開題報告薄板鋁合金TIG焊焊接工藝優(yōu)化設(shè)計與焊后質(zhì)量檢驗

1、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目：薄板鋁合金tig焊焊接工藝優(yōu)化設(shè)計與焊后質(zhì)量檢驗學(xué)生姓名 學(xué)號0715090151教學(xué)院系高職院專業(yè)年級焊接技術(shù)及其自動化2007級指導(dǎo)教師 職稱單位目錄1.選題目的及意義32.鋁合金焊接技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀42.1鋁合金焊接技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀42.2鋁合金焊接技術(shù)國外研究現(xiàn)狀53 .實驗內(nèi)容63.1實驗方案73.2實驗工藝流程圖93.3可行性分析103.4實驗的理論基礎(chǔ)及所用實驗設(shè)備103.4.1實驗理論基礎(chǔ)103.4.2實驗設(shè)備及耗材104預(yù)期實驗結(jié)果115工作進度安排116.參考文獻121.選題目的及意義鋁合金由于其質(zhì)輕，高強度和具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性

2、及耐腐蝕性，目前在人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，鋁合金常作為重要結(jié)構(gòu)件通過交流tig焊，mig焊，變極性等離子立焊（vppa）,激光-mig復(fù)合焊（l-mig復(fù)合焊），電子束焊，攪拌摩擦焊（fsw）焊接工藝實現(xiàn)有效連接。但在一些焊接方法中，由于焊接過程受焊接設(shè)備、生產(chǎn)成本、效率和施焊環(huán)境的影響，一些焊接方法在實際生產(chǎn)過程中并沒有得的到廣泛的推廣和應(yīng)用。tig焊由于鎢極所產(chǎn)生的電弧具有很好的穩(wěn)定性，焊接電流可調(diào)范圍廣，同時具有高的焊接可靠性并能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)的焊接連接，得到質(zhì)優(yōu)形美的焊縫，尤其是對鋁、鎂、鈦、銅等有色金屬及其合金、不銹鋼、耐熱鋼、及添加如鉬、鈮、

3、鋯等難熔金屬的高溫合金鋼等金屬的焊接具有很好的焊接焊接工藝性，因而在實際生產(chǎn)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。焊接時，焊縫金屬主要靠惰性氣體保護，所以可以不用溶劑，從而避免了焊后殘渣對焊接接頭的腐蝕，也避免了焊后清渣，而且接頭形式也可以不受限制。此外保護氣體不溶于金屬，故在焊縫中不形成氣孔。同時tig焊焊接接頭的質(zhì)量比氣焊搞得多，接頭強度一般可達母材強度的90%-100%。但是由于tig焊是不用溶劑，所以焊前清理的要求要比其他焊接方法嚴(yán)格。由于鋁合金tig焊焊接質(zhì)量好、操作技術(shù)容易掌握，所以在目前鋁合金焊接中被廣泛應(yīng)用。但由于tig焊保護氣體氬氣沒有脫氧和去氫作用，加之在母材和填充材料的表面粘附和吸附

4、的水分、有機物、腐蝕生成物在電弧熱源的作用下分解所產(chǎn)生的氫，使鋁合金的焊接極易出現(xiàn)氣孔和夾雜等焊接缺陷。除此之外，鋁合金焊接過程中還易產(chǎn)生如焊接變形，咬邊，未焊透，夾鎢等焊后缺陷。針對這些焊接缺陷，本實驗主要通過對同種焊接材料采用不同的焊接工藝，通過直流脈沖頻率的變化，焊接輸入電流和電壓之間的變化關(guān)系，通過最后的焊接檢驗，優(yōu)化工藝設(shè)計，找到薄板鋁合金適宜的焊接參數(shù)。2.鋁合金焊接技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1鋁合金焊接技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀鋁合金焊接工藝的研究在國內(nèi)起步較晚，但自上世紀(jì)年代末以來，我國的鋁合金焊接工藝研究隨著現(xiàn)代工業(yè)的需要也得到快速發(fā)展。在2001年，上海金通電子設(shè)備有限公司研制了lhme

5、-315型igbt雙重逆變式vppa w機及配套裝置，這是國產(chǎn)第一代vppaw焊接設(shè)備。該設(shè)備廣泛應(yīng)用于鋁合金變極性粒子弧焊電源，為鋁合金焊接電源的選擇開辟了新的方向。通過微機控制，利用igbt一次逆變電源的高效率、高電弧鎮(zhèn)定度，以及次級igbt二次逆變的高效變流，可獲得約84%的電源總效率，100%的滿額負(fù)載率，長電弧恒流外特性，具備獨立控制的副弧電源和高頻引弧、脈沖穩(wěn)弧，以及離子氣隨焊接電流緩升、緩降控制裝置。在交流焊接時不需高頻穩(wěn)弧，可大范圍改變?nèi)凵詈颓鍜邔挾?。設(shè)備能在電弧穩(wěn)定度焊接效率、焊縫成形、表面清掃和電橋噴嘴壽命間進行良好的l辦調(diào)，滿足最佳工藝要求。另外，該公司還研制了lhme-

6、500型igbt雙重逆變式vppaw焊機及配套的ga c s ooa等離子焊炬、12 kw大功率循環(huán)冷卻裝置，這是目前國產(chǎn)最高參數(shù)等級的新一代vppaw設(shè)備?；钚詔ig 工藝通過在tig 焊前將很薄的一層表面活性劑涂敷在施焊板材表面，然后再進行正常焊接，在保證焊縫質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過改變電弧收縮和熔池流動使得焊接熔深顯著增加，可達到傳統(tǒng)tig 焊的2- 3 倍，從而大大提高了焊接生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本5。相對于傳統(tǒng)的tig焊，活性tig焊具有三大突出優(yōu)點：焊接熔深大，生產(chǎn)效率高；對施焊材料中所含的微量元素不敏感；焊接熔深穩(wěn)定，應(yīng)用領(lǐng)域廣，易實現(xiàn)自動化焊接。目前焊接鋁合金常用的活性劑有caf2、

7、tio2、sio2 及鹵化物等。攪拌摩擦焊是一種固相焊接技術(shù)，它利用一種特殊形狀的攪拌工具，旋轉(zhuǎn)著插入被焊工件，然后沿著焊縫運動，通過攪拌工具的軸肩與材料摩擦產(chǎn)生熱量，使焊材加熱到塑性狀態(tài)，通過塑性變形，破壞接合面的氧化膜和金屬晶粒，使得處于熱塑性狀態(tài)的金屬在焊接區(qū)域轉(zhuǎn)移過渡，經(jīng)過軸肩擠壓塑性金屬而形成焊接接頭8。具有以下優(yōu)點：a、幾乎無缺陷,焊接接頭綜合力學(xué)性能優(yōu)異；b、焊后幾天變形,殘余應(yīng)力小；c、適應(yīng)范圍廣；d、焊接成本低；e、焊縫質(zhì)量對人的依賴程度很低。但是攪拌摩擦焊也存在一定的局限性：攪拌摩擦焊僅適合于規(guī)則焊縫（直縫、環(huán)縫），而且設(shè)備復(fù)雜，對工件形狀的適應(yīng)性差9；焊接速度比熔焊要低；

8、接頭部間隙的容許范圍比熔焊小;焊后接合部終端殘存鑰孔;不能三維曲面施工。2.2鋁合金焊接技術(shù)國外研究現(xiàn)狀近年來，隨著航空航天工業(yè)和陸地輕型交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，各種新型結(jié)構(gòu)工程材料都得到飛速發(fā)展，但面對工業(yè)發(fā)展背后所承受的極大能源和環(huán)境負(fù)擔(dān)。尋找一種高強度，輕型，節(jié)能，環(huán)保的材料已成為交通運輸、航空航天降低對環(huán)境的污染,提高燃料的利用率的最主要途徑1。鋁合金由于比強度高而倍受這些行業(yè)的青睞。此外，鋁合金還有良好的耐蝕性、導(dǎo)電性、延展性，且外形美觀等一系列性能優(yōu)點。隨著材料科學(xué)、加工技術(shù)的發(fā)展，鋁合金在工業(yè)中的應(yīng)用比重越來越大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛。焊接作為鋁合金工程構(gòu)件最主要連接方法，隨著現(xiàn)代新

9、型工業(yè)的發(fā)展，鋁合金的焊接技術(shù)隨著工業(yè)需求飛速發(fā)展。早在1998 年，由肯塔基大學(xué)的機器人及制造系統(tǒng)中心和美國國家科技基金資助而研制的雙焊槍tig焊，采用恒定的方波交流電流，兩把焊槍正向?qū)α⒎植迹謩e指向工件正反兩面，不僅雙面成形而且一部分電流從一把焊槍通過工件傳到另一把焊槍，再回到電源。這種電流的流動使得電弧更加集中，熔深增加，減少厚板的焊接層數(shù)。同時還由于降低了熱輸入，使haz 范圍減少，裂紋出現(xiàn)率降低，焊后變形小。此外，此焊接法不需要使用填充焊絲，因此不會使合金成分發(fā)生很大的改變，提高了焊縫質(zhì)量而且降低了生產(chǎn)成本6。后來，y. m. zhang 和s. b. zhang 用此法對6061

10、 鋁合金進行了焊接，對于9.5 毫米厚的鋁板可以在不預(yù)熱的情況下，僅用150a 電流和焊接速度為2mm/s 單道焊就可以充分焊透。與傳統(tǒng)的交流tig焊相比，雙槍tig焊不僅可以簡化焊接工藝、節(jié)省能量而且其焊縫強度和延展性都高于普通的交流tig焊7。另外，在鋁合金中厚板焊接方面，芬蘭kemppi 焊研公司通過對鋁合金焊接電源的研究，在2001 在市場上推出的一款全數(shù)字化脈沖(double pulse)mig 焊機kemppi pro evolution，使得送絲速度與脈沖頻率調(diào)節(jié)在焊接過程中自動吻合適應(yīng)而提高焊接質(zhì)量，進一步提高了焊接效率和可施焊母材的厚度3。除此之外，美國航空航天管理局(nan

11、a)對鋁合金焊接電源的變極性進行了大量的研究,成功研制了以變極性等離子弧焊工藝(vppaw)為核心的焊接技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備,并成功地實現(xiàn)了厚板鋁合金構(gòu)件的焊接4。綜上所述，未來鋁合金焊接的有些發(fā)展趨勢有：a.生產(chǎn)力不斷提高，焊接質(zhì)量增強。隨著研究的深入，鋁合金焊接技術(shù)理論更加成熟，許多焊接問題迎刃而解，并對焊接工藝進行改善。b.進一步提高機械化。焊接機器人，數(shù)控技術(shù)等應(yīng)用在鋁合金焊接中，并逐漸的到推廣，以減少因為人為操作失誤而造成焊接的缺陷。c.繼續(xù)尋找更有效率的焊接工藝和方法。通過新設(shè)計新方法來提高鋁合金可焊性。諸如復(fù)合焊和攪拌摩擦焊新工藝已經(jīng)出現(xiàn)。d.與其他技術(shù)相結(jié)合。在國內(nèi)外焊接研究中，我

12、們能清楚看到電子元件、計算機技術(shù)以及數(shù)字通訊的發(fā)展影響著焊接及其設(shè)備的發(fā)展。3 .實驗內(nèi)容針對薄板鋁合金焊接時存在易燒穿、氣孔和焊接變形等工藝缺陷,本次實驗主要針對薄板鋁合金tig焊方法中的燒穿問題，焊接變形問題，氣孔問題問題進行研究。a.燒穿問題：大量的薄板焊接試驗證明,燒穿是薄板電弧焊時的主要問題之一,其產(chǎn)生與熔池受力密切相關(guān)。水平焊時, 熔池主要承受如下幾種力:1) 熔融金屬的重力f重, f重決定于熔池金屬量的多少;2) 電弧吹力f電弧, f電弧主要由電流大小決定;3) 熔池金屬表面張力f表, f表除與金屬種類有關(guān)外,還與熔池表面狀態(tài)有關(guān)。4) 固、液態(tài)金屬的附著力和液態(tài)金屬的內(nèi)聚力都是

13、保持熔池的內(nèi)力,對燒穿的影響可不計。b.焊接變形問題：焊接過程是一個局部加熱和冷卻的過程。在焊接熱作用下,形成焊接溫度場,材料受到不均勻的加熱和冷卻,會造成不均勻的應(yīng)力狀態(tài),形成不同程度的應(yīng)力變形及應(yīng)變。而薄板由于其自身拘束度小,焊接時變形較大。其中以波浪變形最為嚴(yán)重,且很難矯正。鋁及其合金等一些熱膨脹系數(shù)較大的材料,變形尤為嚴(yán)重。因此,對于薄板的焊接,如何獲得美觀而無變形的焊縫是首先要解決的問題c.氣孔問題: 焊接過程中,熔池周圍充滿著成分復(fù)雜的各種氣體,這些氣體主要來自周圍的空氣,焊件上的雜質(zhì)如鐵銹、油漆、油脂等受熱后所產(chǎn)生的氣體。如果這些氣體析出,就不會產(chǎn)生氣孔。但是如果氣體的產(chǎn)生正處在

14、熔池的結(jié)晶過程中,而結(jié)晶過程進行較快時氣體來不及析出熔池,就會殘留在焊縫金屬中形成氣孔。氣孔是體積性缺陷,對焊縫金屬的性能影響很大,其危害性主要是降低焊縫的承載能力。如果氣孔穿透焊縫表面,特別是穿透接觸介質(zhì)的焊縫表面,介質(zhì)積存在孔穴內(nèi),當(dāng)介質(zhì)有腐蝕性時,將形成集中腐蝕,孔穴逐漸變深、變大,以至腐蝕穿孔而泄漏 10 。通過改變電流和焊接速度來對上面幾種可能出現(xiàn)的問題進行分析，找出適當(dāng)?shù)姆乐勾胧?，從而找出適當(dāng)?shù)暮附臃绞椒椒▉韮?yōu)化薄板鋁合金的tig焊的焊接技術(shù)。本次實驗的主要內(nèi)容：1焊接的焊前準(zhǔn)備，設(shè)計接頭形式、準(zhǔn)備焊接工具。2焊接變形及控制先準(zhǔn)備薄板鋁合金兩組試驗對比材料，然后確定焊接方法、焊接參

15、數(shù)和焊接順序。3焊后處理先要清楚焊件表面殘渣，然后進行焊件表面處理，在確認(rèn)焊件是否有比較明顯缺陷而需要返修。4焊后質(zhì)量檢驗階段先進行外觀檢驗，再進行機械性能試驗和強度試驗。5通過焊后質(zhì)量檢驗，講兩組材料的焊接試驗數(shù)據(jù)進行對比，分析焊接過程中容易出現(xiàn)的缺陷，從而找到防止缺陷的有效處理方法，進而優(yōu)化薄板鋁合金的焊接技術(shù)。3.1實驗方案焊前準(zhǔn)備：選擇焊接材料（薄板鋁合金），對材料進行接頭設(shè)計和接頭準(zhǔn)備，一般采用卷邊對接形式；然后對板材進行清理（脫脂去油清理，化學(xué)清理，機械清理），放在不銹鋼墊板上，并用專門的卡具保證焊件接縫的平直度及防止錯邊等。然后確定焊接方法，薄板一般用單道焊進行焊接，鎢極選用鈰鎢

16、極做電極，保護氣體選用氬氣為保護氣體，因為氬氣比空氣重且是惰性氣體，不漂浮散失有利于保護作用。焊接變形及控制：此階段實驗分兩步做，分別是在相同的焊接速度下用不同的焊接電流和在相同的焊接電流下用不同的焊接速度對薄板鋁合金進行焊接。在此前也要確定是否需要添加填充材料。確定焊接順序，正確的焊接順序是控制和減少焊接變形的主要方法。同時對于一個焊道一旦開始焊接就要一直焊完。焊后處理：焊接完成后先要進行清除殘渣，表面處理以避免造成不良的后果，然后進行焊縫的整形和缺陷處理，同時通過觀察和分析確認(rèn)是否需要進行焊后返修。焊縫質(zhì)量檢驗：焊接完成及處理后先進行焊縫外觀檢查，看是否有氣孔，裂紋之類的可見缺陷，如果有需

17、要及時處理或返修。外觀檢查合格后進行機械性能和接頭強度的檢測。記錄好實驗數(shù)值，通過分析來完善優(yōu)化焊接技術(shù)。3.2實驗工藝流程圖鋁和鋁合金的tig焊是一種精細(xì)的工藝過程，必須注意從材料準(zhǔn)備到焊接質(zhì)量檢驗全過程中的各個環(huán)節(jié)11。焊前準(zhǔn)備接頭設(shè)計接頭準(zhǔn)備焊前清理墊板焊接工具夾焊接變形及控制焊接方法確定焊接參數(shù)的確定焊接順序的確定焊接材料的選擇焊后處理清楚殘渣焊件的表面處理焊縫的整形和焊后缺陷的返修焊縫質(zhì)量檢驗外觀檢驗接頭機械性能檢驗強度試驗3.3可行性分析 鋁合金tig焊的實驗是可行的，實驗室具備實驗相關(guān)的各種設(shè)備和材料，同時在實驗過程中改變焊接參數(shù)來獲得不同的焊接接頭效果，在實驗室可以通過改變電流

18、、電壓大小來獲得不同的焊接參數(shù)，因此該實驗完全在實驗室完成。同時在焊后質(zhì)量檢驗階段，對于接頭機械性能檢測和強度測驗也可以在實驗室完成，實驗室有相應(yīng)的檢測儀器可以完成正個實驗過程。因此該實驗是可行的。3.4實驗的理論基礎(chǔ)及所用實驗設(shè)備3.4.1實驗理論基礎(chǔ)鋁合金tig焊的優(yōu)化可以通過比較在相同材料的條件下改變焊接參數(shù)來，不同的焊接參數(shù)焊接的效果是不同的，比如在相同電壓條件下用不同的電流焊接出來的焊接接頭的強度、缺陷是不同的，通過對比不同焊接參數(shù)下的焊接效果來完善和提升tig焊的焊接工藝。3.4.2實驗設(shè)備及耗材鎢極材料使用純鎢電極；保護氣體使用氬氣；焊機使用交流/直流兩用手工鎢極氬弧焊機；鋁合金

19、板材用3mm左右的開了坡口的板材；專門固定焊件的卡具；墊板 4預(yù)期實驗結(jié)果1、掌握薄板鋁合金tig焊焊接工藝；2、分析各種焊接參數(shù)對tig焊焊后質(zhì)量的影響及常見的焊接缺陷產(chǎn)生的原因；3、優(yōu)化tig焊焊接工藝參數(shù)；4、完成英文文獻的翻譯;5、完成畢業(yè)論文的書寫；5工作進度安排序號設(shè)計（論文咯階）段內(nèi)容起止日期1 準(zhǔn)確理解任務(wù)書，調(diào)研文獻，查閱資料，翻譯相關(guān)英文資料，完成開題任務(wù)書的書寫，準(zhǔn)備開題答辯1-3 周2設(shè)計實驗總體方案，書寫實驗計劃4 周 3按照實驗方案進行實驗研究5-13 周 4處理實驗數(shù)據(jù)、補充部分實驗，書寫畢業(yè)論文14-15 周 5修改論文，準(zhǔn)備答辯16 周 6.參考文獻1 張少華.鋁合金在汽車上應(yīng)用的進展j .汽車工業(yè)研究,2003 (3) :36-39.2 zhang, y. m., and zhang, s. b. 1998.double-sided arc welding increasesweld jointpenetration.welding journal 77 (6) : 57-613 pasi hiltunen.kemppi pro-evolution doublepulse and aluminium welding j .pronews, 2002 (2) : 10-1