【鋁合金MIG高速焊角接工藝開題報告3400字】

PAGE開題報告課題名稱鋁合金MIG高速焊角接工藝學院專業(yè)班級學生姓名學號指導教師單位/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技術的發(fā)展，使得人們對于金屬材料的性能和應用提出了更高的要求。21世紀以后，節(jié)能、環(huán)保以及運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生活當中。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、強度大、焊接性能好，在機械制造和交通運輸領域受到廣泛應用。但鋁合金的化學性質非常活潑，在空氣中很容易與氧氣反應生成表面的氧化膜，而且這層氧化膜的熔點很高，密度與鋁十分接近，再加上鋁合金的導熱性能好，所以利用傳統(tǒng)工藝焊接時，很容易導致未焊透、氣孔以及夾渣等缺陷的產生。當下國內的鋁合金焊接工藝大多采用的是惰性氣體保護焊，簡稱MIG(Metalinertiagas)焊。但是因為焊接熱傳導在焊接不同位置有不同的影響，會導致焊接接頭的組成和性能發(fā)生很大改變，降低焊接結構的強度，限制了其應用范圍，所以本研究圍繞7005鋁合金MIG焊的焊接接頭展開，進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、國內外研究現(xiàn)狀20世紀初問世的鋁合金，憑借著強度高、密度小等一系列優(yōu)越性能逐漸占領了交通運輸領域的市場，成為了地鐵、高鐵以及輕軌等眾多運輸工具的重要材料。7005鋁合金是7系可熱處理強化鋁合金，它不僅具有較好的力學性能、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，屬于中高強度可焊接鋁合金，而且還具備良好的應力腐蝕傾向。7005鋁合金主要作為擠壓的結構件，它一般會應用于焊接和釬焊結構要求斷裂韌性較高的焊接結構，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性能，被廣泛應用于交通運輸領域，如圖1-1所示。我國在20世紀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的主要材料。與傳統(tǒng)的Al-Mg系合金不同，7005鋁合金的強度和性能更加優(yōu)秀，因而應用范圍更大。（a）鋁合金桁架（b）鋁合金制造的飛機圖1-17005鋁合金的應用在Al-Zn-Mg系合金的元素組成中，Zn和Mg占據相對較大的比例，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鋁合金中起著至關重要的作用。合金的性能主要取決于它們之間的比例關系，當Zn和Mg的比例較高時，合金的強度較高，熱處理效果和應力腐蝕效果也較好；當它們的比例較低時，會導致鋁合金的強度下降，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，結晶時幾乎全部進入固溶體，高溫下加熱時，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構，提高鋁合金的抗應力腐蝕性能。美國研究學者F.S.Lin等人通過對7系鋁合金展開研究，結果表明，7系鋁合金的疲勞強度會受到合金中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，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，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0.05%~0.15%。這種元素可以與Al元素結合生成Al3Zr化合物，該物質有兩種特征：一種是可以明顯細化晶粒的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化效果。Zr成分過大時，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化；Zr成分較小時，Zr與鋁合金組織里的群聚原子群結合，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，提高合金的抗應力腐蝕性能，增大合金強度。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化的作用。對冷變形加工來說，Mn元素的添加對材料在再結晶時影響很小，但在進行熱加工工藝時，Mn的含量對其的再結晶影響巨大，再結晶溫度極大的提高。所以，在保存含錳鋁合金材料的工藝材料時，將其先進行淬火工序，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，材料的抗應力腐蝕性得到明顯改善。Mn元素成分到達1%時，還能減小應力裂紋傾向。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構，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元素產生化合反應，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，在熱處理時受到的影響較小，容易形成沿斷裂方向的帶狀組織。因此，一般將Fe、Si元素的含量嚴格控制在0.15%以下[10]，以此提高合金的組織性能。三、研究內容及擬解決的關鍵問題主要研究內容（1）查閱文獻資料，了解7005鋁合金特點及鋁合金材料焊接方法，確定課題研究思路；（2）結合實驗條件，設計出7005鋁合金MIG焊實驗方案和研究技術路線圖；（3）對不同送絲速度下的7005鋁合金MIG焊焊接接頭進行顯微組織觀察（OM）、力學性能測試（顯微硬度、拉伸試驗）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)）微觀組織及力學性能的影響規(guī)律；（5）整理實驗數據和結果，結合專業(yè)所學以及參考文獻的知識，完成畢業(yè)論文的撰寫。解決關鍵問題本課題采用ER5183焊絲，在不同的送絲速度下對7005鋁合金板材進行熔化極氬弧焊（MIG），在對接頭顯微組織和力學性能進行觀察測試的基礎上，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，在此基礎上獲得了最佳的送絲速度參數，以期為該合金的工業(yè)化實際應用提供技術參考。四、研究方法與進度安排1.2022年2月28日到3月10日：查閱相關文獻，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)論文相關資料并完成開題報告。3.2022年3月15日到4月28日：總結文獻資料內容，結合書本所學知識，完成論文初稿。4.2022年4月29日到5月10日：指導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（其中外文文獻不少于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,，許鴻吉.多次補焊對A7N01P-T4鋁合金焊接接頭力學性能與組織的影響[J].制造技術與機床，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].焊接學報，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用[J].電力機車與城軌車輛，2019，42(1):31-35.[7]劉建，沈正超，何長樹.國產A6N01鋁合金型材MIG焊接頭的微觀組織與力學性能[J].材料與冶金學報，2014，3:181-185.[8]胡秀華，李龍，夏承東等.高強鋁合金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微合金化高強鋼的焊接接頭組織和性能[J].材料熱處理學報，2014，6：115-120.[10]王同舉.6009鋁合金激光-MIG復合焊焊接工藝及接頭組織性能研究[D].成都：西南石油大學.2015.[11]常艷君，董俊慧，張毅.6061鋁合金焊接接頭的組織與性能分析[J].焊接，2006，1:21-26.[12]肖靜，尹志民，雷學鋒等.EffectsofminorSconmicrostructureandmechanicalpropertiesofAl-Zn-Mg-Zralloyweldedjoint[J].中國有色金屬學