7A10铝合金焊接性分析.docx

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1、1绪论信及铝合金原来只有皇帝用的起的有色金属，不仅在我们的日常生活中起着全要的作用。而且随若现代工业的发屣其应用前景也越来越广袤。特殊是近代工业对工业材料的要求越来越向着质量轻、强度高、易加工的方向发展0而铝及铝合金材料具有这一系列的优乩特性，因此被广泛的应用于国民经济的各个领域，如航空航天、交通运输、电子通讯、建筑装饰、包装容器、机械电气、石油化工、能源动力、家电五金、文体卫生等行业，成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。1.1 国内铝合金发展的现状和趋势近二十年来，我国的铝加工业发展特别快速，其产量已从1980年不到30万吨，发展到2005年的583.7万吨.同时

2、，出现J很多的新材料、新技术、新工艺及新设符。我国己经成为名副其实的铝业大国。铝及铝合金渗透到了社会的各个角落。铝合金保持了质轻的特点，但机械性能明显提高。铝合金材料在日常生活中的应用有以卜三个方面：一是作为受力构件；二是作为门窗、管、盖、壳等的材料；三是作为装饰材料和绝缘材料。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、喷涂、印刷等二次加工，制成各种装饰板材.另外铝合金具有易加工和高的妆热性，特殊是车辆的引擎部分特殊适合运用铝合金材料。此外，在航空航天方面，它是运载火筋和各种航天器的主要结构材料。我国研制的神舟五号的氢氧推动剂的贮存箱、乘务员仓也都采纳了铝合金作为结构材料。我国研制的各种大型运载

3、火箭亦广泛的选用了铝合金作为主要的结构材料。放眼将来，铝及铝合金家族会不断的壮大，你会在社会的各个方面本设计是以7A10超馔铝合金为例，来对铝及铝合金的焊接性进行分折。7A10超硬铝合金主要应用与飞机蒙皮、螺钉、防弹材料以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等。2.7A10铝合金的焊接性分析2.1 7A10铝合金的化学成分衰2-17A10的化学Jt分(量分豉)(三)牌号AlZnMgCuMnCrSiFcTiZr共他合计7A10余鼠3.23.00.500.200.100.05%三0.30.30.14.24.01.00.350.202.2 7A10幅合金中合金元素和杂质元素的作用7A10是一种超

4、硬铝合金，属于铝一铜一铁一锌合金系。它是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度到500700MPU,超过高强度硬铝1.Y12合金，故称超硬铝合金。这类金属除了超度海外，韧性也很高，它主要生产板材，管材和锻件等，用于纺织工业及防弹材料等.Al-Cu-Mg-Zn合金为热处理可强化合金，起主要强化作用的元素为Zn和Mg,CU也有肯定强化效果，但其主要作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。Mg和Zn:Zn、Mg是主要强化元素，它们共同存在时会形成Tl(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相。Q相和T相在AI中溶解度很大，且陨温度升降猛烈变更，MgZn2在共晶温度下的溶解度达28$,在室温下降低到4%5%有很

5、强的时效强化效果，Zn和Mg含量的提高可使强度、硬度大大提高，但会使塑性、抗应力腐蚀性能和断裂韧性降低.Cu：当ZnMg比大F2.2,且CU含量大于Mg时，CU与其他元素能产生强化相S(CuMgA121而提高合金的强度，但在与之相反的状况下S相存在的可能性很小。CU能降低晶界与晶内电位差，还可以变更沉淀相结构和细化晶界沉淀相，但对PFZ的宽度影响较小，它可抑制沿晶开裂的趋势，因而变更了合金的抗应力腐蚀性能.然而当CU含量大于3%时，合金的抗蚀性反而变坏。Cu能提高合金过饱和程度，加速介金在100200C之间人工时效过程，扩大GP区的稳定温度范闱，提高抗拉强度、鳖性和疲惫强度。CU含量在不太高的

6、范国内随着CU含量的增加提高了周期应变疲惫实力和断裂韧性，并在腐蚀介质中降低裂纹扩展速率，但CU的加入有产生品间腐蚀和点腐蚀的倾向。Cu对断裂韧性的影响与ZnZMg比值有关，当比值较小时，CU含量愈高韧性愈差；当比值较大时，即使Cu含地较高，韧性仍旧很好。合金中还有少量的Mn、Cr,Zr、V,Ti、B等微量元素，Fe和Si在合金中是有宙杂质，其相互作用如下。Mn.Cr:添加少量的过度元素Mn、Cr等对合金的组织和性能有明显的影响。这些元素UJ在铸锭匀称化退火时产生弥散的质点，阻挡位错及晶界的迂移，从而提高再结晶温度，有效地阻挡了晶粒的长大，可细化晶粒，并保证组织在热加工及热处理后保持未再结晶或

7、部分再结晶状态，使强度提高的同时具有较好的抗应力腐蚀性能.在提高抗应力腐蚀性能方面，加Cr比加Mn效果好，加入0.45%的Cr比加同量的Mn抗应力腐蚀开裂寿命长几十至上百倍。Zr：最近出现了用Zr代替Cr和Vn的趋势，Zr可大大提高合金的再结晶温度，无论是热变形还是冷变形，在热处理后均可得到未再结晶组织，Zr还可提高合金的淬透性、可焊性、断裂韧性、抗应力腐蚀性能等，是Al-Cu-Mg-Zn系合金中很有发展前途的微量添加元素。Fe和Si：Fe和Si在7AIO铝合金中是不行避开存在的有害杂质，其主要来自原材料，以及熔炼、铸造中运用的工具和设备.这些杂质主要以硬而脆的FeA13和游离的Si形式存在，

8、这些杂质还与Mn、Cr形成(FeMn)Al6、FeMn)Si2I6,AlFeMnCr)等粗大化合物,FeAI3有细化晶粒的作用，但对抗蚀性影响较大，随着不溶相含量的增加，不溶相的体积百分数也在增加，这些难溶的其次相在变形时会裂开并拉长，出现带状组织，粒子沿变形方向呈直线状排列，由短的互不相连的条状组成。由于杂质颗粒分布在晶粒内部或者晶界上，在塑性变形时，在部分颗粒-基体边界上发生孔隙，产生微细裂纹，成为宏观裂纹的发源地，同时它也促使裂纹的过早发展.此外，它对疲惫裂纹的成长速度有较大由喷嘴中喷出的悟性气体屏蔽爱护，防止焊缝区和四周空气反应。TlG焊工艺最适焊接厚度小于3鱼米的薄板，工件变形明显小

9、。沟通TIG焊有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔剂,避开了残留溶剂焊渣对接头的腐蚀。接头形式可以不受限制，焊缝成型美观，表面光亮。叙气潦对焊接区的冲刷使接头冷却加快，改善了接头的组织和性能。因此，在焊接时我们尽量的选用沟通TIG焊。3.2 选择合适材质的烽丝合适的焊丝化学成分能够获得致密而细品的焊缝，不仅在焊接时有反抗结晶裂纹形成的实力，而Il使焊接接头具仃很高的力学性能和抗腐蚀裂开的性能。在选择焊丝时首先要考虑基体合金的化学成分。通常，焊丝的化学成分与基体合金的化学成分应有差别，焊丝在液态应当具有良好的流淌性，结晶速度比基体合金的缓慢一些，熔点较低一些，并有很高的反抗结晶裂纹形成的实力。依据

10、7A10铝合金的焊接特性可选用HS311铝合金焊丝，HS311合金焊丝的Si含属适当，液态时金属的流淌性好,凝固时的收缩率小(可相应地削减收缩应力),具有优良的抗裂性能，可显著减低7A10铝合金焊缱处金属的裂皎敏感性：此外，Si在a-Al中的溶解度不大，绝大部分在56C形成Al-Si共晶，从而大大缩小脆性温度区间，使焊接热裂皎倾向降低；同时，由于这种焊丝具有足够数量的低熔点共晶，可填充液态金屈收缩时引起的空隙，进而降低焊接热裂纹倾向性。在焊丝中可加入微量的Zr,作为变质剂，可以细化焊处金属晶粒，改善焊缝处金属的塑性和韧性，显著提高饵接接头的抗裂性能.3.3 选择合适的焊接工艺规塞在确定焊接工艺

11、参数时，应先依据焊件厚度选择焊丝直径、坡口尺寸及焊接电流等工艺参数。(I)喷嘴孔径与爱护气体流量铝及铝合金TIG焊的喷嘴孔的直径未522mm速护气体流量一般为515min4（2）铝极伸出长度及喷嘴至工件的距离铝极伸出长度对接饵缝时一般未56mm,角焊缝时一般为78mm.喷嘴到工件的距离一般取Iomm左右为宜。（3）焊接电流和电压手工TlG焊时采纳沟通电源，焊接厚度小于6mm的铝合金时，最大焊接电流可依据电机直径d按公式I=（6065）d.（4）焊接速度铝及铝合金采纳TlG焊时，为了削减变形应采纳较快的焊速一般为812mmin0（5）焊丝直径焊丝直径与板厚和电流成正比.3.4 正确执行焊接掾作（

12、I）焊前预热焊前最好不进行预热，因为预热可以加大热影响区的宽度，降低某些铝合金焊接接头的力学性能。但对于厚度超过58亳米的厚大件焊前需预热，以防止变形和未焊透削减气孔缺陷。通常预热到90度，而含4.05.0%Mg铝镁合金的预热温度不应超过90度。（2）焊接结束后制件应装炉，随炉缓冷.这样可降低熔化金属的冷却速度，使熔池金属凝固速度降低，降低焊接应力与焊接变形，从而防止产生焊接裂蚊。3.5 改善焊接操作环境和提高操作人员的技术水平铝合金叙弧焊接应尽量在干燥、清洁、少干扰的环境下进行。要求焊接时的环境温度不大r3or,相对湿度不大75%应运用高纯度鼠气作为爱护气体，氢气中的含水量应小于0.08%,

13、露点限制在-50C以下。氨气的管路也要保持干燥。另外，由于格合金由固态转变为液态时，无明显变形及颜色变更，使操作者难以驾驭加热温度，绐焊接操作带来很大的难度。因此，应加强操作人员的技术培训，提高操作人员的技术水平。47A10超硬铝合金焊接气孔的预防措施4.1合理选择焊接方式及惮按工艺规范7A1O超硬铝合金焊接方法的选择应依据其焊接特性、焊接厚度、生产条件以及对焊接痂忌的要求综合考虑。鉴于前面所述7A10超硬铝合金焊接特性，经过比较分析，采纳沟通钙极能弧焊（TIG焊）效果较好。TIG焊，主要是熔池金属表面与气体氢的反应，因为比表面枳小，熔池温度低于弧柱温度，吸取的氧量就小于MIG焊接。另外，沟通

14、TIG焊具有电弧挺度好，熔透性好，焊接应力小、焊接变形小，焊缝抗腐蚀性能好，强度与韧性好，焊接时间短，热输入桀中等特点，适合于7A10超硬铝合金饵接。制定合理的焊接工艺是改善焊缝质向:、提高焊接性能的重要手段，主要应从以下几方面入手：（1）在7A10超硬铝合金焊接过程中，尽量采纳大输入热量（取决于焊接电流及焊接速度）,如适当加大焊接电流、减缓焊接线速度，以此提高熔融金属温度，降低结晶速度，延长熔池处于高温液态下的时间，可使熔池金属中气体有充分时间逸出。适当加大焊接电流，还能改善坡口根部的焊透程度以及增加熔池的搅动，因而使根部的气泡简沽逸出。同时，加大焊统送进速度和电弧电压，或降低焊接线速度等措

15、施，可使焰池金属充分熔融而改善焊缝熔合状况。（2）合理选择敏气流量可用较少的敏气获得爱护良好的焊缝。适当增大氮气流量可以增加气潦挺度，增加筑气爱护层反抗空气潦消影响的实力和反抗由于焊接速度的增大而受到增大的空气阻力的实力。但筑气流量不宜过大，否则，氢气爱护层会产生涡流，反而卷入空气，降低爱护效果并影响焊接电弧的稳定和使焙池发生波动，因而增加焊缝产生气孔的几率。4.2 合理选择焊丝材料及尺寸规格.7八10超硬铝合金焊接过程中，焊丝材质和尺寸规格以及氨气的选择是影响焊接质量的特别重要的因素。为了保证焊接质量，在焊接过程中我们尽量采纳以下措施：（1）合理选择焊丝化学成分是防止焊接气孔及提高焊缝强度、般性、抗蚀性的重要保证.7A10超硬铝合金属于Al-Zn-Mg-CU系合金，含有较多的锌、镁、铜等，可焊性差，焊缝塑性差，不能采纳基体金属作为焊丝。依据母材和焊丝匹配的原则。以及710超硬铝合金的焊接特性可选用Al-Si系的HS31I焊丝。它属于通用焊丝。焊后焊缝的强度能达到母材的50%-60%.（2） 7A10超硬铝合金缸煎焊接过程中，宜采纳高纯度的税气，纯度一般应大于99.9%,在运用前必需对赳气进行严格检验。为了防止起弧处产生裂纹等缺陷有时需增加引弧边和熄孤板.当电弧稳定燃烧时，然后再正式起先焊接氮气管路系统耍保持干