5A03焊接性分析

1、金屬材料焊接性課程設(shè)計說明書題 目： 鋁合金5A03的焊接性分析 材 料： 5A03 班級學(xué)號： 13130501 姓 名： 王瑋 專 業(yè)： 焊接技術(shù)及其自動化 金屬材料焊接性課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生： 王瑋 班級：13130501 指導(dǎo)教師：李增榮題 目： 鋁合金5A03的焊接性分析 材 料： 5A03 要求：1、分析材料的化學(xué)成分，機械力學(xué)性能；2、利用碳當(dāng)量法計算并分析材料的焊接性；3、根據(jù)材料的特性分析材料焊接時出現(xiàn)的各種缺陷；4、提出解決措施并推薦適當(dāng)?shù)暮附臃椒ǎ?、制定字數(shù)在5000字左右的說明書。目錄第一章 緒論第二章 鋁合金5A03的化學(xué)成分及物理性能2.1鋁合金5A03的化學(xué)成分&

2、#183;·································42.2鋁合金5A03的物理性能·············

3、83;····················4第三章 鋁合金在應(yīng)用中的問題3.1鋁合金在熱加工時的問題 ························

4、83;·········6 第四章 金屬材料5A03的焊接性分析4.1金屬材料焊接性簡介···································&

5、#183;·84.25A03鋁合金焊接性分析··································94.215A03在焊接中遇到的問題及解決方案·······

6、3;·············124.22鋁合金5A03的焊接工藝特點····························15第五章 5A03鋁合金在生活中的應(yīng)用附錄1·

7、83;··············································17附錄2··

8、3;·············································19第一章 緒論鋁及鋁合金原來只有皇帝用的的起的有色金屬

9、，而今它不僅在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬匾淖饔?。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展其應(yīng)用前景也越來越廣闊。特別是近代工業(yè)對工業(yè)材料的要求也越來越向著質(zhì)量輕，強度高，易加工的方向發(fā)展。而鋁及鋁合金材料具有這一系列的優(yōu)良特性，因此被廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如：航空航天，交通運輸，機械電器，石油化工，能源動力，家電五金，文體衛(wèi)生的行業(yè)。它已成為發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民物資生活的重要基材料。近二十年來，我國的鋁加工業(yè)也發(fā)展的十分迅速，不但其產(chǎn)量成幾何倍增加。同時，出現(xiàn)了許多新材料，新技術(shù)，新工藝以及新設(shè)備。我國已成為名副其實的鋁業(yè)大國。鋁及鋁合金滲透到了社會的各個角落。鋁合金保持了質(zhì)輕的特點，但其機械性能明顯提高。

10、鋁合金材料在日常生活中的應(yīng)用主要有：一，作為受力構(gòu)件；二，作為裝飾門 窗 蓋 殼等的材料；三，作為裝飾材料和絕緣材料。鋁合金板材，型材表面可以防腐，軋花，噴漆，印刷等二次加工，制成各種裝飾板材。因為鋁合金具有易加工和高的散熱性。特別是車輛的發(fā)動機部分特別適合使用鋁合金材料。此外，在航空航天方面，它是運載火箭和各種航天器的主要結(jié)構(gòu)材料。放眼未來，鋁及鋁合金家族會不斷壯大，你會在社會的更多領(lǐng)域見到它出現(xiàn)的身影。其應(yīng)用前途不可估量。第二章 鋁合金5A03的化學(xué)成分及物理性能2.1鋁合金5A03的化學(xué)成分如下： 化學(xué)成分CuMgMnFeSiZnNiCrTi含量0.103.23.80.300.360.5

11、00.500.80.20-0.152.2鋁合金5A03的物理性能如下：（單位：基本單位）合金密度比熱容熱導(dǎo)率線膨脹系數(shù)電導(dǎo)率5A032.670.881.4623.54.96總結(jié)：5A03屬于AIMg系合金，使用范圍廣泛，特別是建筑業(yè)離不開此合金，是最有前途的合金。耐腐蝕性好，焊接性優(yōu)良，冷加工性較好，并具有中等強度。5A03的主要合金元素為鎂，具有良好的成形加工性能，抗腐蝕性和焊接性以及中等強度，用于制造飛機油箱，油管，以及交通車輛，船舶的鈑金件，儀表，街燈支架與鉚釘，電器外殼等。它是應(yīng)用最廣泛的防銹鋁。第三章 鋁合金應(yīng)用中的問題31鋁合金在熱加工時的問由于鋁及鋁合金所所具有的獨特的物理化學(xué)性

12、能，在焊接過程中會產(chǎn)生一系列的困難和特點，具體的表現(xiàn)有以下幾點：1 強的氧化能力 鋁和氧的親和能力很大，在空氣中極易與氧結(jié)合生成致密的氧化鋁薄膜。氧化鋁的熔點高達2050C。遠遠超過鋁合金的熔點，而且密度約為鋁的1.4倍。在焊接過程中氧化鋁薄膜阻礙了金屬之間的良好結(jié)合。易造成夾雜。而且氧化膜還易吸收水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔。因此，為保證焊接質(zhì)量，焊前必須保證嚴格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接過程中再氧化，對熔化的金屬和處于高溫下的金屬進行有效保護。2 有較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容 鋁和鋁合金的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)都很大。因此，焊接鋁及鋁合金比焊接鋼時消耗的能量要多很多。為了獲得高質(zhì)量的焊接接

13、頭必須采用能量集中，功率大的熱源。有時還需采用預(yù)熱的工藝措施。3 焊接熱裂紋傾向大 鋁及鋁合金的膨脹系數(shù)約為剛的倆倍，凝固時收縮率大，因此在焊接接頭中容易形成較大的拘束應(yīng)力。因此，在焊接某些鋁合金時，往往由于過大的內(nèi)應(yīng)力而在脆性溫度區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生熱裂紋。4 焊縫容易產(chǎn)生氣孔 在較高的溫度下，焊接區(qū)周圍的水 油污 空氣中的水蒸氣和水分子等侵入焊機電弧中很容易分解成氫原子和質(zhì)子，融入過熱的熔融狀態(tài)金屬中。由于氫在液態(tài)和固態(tài)鋁中溶解度相差很大，因此，高溫下融入的大量氣體，在焊后冷卻凝固過程中來不及溢出，因而聚集在焊縫中形成氣孔。5 焊接接頭的力學(xué)性能下降 對于熱處理的強化鋁合金，無論焊接前是時效狀態(tài)還是

14、退火狀態(tài)，焊后的接頭處的力學(xué)性能都比母材低。即使焊后需進行人工時效處理，往往也達不到母材的強度。6 焊接接頭的耐腐蝕的性下降 鋁及鋁合金焊接接頭耐腐蝕性降低的主要原因是：接頭組織不均勻；焊接接頭存在有焊接缺陷；焊縫金屬鑄造組織的影響和焊接應(yīng)力的影響。第四章 金屬材料5A03焊接性分析4.1金屬材料的焊接性簡介所謂金屬焊接性是金屬是否具有合適焊接加工而形成完整的，具有一定使用性能的焊接接頭的能力。換句話說，焊接性是材料對焊接加工的適應(yīng)性，指材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭是否在使用條件下可靠運行。材料焊接性的概念有兩個方面的含義：一是材料在焊接加工中是否容易形成

15、接頭和產(chǎn)生缺陷；二是焊接完成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。也就是說，焊接性不僅包括結(jié)合能力，而且包括結(jié)合后的使用能力。對焊接工作者來說，充分理解“焊接”和“焊接性”的含義十分重要。“焊接性”是從英文“Weldability”得來的，它的深刻含義把焊接、結(jié)構(gòu)材料本身的性能以及材料的發(fā)展結(jié)合在一起。從20世紀40年代初從“焊接”中派生出“焊接性”概念以來，“焊接性”的含義一直在不斷發(fā)展著，人們曾給它下了很多定義，這是由于理解角度的不同、分析目的不同和由于焊接技術(shù)本身不斷發(fā)展而引起。分析和研究焊接性的目的，在于查明一定材料在制定焊接工藝條件下可能出現(xiàn)的問題，以確定焊接工藝的合理性或材料的改

16、進方向。因此，必須對整體焊接過程中的材料和焊接接頭區(qū)的成分、組織和性能，包括工藝參數(shù)的影響和焊后接頭的使用性能等，進行系統(tǒng)地研究。4.2 5A03焊接性的分析  強的氧化能力 鋁在空氣中極易與氧結(jié)合生成致密結(jié)實的Al2O3膜薄，厚度約0.1m。Al2O3的熔點高達2050，遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約660)，而且體積質(zhì)量大，約為鋁的1.4倍。焊接過程中，氧化鋁薄膜會阻礙金屬之間的良好結(jié)合，并易形成夾渣。氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫生成氣孔。因此，焊前必須嚴格清理焊件表面的氧化物，并加強焊接區(qū)域的保護。 較大的熱導(dǎo)率和比熱容 鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率和比熱容約比鋼大1倍，焊接過程中

17、大量的熱量被迅速傳導(dǎo)到基體金屬內(nèi)部。因此，焊接鋁及鋁合金比鋼要消耗更多的熱量，焊前常需采取預(yù)熱等工藝措施。 熱裂紋傾向大 線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，凝固時的體積收縮率達6.5%左右，因此焊接某些鋁合金時，往往由于過大的內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生熱裂紋。生產(chǎn)中常用調(diào)整焊絲成分的方法來防止產(chǎn)生熱裂紋，如使用焊絲HS311。 容易形成氣孔 形成氣孔的氣體是氫。氫在液態(tài)鋁中的溶解度為0.7mL/100g，而在660凝固溫度時，氫的溶解度突降至0.04ml/100g，使原來溶解于液態(tài)鋁中的氫大量析出，形成氣泡。同時，鋁和鋁合金的密度小，氣泡在熔池中的上升速度較慢，加上鋁的導(dǎo)熱性強，熔池冷凝快，因此，上升的氣泡往往來不及

18、逸出，留在焊縫內(nèi)成為氣孔?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氫的主要來源，因此焊前必須嚴格做好焊件的表面清理工作。 接頭不等強度 鋁及鋁合金的熱影響區(qū)由于受熱而發(fā)生軟化、強度降低使接頭與母材無法達到等強度。純鋁及非熱處理強化鋁合金接頭的強度約為母材的75%100%；熱處理強化鋁合金的接頭強度較小，只有母材的40%505。 焊穿 鋁及鋁合金從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時，無明顯的顏色變化，所以不易判斷母材溫度，施焊時常會因溫度過高無法察覺而導(dǎo)至焊穿。4.2.1焊接中產(chǎn)生的問題及解決方案 （1）鋁合金在生產(chǎn)過程中，容易出現(xiàn)縮孔、砂眼、氣孔和夾渣等鑄造缺陷。如何修復(fù)鋁合金鑄件氣孔等缺陷呢？

19、如果用電焊、氬焊等設(shè)備來修補，由于放熱量大，容易產(chǎn)生熱變形等副作用，無法滿足補焊要求。冷焊修復(fù)機是利用高頻電火花瞬間放電、無熱堆焊原理來修復(fù)鑄件缺陷。由于冷焊熱影響區(qū)域小，不會造成基材退火變形，不產(chǎn)生裂紋、沒有硬點、硬化現(xiàn)象。而且熔接強度高，補材與基體同時熔化后的再凝固，結(jié)合牢固，可進行磨、銑、銼等加工，致密不脫落。冷焊修復(fù)機是修補鋁合金氣孔、砂眼等細小缺陷的理想方法。（2）還有的問題就是焊接接頭處的氧化鋁問題，鋁有高溫時會氧化，形成三氧化二鋁，氧化的溶點比純鋁或鋁合金高很多，使接頭溶合不好，嚴重時根本就不溶合。因此，在焊接前要很認真地清潔接頭處表面，主要有機械清理和化學(xué)清理兩種方法。在焊接的

20、整個加熱過程中，還會產(chǎn)生氧化鋁，因此要使用焊鋁專用的焊劑，不同牌號的鋁合金焊絲都有配套的焊劑。焊接的時候，如果接頭處的表面金屬仍然會有氧化的現(xiàn)象存在，這時表面看起來好象金屬還沒溶化但其實是表面沒溶化，但接頭內(nèi)部已經(jīng)處于溶熔狀態(tài)了，沒經(jīng)驗時就很容易發(fā)生坍塌，造成焊穿。所以要特別注意觀察。還有鋁的導(dǎo)熱性能比較好，散熱會比鋼鐵等快，所以要用比焊接鋼鐵材料時更大的電流。 4.2.2 鋁合金5A03的焊接工藝特點5A03系鋁合金是以Mg為主要添加元素的鋁合金，由于抗蝕性好，又稱為防銹鋁合金。5A03鋁合金中含有Mg的含量較多，具有較好的焊接性能、抗蝕性以及強度，占主要用作焊接結(jié)構(gòu)件。5A03在溫度為35

21、0-420之間基本符合一般塑性變形規(guī)律，即在反應(yīng)速率和應(yīng)變一致的情況下，塑性隨溫度升高有所增加；在溫度和應(yīng)變一致時，隨著應(yīng)變的速率增加，塑性有所下降。但是從420-440時發(fā)生塑性的突變，且塑性在本實驗最高溫度的條件下反而最低，但是應(yīng)變速率的影響規(guī)律依然存在，估計是440左右5A12內(nèi)部發(fā)生某些相變，有沿晶界的相析出，或者晶類粗化引起。溫度為350，應(yīng)變速率為0.1s每小時，可用90%的變形量；應(yīng)變速率為1s每小時，變形量控制在85%-90%之間。溫度為380，應(yīng)變速率為1s每小時，變形量控制在在85%-90%之間，應(yīng)變速率為0.1每小時，可使用90%的變形量。溫度為400時，應(yīng)變速率為1s每

22、小時，應(yīng)變量可在85%-90%之間，應(yīng)變速率為0.1s每時，最大可使用88%左右的變形量。溫度為420，應(yīng)變速率為1s每時，應(yīng)變量應(yīng)小于88%，參照400，1s每時的結(jié)果，應(yīng)可以使用85%-88%之間的變形量；應(yīng)變速率為0.1s每時，變形量最大可達到90%。溫度為440時，在應(yīng)變速率為0.1-1s每時范圍內(nèi)，應(yīng)變盡可能低，可取的變形量范圍為70%-75%。不同變形的條件下，5A12合金不發(fā)生開裂的最大變形，5A03鋁合金最優(yōu)先生產(chǎn)工藝參數(shù)為溫度400-420，應(yīng)變速率0.1-1s每時，此時變形量可在86%-90%之間取值，加工塑性較好。5A03合金的應(yīng)力隨著溫度升高而降低；隨應(yīng)變速率的增加而增

23、大。在420-440之間，5A03鋁合金發(fā)生塑性的突變，隨著溫度的升高，其塑性加工性能反而降低，但是應(yīng)變速率的影響規(guī)律依然存在，估計是440左右5A03內(nèi)部發(fā)生某些粗變，有沿晶界的相析出，或者晶類粗化引起的。實驗條件下，5A03鋁合金最優(yōu)先生產(chǎn)工藝參數(shù)為溫度400-420，應(yīng)變速率0.1-1s，此時變形量最高可達90%，具有良好的加工塑性。、第五章 5A03鋁合金在生活中的應(yīng)用鋁合金比純鋁具有更好的物理力學(xué)性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍。并還有一重要特點是強度與比重的比值勝過很多合金鋼，則廣泛用于機械制造

24、、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。鋁合金材料的應(yīng)用還有以下三個方面：一是作為受力構(gòu)件；二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料；三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁合金陽極氧化處理后可以進行著色的特點，制成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工，制成各種裝飾板材、型材，作為裝飾材料。 鋁合金是應(yīng)用最廣的一種防銹鋁，它的強度不高

25、，不能熱處理強化，在退火狀態(tài)下有高的塑性，而蝕性好，焊接性好，切削加工性不良。用於制造要求高可塑性和良好焊接性、在液體或氣體介質(zhì)中工作的低載荷零件如油箱、油管、液體容器等；線材可制作鉚釘。附錄一 焊接工藝評定卡編號HSJ06135208-01 工藝評定編號HPD06135208-01評定項目： 船舶鈑金的焊接焊接方法 ： 自動MIG焊 自動等級：自動 焊接位置： 水平直焊縫母材： 牌號 5A03 規(guī)格 壁厚10mm焊接材料： 焊絲牌號HS331 規(guī)格1.6mm 保護氣 氬氣（氬氣量高于95%）接頭形式焊接層數(shù)焊接接頭的力學(xué)性能s/Mpab/Mpa(%)彎曲角度（d=3a）沖擊實驗缺口形式實驗溫

26、度/Akv/J·cm32555020/施焊要求1. 焊前將待焊區(qū)域及附近20mm范圍內(nèi)的水分、油污及贓物去除干凈。2. 焊角尺寸如圖所示。預(yù)熱溫度 /焊后熱處理 /層間溫度 150清根手段 砂輪打磨焊接參數(shù)層次焊接電流/A電弧電壓/V電流種類焊接速度/cm/min焊絲直徑/（mm）氣體流量/L/min焊絲伸出長度/（mm） 1120 30直流反接30 1.6 2115 30直流反接301.6 焊接設(shè)備型號： ZDK-500焊接操作1. 采用適當(dāng)?shù)臏囟阮A(yù)熱2. 做好焊前的清理，焊材烘干，焊縫處氧化膜和油污清理干凈3. 焊接過程中采用短電弧，集中熱源輸入。4. 雙面焊，正面二層反面一層焊

27、后檢驗1.外觀檢驗，全焊透且形成無缺陷，無焊瘤、咬邊，成形良好的焊接接頭。2.X射線檢驗照相20%，焊縫表面做100%磁粉探傷。編制 王瑋日期校對日期審核日期附錄2 焊接工藝評定報告沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院(焊評序號WPS 09135103) 單位名稱：沈陽工學(xué)院 焊接工藝評定報告編號： WPS-09135103 焊接工藝指導(dǎo)書編號： WPS2006-01 焊接方法： MAG焊 機械化程度： 自動 接頭簡圖：母材： 5A03材料標準： GB4237 鋼號： - 類、組別號： 與類、組別號： 焊厚度： 10mm 直徑： 3000mm 其它： - 焊后熱處理：熱處理溫度（）： 低于90度 保溫時間（h）： - 保護氣體： 氣體種類 混合比 流量（L/h） - 尾部保護氣 - - - 背部保護氣 - 填充金屬：焊材標準： 焊材牌號： HS331 焊材規(guī)格： 1.6 焊縫金屬厚度： 10mm 其它： - 電特性：電流種類： 直流 極性： 反接 鎢極尺寸： - 焊接電流（A）： 130 A 電弧電壓（V）： 25V 焊接位置： 對接焊縫位置： 平位 方向（向上、向下）角焊縫位置： - 方向（向上、向下）技術(shù)措施： 焊接速度（m/h）： 25 擺動或不擺動： 擺動 擺動參數(shù)： - 多道焊或單道焊（每面）： 多道焊 多