鋁合金強(qiáng)制冷卻焊接工藝研究

1、 鋁合金強(qiáng)制冷卻焊接工藝研究 摘要：近年來(lái)我國(guó)科技水平的提升，人們對(duì)建設(shè)行業(yè)的要求也在越來(lái)越高。城市軌道交通車(chē)輛的車(chē)體材料主要包括鋁合金、不銹鋼和碳素鋼。其中，采用鋁合金制作的車(chē)體具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、外觀(guān)平整度好、可二次利用、環(huán)保、自動(dòng)化焊接范圍大等諸多優(yōu)點(diǎn)。鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容均比碳素鋼高，在焊接鋁及鋁合金時(shí)，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量會(huì)迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部，熱輸入量過(guò)多容易使焊件晶粒粗大。因此，如何在保證焊接接頭熔合良好的前提下控制熱輸入量，對(duì)于保障鋁合金材料的焊接質(zhì)量具有重要的意義。本文就鋁合金強(qiáng)制冷卻焊接工藝展開(kāi)探討。關(guān)鍵詞：鋁合金；強(qiáng)制冷卻；焊接工藝引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和科技

2、社會(huì)的日新月異，鋁合金焊接技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。鋁合金焊接技術(shù)具有導(dǎo)熱性好、延展性好、抗氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并被廣泛地應(yīng)用于我國(guó)各項(xiàng)重工業(yè)之中。1 鋁合金焊接技術(shù)的應(yīng)用隨著鋁合金在社會(huì)各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，鋁合金焊接技術(shù)也得到了快速發(fā)展，在眾多的鋁合金焊接技術(shù)中，以穿孔性等離子弧立焊以及雙焊槍tig焊等為代表的鋁合金焊接技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，很多新型的鋁合金焊接技術(shù)也得到了比較廣泛的應(yīng)用，新型的鋁合金焊接技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的焊接技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，是非常優(yōu)秀的鋁合金焊接技術(shù)。此外，激光鋁合金焊接技術(shù)也得到了工業(yè)界的廣泛認(rèn)可，綜合激光焊接技術(shù)優(yōu)勢(shì)和電弧焊接技術(shù)優(yōu)勢(shì)的激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)也開(kāi)始受到人們的廣泛關(guān)注。隨

3、著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)以及航空航天事業(yè)也越來(lái)越注重低污染、高效率的生產(chǎn)模式，所以如何實(shí)現(xiàn)車(chē)輛、飛機(jī)、火箭等質(zhì)量的降低，提升燃料的使用效率成為相關(guān)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)考慮的因素。鋁合金是一種性能優(yōu)良的金屬，它不僅具有很高的強(qiáng)度，而且具有美觀(guān)的外形、極強(qiáng)的抗腐蝕性和良好的延展性，能夠促進(jìn)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，鋁合金在我們的生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也為我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了很大的便利，所以我們要加強(qiáng)對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的應(yīng)用和研究，提高鋁合金的焊接效率，提升鋁合金在我們生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用效率。鋁合金的焊接技術(shù)包括很多種，傳統(tǒng)的鋁合金焊接技術(shù)主要有tig焊、mig焊以及等離子焊等，

4、這些傳統(tǒng)的鋁合金焊接技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展過(guò)程，技術(shù)應(yīng)用也已經(jīng)相當(dāng)成熟。tig焊又叫非熔化極惰性氣體鎢極保護(hù)焊，這種焊接技術(shù)在金屬焊接領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，在使用tig焊技術(shù)進(jìn)行焊接時(shí)，以金屬材料作為正極，以鎢極作為負(fù)極，利用電弧作為焊接的能量來(lái)源，當(dāng)電壓和電流升高時(shí)，能夠使鎢極在惰性氣體的保護(hù)下產(chǎn)生電弧，把金屬材料焊接在一起。并且在使用tig焊技術(shù)進(jìn)行焊接的過(guò)程中，產(chǎn)生的電弧還能夠清除金屬材料表面的氧化膜，對(duì)鋁合金材料的質(zhì)量起到一定的保護(hù)作用。mig焊又叫熔化極惰性氣體保護(hù)焊，mig焊技術(shù)和tig技術(shù)具有很大的相似之處，但是在使用mig焊技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行焊接時(shí)，負(fù)極使用的并不是鎢極，而

5、是采用能夠熔化的負(fù)極材料，比如金屬絲等。在使用mig焊技術(shù)對(duì)鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)，負(fù)極焊接材料會(huì)熔化到焊接池中與鋁合金材料融合在一起，由于在使用mig焊技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行焊接時(shí)，需要一定的惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，所以一定要注意防止空氣進(jìn)入焊接環(huán)境中。使用mig焊進(jìn)行鋁合金焊接的工藝非常簡(jiǎn)單不會(huì)對(duì)鋁合金本身的性質(zhì)造成影響。等離子焊也是鋁合金焊接中常用的焊接方式，早期等離子焊是以平焊方式出現(xiàn)的，但是后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)立焊能夠增加鋁合金的可焊厚度，還能夠提高焊縫的成型穩(wěn)定性，所以等離子立焊開(kāi)始在鋁合金焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)也越來(lái)越滿(mǎn)足不了現(xiàn)代化的鋁合金焊接需求，需要我們加強(qiáng)對(duì)鋁合金

6、焊接技術(shù)的革新與完善，推動(dòng)鋁合金行業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和進(jìn)步。2 鋁合金焊接技術(shù)的特點(diǎn)（1）熔點(diǎn)。鋁合金的熔點(diǎn)高，很穩(wěn)定，在焊接的過(guò)程中，能夠起到吸潮的作用。但同時(shí)，焊接的過(guò)程中，鋁金屬的表面極易產(chǎn)生氣泡等缺陷，所以在焊接的過(guò)程中要注意隨時(shí)清除鋁合金表面的氧化鋁薄膜，防止氣泡影響到最終的產(chǎn)品質(zhì)量。（2）抗氧化。鋁合金焊接的過(guò)程中，會(huì)達(dá)到鋁的熔點(diǎn)，表面鋁金屬融化，由于金屬鋁極易氧化，在已經(jīng)融化的鋁金屬即將滴落時(shí)，鋁金屬會(huì)和空氣中的氧氣迅速結(jié)合，形成致密的氧化鋁薄膜，附著在金屬表面，阻止內(nèi)部已融化的鋁金屬進(jìn)一步低落。此時(shí)，若是想要進(jìn)一步進(jìn)行鋁合金的焊接過(guò)程，就要換用功率更大的焊接儀器，采用大功率密

7、度的焊接工藝。3 強(qiáng)制冷卻焊接工藝的研究現(xiàn)狀與意義目前已有眾多學(xué)者對(duì)強(qiáng)制冷卻焊接工藝進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在采用強(qiáng)制冷卻焊接工藝后，焊縫的熱影響區(qū)范圍明顯縮小，焊核晶粒尺寸明顯減小，且焊接材料的抗拉強(qiáng)度和塑性延伸率明顯高于常規(guī)自然冷卻狀態(tài)下的焊接質(zhì)量。由此可知，強(qiáng)制冷卻焊接工藝有助于降低鋁合金焊縫的熱影響區(qū)和晶粒尺寸，對(duì)于提高鋁合金材料焊接質(zhì)量具有重要的意義。4 冷卻介質(zhì)對(duì)fsw接頭性能的影響由于fsw熱循環(huán)引起的沉淀強(qiáng)化的惡化而形成了由焊核區(qū)(wnz)，熱機(jī)影響區(qū)(tmaz)和熱影響區(qū)(haz)組成的軟化區(qū)，從而使fsw接頭的力學(xué)性能低于母材。因此，要提高接頭的力學(xué)性能，就要降低焊接熱循環(huán)對(duì)接頭的

8、軟化效果，而冷卻介質(zhì)在這一方面具有較好的作用。對(duì)2219鋁合金進(jìn)行了水下fsw，結(jié)果表明，tmaz和haz的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)弱化程度明顯減弱，從而使軟化區(qū)明顯變窄，硬度值也有所提高。焊接速度在50150mm/min范圍內(nèi)，接頭的最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到347mpa，達(dá)到母材的80%。分別在空氣和水中對(duì)超細(xì)晶累積疊軋焊鋁合金進(jìn)行了fsw。研究表明，空氣中的fsw接頭由于晶粒長(zhǎng)大而引起晶粒粗化，導(dǎo)致焊核區(qū)的硬度值低于母材。水環(huán)境中與攪拌頭軸肩接觸的fsw接頭表面，由于此區(qū)域在劇烈塑性變形的同時(shí)具有極高的冷卻速度，硬度值甚至高于母材的平均硬度值。在拉伸實(shí)驗(yàn)中，兩種試樣的斷裂部位均位于焊核區(qū)，這與它們最小硬度值的

9、出現(xiàn)的位置相吻合。水下fsw接頭的抗拉強(qiáng)度約為母材的85%，空氣中fsw接頭的抗拉強(qiáng)度僅為母材的63%。這表明通過(guò)水下fsw，接頭的抗拉強(qiáng)度比空氣中fsw接頭顯著提高。分別在空氣、熱水(約90)和冷水(約8)中對(duì)熱軋后經(jīng)自然時(shí)效處理的7075鋁合金進(jìn)行fsw。研究結(jié)果表明，熱水對(duì)焊接接頭熱影響區(qū)第二相粗化的限制作用較冷水的限制作用更為明顯，從而使接頭獲得了更好的拉伸性能，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了母材的92%，伸長(zhǎng)率為150%。與空氣中fsw接頭相比，在冷水和熱水中的fsw接頭的抗拉強(qiáng)度分別提高了5%和14%，而在冷水中的fsw接頭的伸長(zhǎng)率卻有所下降。這表明在熱水中進(jìn)行fsw是提高焊接接頭強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率的最好方法。在三種環(huán)境下的斷裂均發(fā)生在焊接接頭的最低硬度值出現(xiàn)的位置，冷水和熱水中的fsw接頭拉伸斷口呈現(xiàn)出韌窩斷口和準(zhǔn)解理斷口的混合形態(tài)，而在空氣中的斷口形態(tài)僅為韌窩斷口。結(jié)語(yǔ)隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多新型的鋁合金焊接技術(shù)也開(kāi)始逐漸得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的推動(dòng)，鋁合金焊接新技術(shù)也將促進(jìn)鋁合金在我們生產(chǎn)與生活中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1. 劉會(huì)杰，張會(huì)杰，于雷.強(qiáng)冷介質(zhì)作用下的鋁合金攪拌摩擦焊焊接特征j.焊接