討送絲速度對7005鋁合金MIG焊接接頭組織性能的影響，從而確定7005鋁合金MIG焊的最佳工藝。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)初問世的鋁合金，憑借著強(qiáng)度高、密度小等一系列優(yōu)越性能逐漸占領(lǐng)了交通運(yùn)輸領(lǐng)域的市場，成為了地鐵、高鐵以及輕軌等眾多運(yùn)輸工具的重要材料。7005鋁合金是7系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，它不僅具有較好的力學(xué)性能、抗腐蝕性和較好的焊接性，而且還具有較好的在線淬火性能和擠壓性能。7005鋁合金在經(jīng)過熱處理加工過后，其硬度會得到很大程度的提高，屬于中高強(qiáng)度可焊接鋁合金，而且還具備良好的應(yīng)力腐蝕傾向。7005鋁合金主要作為擠壓的結(jié)構(gòu)件，它一般會應(yīng)用于焊接和釬焊結(jié)構(gòu)要求斷裂韌性較高的焊接結(jié)構(gòu)，如交叉桿，角柱，桁架，容器和大的熱交換器。7005鋁合金憑借著優(yōu)越的組織性能和力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，如圖1-1所示。我國在20世紀(jì)90年代研發(fā)出7005鋁合金之后，便將7005鋁合金大量投入使用，成為了各類交通工具生產(chǎn)的主要材料。與傳統(tǒng)的Al-Mg系合金不同，7005鋁合金的強(qiáng)度和性能更加優(yōu)秀，因而應(yīng)用范圍更大。（a）鋁合金桁架（b）鋁合金制造的飛機(jī)圖1-17005鋁合金的應(yīng)用在Al-Zn-Mg系合金的元素組成中，Zn和Mg占據(jù)相對較大的比例，是合金的主要組成成分，微量元素包括Mn、Cr、Ti、等含量較少，但也會對合金的性能造成一定的影響。7005鋁合金的合金元素、化學(xué)成分及元素對合金性能的影響如表1-1所示。表1-17005鋁合金化學(xué)成分以及合金元素的作用Zn元素和Mg元素的含量在7005鋁合金中起著至關(guān)重要的作用。合金的性能主要取決于它們之間的比例關(guān)系，當(dāng)Zn和Mg的比例較高時(shí)，合金的強(qiáng)度較高，熱處理效果和應(yīng)力腐蝕效果也較好；當(dāng)它們的比例較低時(shí)，會導(dǎo)致鋁合金的強(qiáng)度下降，但焊接性和淬火效果會得到顯著提升。因此，為了使鋁合金的各方面性能都得到改善，Zn和Mg的總含量一般控制在7.5%以下。除了Zn、Mg元素對合金的性能有很大的影響之外，合金中的一些微量元素也會對其性能造成一定的影響。這些元素在合金中含量都不多，結(jié)晶時(shí)幾乎全部進(jìn)入固溶體，高溫下加熱時(shí)，一部分以彌散的金屬間化合物形式從固溶體中析出，另一部分則留在過飽和固溶體中。Cu元素的存在可以改善鋁合金晶體的結(jié)構(gòu)，提高鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。美國研究學(xué)者F.S.Lin等人通過對7系鋁合金展開研究，結(jié)果表明，7系鋁合金的疲勞強(qiáng)度會受到合金中Cu元素含量的影響。隨著Cu元素含量的增大，鋁合金的疲勞斷裂韌性會有所增加，焊接工藝性能也會變得越來越差，焊縫區(qū)組織容易出現(xiàn)熱裂紋。同時(shí)，Zn/Mg值還會影響Cu成分對材料疲勞斷裂的作用。Cu元素成分少，Zn/Mg值低時(shí)，材料疲勞斷裂的韌性越好。因此，將少量的Cu元素加入到鋁合金中，能有效地改善鋁合金的焊接性能。在鋁合金的元素組成中，Zr元素往往會占據(jù)0.05%~0.15%。這種元素可以與Al元素結(jié)合生成Al3Zr化合物，該物質(zhì)有兩種特征：一種是可以明顯細(xì)化晶粒的A13Zr，它具有四方形狀特征；而另一種是于熔化后在磨具凝固過程里產(chǎn)生的相，它具有球狀特征。不僅如此，Zr元素的含量也決定著合金組織晶粒的細(xì)化效果。Zr成分過大時(shí)，在鋁合金組織在凝固后形成中間相A13Zr，并逐漸變成形核的核心，鋁合金組織的晶粒也得到了細(xì)化；Zr成分較小時(shí)，Zr與鋁合金組織里的群聚原子群結(jié)合，生成了穩(wěn)定的原子群，在最后演變成平衡晶核。因此，在鋁合金中加入適量的Zr元素，能有效改善合金的疲勞韌性，提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，增大合金強(qiáng)度。合金中加入了一些Mn元素后，形成了的Al6Mn組織能對材料起到析出強(qiáng)化的作用。對冷變形加工來說，Mn元素的添加對材料在再結(jié)晶時(shí)影響很小，但在進(jìn)行熱加工工藝時(shí)，Mn的含量對其的再結(jié)晶影響巨大，再結(jié)晶溫度極大的提高。所以，在保存含錳鋁合金材料的工藝材料時(shí)，將其先進(jìn)行淬火工序，再保存。Mn元素的成分含量也影響到該合金的抗腐蝕性，成分在0.2%至0.4%時(shí)，材料的抗應(yīng)力腐蝕性得到明顯改善。Mn元素成分到達(dá)1%時(shí)，還能減小應(yīng)力裂紋傾向。Cr元素和Ti元素在合金中含量很少，它們能在熱處理工藝過程中改善晶粒的結(jié)構(gòu)，從而提升材料的性能[8]。鋁合金材料中加入Ti元素后，會生成化合物TiAl3，它能夠細(xì)化鋁合金組織中的晶粒，減少了焊接過程中的裂紋傾向[9]。材料中加入Cr元素后，會生成析出強(qiáng)化作用的化合物Al7Cr。Fe元素和Si元素會與鋁合金中的Al元素產(chǎn)生化合反應(yīng)，生成一系列的化合物，包括在Al7Cu2Fe、Mg2Si以及AlFeMnSi等，這些化合物都具有很高的熔點(diǎn)，在熱處理時(shí)受到的影響較小，容易形成沿?cái)嗔逊较虻膸罱M織。因此，一般將Fe、Si元素的含量嚴(yán)格控制在0.15%以下[10]，以此提高合金的組織性能。三、研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題主要研究內(nèi)容（1）查閱文獻(xiàn)資料，了解7005鋁合金特點(diǎn)及鋁合金材料焊接方法，確定課題研究思路；（2）結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)出7005鋁合金MIG焊實(shí)驗(yàn)方案和研究技術(shù)路線圖；（3）對不同送絲速度下的7005鋁合金MIG焊焊接接頭進(jìn)行顯微組織觀察（OM）、力學(xué)性能測試（顯微硬度、拉伸試驗(yàn)）及斷口形貌分析（SEM）；（4）分析送絲速度對7005鋁合金焊接接頭（焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)）微觀組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律；（5）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，結(jié)合專業(yè)所學(xué)以及參考文獻(xiàn)的知識，完成畢業(yè)論文的撰寫。解決關(guān)鍵問題本課題采用ER5183焊絲，在不同的送絲速度下對7005鋁合金板材進(jìn)行熔化極氬弧焊（MIG），在對接頭顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行觀察測試的基礎(chǔ)上，分析了送絲速度對7005鋁合金焊接接頭組織和性能的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上獲得了最佳的送絲速度參數(shù)，以期為該合金的工業(yè)化實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)參考。四、研究方法與進(jìn)度安排1.2022年2月28日到3月10日：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定論文的大概方向。2.2022年3月10日到3月15日：確定論文思路，查找畢業(yè)論文相關(guān)資料并完成開題報(bào)告。3.2022年3月15日到4月28日：總結(jié)文獻(xiàn)資料內(nèi)容，結(jié)合書本所學(xué)知識，完成論文初稿。4.2022年4月29日到5月10日：指導(dǎo)老師對初稿給予建議，完成第二稿。5.2022年5月11日到5月20日：修改論文，完成論文定稿。提交正式論文并準(zhǔn)備論文答辯。6.2022年5月21日到5月29日：畢業(yè)論文答辯。五、主要參考文獻(xiàn)（其中外文文獻(xiàn)不少于1篇）[1]AbeN,TsukamotoM.Weldingofaluminumalloywithahigh-powerdirectdiodelaser[J].ProceedingsofSPIE-TheInternationalSocietyforOpticalEngineering,2003,4973.[2]CaiDT,HanSG,ZhengSD,etal.Plasma-MIGHybridWeldingProcessof5083MarineAluminumAlloy[C]//MaterialsScienceForum.2016.[3]朱志民，董強(qiáng),，許鴻吉.多次補(bǔ)焊對A7N01P-T4鋁合金焊接接頭力學(xué)性能與組織的影響[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2018，4:75-79.[4]彭建，周綢，張丁非.高速列車用6N01鋁合金焊接接頭的組織與性能[J].金屬熱處理，2010，11:33-36.[5]陳澄，薛松柏，孫乎浩等.5083鋁合金TIG焊接頭組織與性能分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2014，35(1):37-40.[6]江大發(fā)，周禮，陳晶晶等.7000系鋁合金在軌道交通車輛車體中的應(yīng)用[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2019，42(1):31-35.[7]劉建，沈正超，何長樹.國產(chǎn)A6N01鋁合金型材MIG焊接頭的微觀組織與力學(xué)性能[J].材料與冶金學(xué)報(bào)，2014，3:181-185.[8]胡秀華，李龍，夏承東等.高強(qiáng)鋁合金TIG和MIG焊接接頭組織與耐腐蝕性能的研究[J].熱加工工藝，2020，49(13):24-27.[9]張楠，董現(xiàn)春，徐曉寧，楊建煒，章軍.Ti-Nb微合金化高強(qiáng)鋼的焊接接頭組織和性能[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2014，6：115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