焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响__墨水学术,论文发表,发表

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      摘要：铝合金因其诸多优点被誉为工程领域内的“机会金属”、“希望金属”，在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械和宇航工业等各种结构方面的应用在不断扩大，而由于铝合金的特性，铝合金的焊接一直是工业生产的难点。本文针对常用的5083铝目前缺乏理想的国产化配套焊接材料问题，采用了两种不同的焊接填充材料进行手工TIG平板对焊实验。通过对比试验后发现，焊接材料和工艺不同，所得到的焊接接头性能也不同，采用进口ER5183焊丝所焊接焊接接头的性能最好。
      关键词：焊接材料；工艺；焊接性能
 
1 引言
      铝合金及其加工材料具有一系列优良特性，如：密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易进行表面处理、良好的加工成型性以及高回收再生性等优点，铝在地球中的储量极其丰富，仅在氧和硅之后蕴藏量居第三位。随着工业技术的高速发展，对汽车、飞机的性能要求越来越高，对其产品所使用的材料及性能提出了更高的要求[1]。同时降低能源消耗、减少环境污染、节约地球有限资源成为产品设计师面临的十分重要与紧迫的任务，具有优良物理、化学特性的铝及铝合金受到了越来越多的关注[2]。本文讨论了焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响。
2 铝合金的焊接特性分析
2.1铝合金种类和性能
      在铝中加入铜、镁、锰、硅、锌、钒和铬等元素，可获得不同性能的铝合金根据其化学成分和制造工艺，可分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。形变铝合金又可分为热处理强化和非热处理强化型铝合金[3]。铝合金的二元相图如图1所示，图中最大溶解度n点是分界线。n点以右的合金存在着共晶组织，流动性较好，因此适宜于铸造，是铸造铝合金。n点以左的合金称作变形合金，属于热处理强化型合金；成分在m点以左的合金，其固溶体成分不随温度而变，属于非热处理强化型合金，这种合金系统不能通过热处理来提高其力学性能，而只能用冷作变形强化。
 
图1 铝合金的二元相图
2.2 铝合金的焊接特性
铝及铝合金与黑色金属相比，具有不同的特点，因此用来作焊接结构时，就需要了解其以下不同的物理、化学特性[4]：
1、纯铝的熔点为660℃，而铝合金的熔化温度随着合金种类的不同而不同，其范围在530~650℃之间，但都比钢和铜的熔点低，所以容易熔化。
2、铝容易和氧化合生成致密的氧化膜，它虽然很薄，但粘着力强、耐高温，焊接时将妨碍基体和填加金属的熔合。
3、 液体铝对氢的溶解吸收大致与铁和铜相同。溶解于焊接接头中的氢气来源于焊接火焰、电弧气氛、溶剂和金属表面的污染、与氧化膜同时存在的水分以及大气中的潮气等。
4、铝的线膨胀系数约为钢的两倍，纯铝结晶时体积收缩率达7%，铝合金的收缩率平均也达5%。
5   焊接热会使基体金属的某些部位的机械性能变坏，并且焊接热输入量愈大，性能降低的程度也愈明显。
2.3 铝合金焊接的主要问题
      焊缝金属是典型的激冷结晶组织，在许多情况下，不仅结晶速度和冷却速度极快，而且还可以看到自基体金属的外延生长、随着焊接热源的移动而产生的粒生长方向的变化和显著的搅拌等焊接所特有的结晶现象；焊接裂纹是焊接接头的最主要缺陷之一，可分为焊道金属中的纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、显微裂纹和焊根裂纹以及热影响区中的焊趾裂纹、层状撕裂和熔合线区附近的显微裂纹；焊接接头中的气孔是仅次于焊接裂纹的重要缺陷，与其它金属材料相比，铝合金的焊接接头容易产生气孔；夹渣是较重要的焊接缺陷，在铝焊缝中有金属的和非金属的两种形式，应尽量避免；未熔

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