铝合金薄板焊接应力数值模拟

铝合金薄板焊接应力数值模拟
铝合金薄板焊接应力数值模拟

铝及铝合金焊接材料应用

一、铝及铝合金焊接材料应用 纯铝焊丝ER1100 性能特点:纯铝焊丝,铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能,很 高的导热与导电性能,以及极好的可加工性能。对经阳极化处理 的材料,需要配色时十分理想,推荐用于焊接1000系列铝合金。 典型化学成份:Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003,AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食 品等行业。 铝硅合金焊丝ER4047 性能特点:本品为含硅12%的合金焊丝,适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好的流动性使母材焊接变形很小。 典型化学成份:Si 12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15,AL余量 用途:焊接或堆焊轻质合金加工业。 铝硅合金焊丝ER4043 性能特点:本品为含硅5%的合金焊丝,适合焊接铸铝合金 典型化学成份:Si 5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05 ,AL余量 用途:船舶、机车、化工、食品、运动器材 、模具、家具、容器、集装箱 铝镁合金焊丝ER5356 性能特点:本品为含镁5%的合金焊丝,是一种用途广泛的通用型焊材,适合焊接或表面堆焊5%镁的铸锻铝合金,强度高,可锻性好,有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊接提供良好的配色。 典型化学成份:Mg 5、Cr 0.10、(Fe+Si)0.3、Cu≤0.05、Zn 0.05、Mn 0.15、 Ti 0.1,AL余量 用途:自行车、铝滑板车等运动器材,机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等 行业。 精选范本,供参考!

铝镁合金焊丝ER5183 性能特点:本品为含镁3%的合金焊丝,适用于焊接或表 面堆焊同等级的铝合金材料。 典型化学成份:Mg 3.5,Cr 0.2,Fe 0.15,Cu≤0.05, Zn 0.10,Mn 0.05,Ti 0.1,AL余量 用途:化工压力容器、核工业、造船、制冷行业、锅炉、 航空航天工业等 铝铜合金焊丝ER2319 性能特点:本品为含铜5.8%-6.8%的合金焊丝,适用于 焊接2219同等级的铝合金材料。 典型化学成份:Cu5.8-6.8,Mg 0.2-0.4,Si0.2,Fe 0.3,V0.05-0.15,Zr0.1-0.2 , Zn 0.10, Mn0.2-0.4,Ti 0.1-0.2,AL余量 用途:核工业、舰船制造、航空航天工业、军工装备等 二、铝合金焊丝及焊条成分 国标牌号主要成份(%) 特性和用途相当AWS S 301 Al≥99.5 塑性好、耐蚀。纯铝气焊、氩弧焊用ER1100 S 311 Si5 Al Rem. 抗裂性好,通用性大。铝合金气焊、氩弧焊用。 不宜用高镁合金 ER4043 S 321 Mn1.3 Al Rem. 良好的耐蚀性、可焊性及塑性。铝合金气焊、 氩弧焊用 ER3003 S 331 Mg5 Mn0.4 Al Rem. 耐蚀,强度高。铝合金氩弧焊用ER5356 5183 Mg5 Al Rem. 耐蚀、强度高,通用性大。铝合金氩弧焊用ER5183 Al 109 TAl 纯铝,耐蚀性好,但强度不高,纯铝焊接用E1100 Al 209 TAlSi 铝硅,抗裂性好,通用性大。铝合金焊接用, 不宜焊接铝镁合金 E4043 精选范本,供参考!

铝及铝合金的焊接特点

铝及铝合金的焊接特点 (1)铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定,不易去除。阻碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理,清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护,防止其氧化。钨极氩弧焊时,选用交流电源,通过“阴极清理”作用,去除氧化膜。气焊时,采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时,可加大焊接热量,例如,氦弧热量大,利用氦气或氩氦混合气体保护,或者采用大规范的熔化极气体保护焊,在直流正接情况下,可不需要“阴极清理”。 (2)铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中,大量的热量能被迅速传导到基体金属内部,因而焊接铝及铝合金时,能量除消耗于熔化金属熔池外,还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位,这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显着,为了获得高质量的焊接接头,应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。 (3)铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,因此,需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹

及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下,可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅%时热裂倾向较大,随着硅含量增加,合金结晶温度范围变小,流动性显0.5. 着提高,收缩率下降,热裂倾向也相应减小。根据生产经验,当含硅5%~6%时可不产生热裂,因而采用SAlSi条(硅含量4.5%~6%) 焊丝会有更好的抗裂性。 (4)铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难。高温铝强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿。 (5)铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分,都是焊缝中氢气的重要来源。因此,对氢的来源要严格控制,以防止气孔的形成。 (6)合金元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降。 (7)母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时,焊接热会使热影响区的强度下降。 (8)铝为面心立方晶格,没有同素异构体,加热与冷却过程中没有相变,焊缝晶粒易粗大,不能通过相变来细化晶粒。 2. 焊接方法 几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金,但是铝及铝合金对

铝与铝合金的焊接方法

铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。 关键词:铝合金搅拌摩擦焊激光焊激光- 电弧复合焊电子束焊 1 铝合金焊接的特点 铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。 铝合金焊接有几大难点: ①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍; ②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺; ③铝合金焊接容易产生气孔; ④铝合金焊接易产生热裂纹; ⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形; ⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2~4 倍。 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 2 铝合金的先进焊接工艺 针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。 2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接 搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1~2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。 铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。 搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:

铝及铝合金焊接

铝及铝合金的焊接

铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 有色金属non-ferrous metal,狭义的有色金属又称为非铁金属,是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体(通常大于50%),加入一种或几种其他元素而构成的合金。随着科学技术的发展,有色金属的应用日趋广泛。虽然有色金属只占金属总量的5%左右,但有色金属在工程应用中的重要作用确实钢铁或其他材料无法代替的。有色金属具有特殊的性能,比常规钢铁材料的焊接更复杂,这给焊接工作带来很大的困难。 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 什么是金属盒非金属,什么是黑色金属和有色金属,什么事合什么是金属盒非金属,什么是黑色金属和有色金属,金?目前,已知的的化学元素有118 种,其中自然界只存在92 种,科学家成功研制出并已经得到承认和命名的元素有18 种,有8 种元素没有得到承认和命名。人们通常把这些元素分成金属和非金属两大类。从物理性能上来看,具有导电性、导热性、可塑性以及特殊光泽的元素叫金属,反之是非金属。常见的金属有铁、铝、铜、镁、锌等。在非金属中,常温下呈气态的有氢、氧、氩等;常温下呈液态的有溴;常温下呈固态的有碳、硼等。 金属又可分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属通常是指铁、铬、锰和铁基合金,其他的金属合金称为有色金属。 合金是有两种或两种以上的金属元素与非金属元素所组合成的具有合金性质的物质。3A21 就是由铝和锰组成的以铝为基的合金。 有色金属的分类有色金属按其性质、用途、产量及其在地壳中的储量状况一般分为有色轻金属、有色重金属、贵金属、稀有金属和半金属五大类。在稀有金属中,根据其物理化学性质、原料的共生关系、生产工艺流程等特点,又分稀有轻金属、稀有重金属、稀有难熔金属、稀散金属、稀土金属、稀有放射性金属。

铝合金材料牌号和用途

铝合金材料牌号和用途 点击次数:548 发布时间:2009-9-22 0:14:49 1050食品、化学和酿造工业用挤压盘管,各种软管,烟花粉 1060要求抗蚀性与成形性均高的场合,但对强度要求不高,化工设备是其典型用途 1100用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件,例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145包装及绝热铝箔,热交换器 1199电解电容器箔,光学反光沉积膜 1350电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭第一级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件 2017是第一个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件 2024飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件2036汽车车身钣金件 2048航空航天器结构件与兵器结构零件 2124航空航天器结构件 2218飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环 2219航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300摄氏度。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力 2319焊拉 2219合金的焊条和填充焊料 2618模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2A01工作温度小于等于100摄氏度的结构铆钉 2A02工作温度200~300摄氏度的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片 2A06工作温度150~250摄氏度的飞机结构及工作温度125~250摄氏度的航空器结构铆钉

铝合金焊接技术

钛合金焊接技术 日期:08-12-10 09:00:09 作者:鲜雪强川航机务部 由于钛合金低重量、强度高、耐腐蚀性优异,又具有与先进复合材料在热学、电化学方面的相容性,一直是航空、宇航工业上应用的重要结构材料。焊接作为钛合金加工中的重要手段,在提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面有独特的优势,因此有必要研究飞机结构修理中的钛合金焊接技术。关键词:焊接、疲劳性能、残余应力、疲劳寿命 一、钛合金焊接的重要性 疲劳断裂是材料在交变载荷(或应力)作用下发生的破损断裂。国内外研究表明,飞机结构疲劳破坏是飞机主要破坏形式。早期设计的飞机只考虑静强度问题,直到上个世纪五十年代,随着航空事业的不断发展,飞机性能不断提高,飞机的使用要求不断严格,飞机在使用过程中疲劳破坏与安全可靠性之间的矛盾逐渐暴露出来。 焊接是一种运用(多种情况下为局部)加热或加压手段、添加或不添加填充材料将构件不可拆卸的连接在一起,或在基材表面堆敷覆盖层的加工工艺。焊接技术广泛的应用于国民经济的各个部门,如机械工程、桥梁工程、压力容器船舶工程、航空航天等领域。焊接结构在现代工业中应用越来越广泛,无论是在航天领域还是在一般的工程领域,无论是小部件还是大型结构,都在不断扩大焊接结构的比重。例如,飞机中央翼焊接下壁板是关键承力构件,承受机翼传来的弯矩、扭矩、剪力和油箱压力的作用;在国外第四代战斗机中钛合金含量已达到40%左右。而对于钛合金焊接结构疲劳特性与寿命评估技术的研究则是为实现钛合金结构在先进飞机上的合理使用,所必不可少的前提条件之一。 二、焊接区域材料性能的确定 焊接接头由焊缝、热影响区、母材组成,是一种非均质材料,各向异性。热影响区是焊缝到母材的过渡区域,其材料性能也介于焊缝和母材之间。

结构用铝合金材料力学性能

附录A 结构用铝合金材料力学性能 常见结构用铝合金板、带材力学性能(标准值)可按表A-1采用,结构用铝合金棒、管、型材力学性能(标准值)可按表A-2采用。结构用铝合金板、带、棒、管、型材的化学成分可按表A-3采用。 表A-1 结构用铝合金板、带材力学性能标准值

注:1. 伸长率标准值中,A适用于厚度不大于12.5mm的板材,A适用于厚度大于12.5mm的板材。502. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃,存放时间大于3d(6XXX系列)或30d(7XXX系列)的情况。 3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的MIG焊,以及3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金厚度不超

过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和7xxx系列合金厚度不超过6mm的TIG焊,焊接折减系数的数值必须乘以0.8。当厚度超过上述规定,如无试验结果或国内外相关规范规定,3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以0.9,6xxx系列和7xxx系列合金焊接折减系数的数值必须乘状态不需进行上述折减。O焊)。对于TIG(0.64焊)或MIG(0.8以. 表A-2 结构用铝合金棒、管、型材力学性能标准值

适用于厚度(或直的板(或棒)材,A注:1. 伸长率标准值中,A适用于厚度(或直径)不大于12.5mm50 12.5mm的板(或棒)材。径)大于系6XXX(2. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃,存放时间大于3d 系列)的情况。列)或30d(7XXX8011A系列合金和MIG焊,以及3xxx系列、5xxx3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的焊接折减系数的7xxx系列合金厚度不超过6mmTIG焊,合金厚度不超过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和系列合。当厚度超过上述规定,如无试验结果或国内外相关规范规定,3xxx系列、5xxx的数值必须乘以0.8系列合金焊接折减系数的数值必须乘0.9,6xxx系列和7xxx金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以TIG焊)。对于O状态不需进行上述折减。以0.8(MIG焊)或0.64(

铝合金焊接通用工艺规范(定版)

铝合金焊接工艺规范 技术部 编制 审核 批准 ××工业有限公司 2012.6.26

前言 本规范根据××工业有限公司,定制与实施设计规范、工艺规范、试验规范的要求,按《企业标准编写的一般规定》,为明确铝合金焊接的工艺要求而制定。 本规范是公司在铝合金焊接中的经验总结,对于生产起指导作用。 本规范编制部门:技术部 本规范制定日期:2012-6-26。

一、目的 为规范焊工操作,保证焊接质量,不断提高焊工的实际操作技术水平,特编制本规范。 二、编制依据 1. GB/T 985.3 《铝及铝合金气体保护焊推荐坡口》 2. GB/T10858-2008《铝及铝合金焊丝》 3. GB/T24598-2009《铝及铝合金熔化焊焊工技能评定》 4. GBT3199-2007 《铝及铝合金加工产品贮存及包装》 5. GBT22087-2008《铝及铝合金弧焊接头缺欠质量》 6.有关产品设计图纸 三、焊前准备 3.1 焊接材料 铝板 3A21(原LF21)及铝合金型材。 焊丝:S311铝硅焊丝 ER4043 直径φ2,φ3,焊丝应有制造长的质量合格证,领取和发放由管理员统一管理。铝硅焊丝抗裂性好,通用性大。 3.2 氩气 氩气瓶上应贴有出厂合格标签,其纯度≥99.99%,所用流量8-16升/分钟,气瓶中 的氩 气不能用尽,瓶内余压不得低于0.5MPa ,以保证充氩纯度。氩气应符合 GB/T4842-1995。 3.3 焊接工具 ①采用交流电焊机,本厂用WSME-315(J19)。 ②选用的氩气减压流量计应开闭自如,没有漏气现象。切记不可先开流量计、后开气 瓶,造成高压气流直冲低压,损坏流量计;关时先关流量计而后关氩气瓶。 ③输送氩气的胶皮管,不得与输送其它气体的胶皮管互相串用,可用新的氧气胶皮管

消除残余应力的方法

消除残余应力的方法(金属)——时效处理 消除残余应力的方法(金属)——时效处理 金属工件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中都会产生残余应力,残余应力值高者(单位为Pa)在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用;如降低构件的实际强度、降低疲劳极限,造成应力腐蚀和脆性断裂,由于残余应力的松弛,使零件产生变形,大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除工件的残余应力就十分必要了,特别是在航空航天、船舶、铁路及工矿生产等应用的,由残余应力引起的疲劳失效更不容忽视。 目前的针对残余应力的不同处理方法有:自然时效方法和人工时效方法(包括热处理时效、敲击时效、振动时效、超声冲击时效) 1、自然时效——适合:热应力(铸造锻造过程中产生的残余应力)冷应力(机械加工过程中产生的残余应力)焊接应力(焊接过程中产生的应力) 自然时效是最古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外,依靠大自然的力量,经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化,给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下,促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。 自然时效降低的残余应力不大,但对工件尺寸稳定性很好,原因是工件经过长时间的放置,石墨尖端及其他线缺陷尖端附近产生应力集中,发生了塑性变形,松弛了应力,同时也强化了这部分基体,于是该处的松弛刚度也提高了,增加了这部分材质的抗变形能力,自然时效降低了少量残余应力,却提高了构件的松弛刚度,对构件的尺寸稳定性较好,方法简单易行,但生产周期长.占用场地大,不易管理,不能及时发现构件内的缺陷,已逐渐被淘汰。 2、热处理时效——适合:热应力(铸造锻造过程中产生的残余应力)冷应力(机械加工过程中产生的残余应力)焊接应力(焊接过程中产生的应力) 热时效处理是传统的消除残余应力方法。它是将构件由室温缓慢,均匀加热至550℃左右,保温4-8小时,再严格控制降温速度至150℃以下出炉。 热时效工艺要求是严格的,如要求炉内温差不大于±25℃,升温速度不大于50℃/小时,降温速度不大于20℃/小时。炉内最高温度不许超过570℃,保温时间也不易过长,如果温度高于570℃,保温时间过长,会引起石墨化,构件强度降低。如果升温速度过快,构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多,构件各部分的温差急剧增大,会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加超过强度极限,就会造成构件开裂。 热时效如果降温不当,会使时效效果大为降低,甚至产生与原残余应力相同的温度应力(二次应力、应力叠加),并残留在构件中,从而破坏了已取得的热

铝及铝合金焊接工艺参数介绍步骤及注意事项

铝及铝合金的焊接工艺技术参数介绍、方法、步 骤及注意事项 一、为什么MIG焊铝的工艺难题较多 答:MIG焊铝的工艺难题主要有: (1)铝及铝合金的熔点低(纯铝660℃),表面生成高熔点氧化膜(AL2O3 2050℃),容易造成焊接不熔合; (2)低熔点共晶物和焊接应力,容易产生焊接热裂纹; (3)母材、焊材氧化膜吸附水分,焊缝容易产生气孔; (4)铝的导热性是钢的3倍,焊缝熔池的温度场变化大,控制焊缝成型的难度较大; (5)焊接变形较大。 二、铝及铝合金焊接难点 (1)强的氧化能力铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄,厚度约μm。Al2O3的熔点高达2050℃,远远超过铝及铝合金的熔点(约660℃),而且体积质量大,约为铝的倍。焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并加强焊接区域的保护。 (2)较大的热导率和比热容铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍,焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此,焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量,焊前常需采取预热等工艺措施。 (3)热裂纹倾向大线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时的体积收缩率达%左右,因此焊接某些铝合金时,往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹,如使用焊丝HS311。? (4)容易形成气孔形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为100g,而在660℃凝固温度时,氢的溶解度突降至100g,使原来溶解于液态铝中的氢大量析出,形成气泡。同时,铝和铝合金的密度小,气泡在熔池中的上升速度较慢,

铝及铝合金焊接材料的应用

铝及铝合金焊接材料应用 纯铝焊丝ER1100 性能特点:纯铝焊丝,铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能,很高的导热与导电性能,以及极好的可加工性能。对经阳极化处理的材料,需要配色时十分理想,推荐用于焊接1000系列铝合金。 典型化学成份:Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003,AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食品等行业。 铝硅合金焊丝ER4047 性能特点:本品为含硅12%的合金焊丝,适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好的流动性使母材焊接变形很小。 典型化学成份:Si 12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15,AL余量 用途:焊接或堆焊轻质合金加工业。 铝硅合金焊丝ER4043 性能特点:本品为含硅5%的合金焊丝,适合焊接铸铝合金 典型化学成份:Si 5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05 ,AL余量 用途:船舶、机车、化工、食品、运动器材、模具、家具、容器、集装箱 铝镁合金焊丝ER5356 性能特点:本品为含镁5%的合金焊丝,是一种用途广泛的通用型焊材,适合焊接或表面堆焊5%镁的铸锻铝合金,强度高,可锻性好,有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊接提供良好的配色。 典型化学成份:Mg 5、Cr 0.10、(Fe+Si)0.3、Cu≤0.05、Zn 0.05、Mn 0.15、Ti 0.1,AL余量 用途:自行车、铝滑板车等运动器材,机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等行业。 铝镁合金焊丝ER5183 性能特点:本品为含镁3%的合金焊丝,适用于焊接或表面堆焊同等级的铝合金材料。 典型化学成份:Mg 3.5,Cr 0.2,Fe 0.15,C u≤0.05, Zn 0.10,Mn 0.05,Ti 0.1,AL余量 用途:化工压力容器、核工业、造船、制冷行业、锅炉、航空航天工业等 铝合金焊丝及焊条成分 国标牌号主要成份(%) 特性和用途相当AWS S 301 Al≥99.5 塑性好、耐蚀。纯铝气焊、氩弧焊用ER1100 S 311 Si5 Al Rem. 抗裂性好,通用性大。铝合金气焊、氩弧焊用。不宜用高镁合金ER4043 S 321 Mn1.3 Al Rem. 良好的耐蚀性、可焊性及塑性。铝合金气焊、氩弧焊用ER3003 S 331 Mg5 Mn0.4 Al Rem. 耐蚀,强度高。铝合金氩弧焊用ER5183 5356 Mg5 Al Rem. 耐蚀、强度高,通用性大。铝合金氩弧焊用ER5356 Al 109 TAl 纯铝,耐蚀性好,但强度不高,纯铝焊接用E1100 Al 209 TAlSi 铝硅,抗裂性好,通用性大。铝合金焊接用,不宜焊接铝镁合金E4043 Al 309 TAMn 铝锰,强度高,耐蚀。铝合金焊接用E3003

焊接应力产生的原因及处理方法

1.焊接应力的分类 焊接过程是一个先局部加热,然后再冷却的过程。焊件在焊接时产生的变形称为热变形,焊件冷却后产生的变形称为焊接残余变形,这时焊件中的应力称为焊接残余应力。焊接应力包括沿焊缝长度方向的纵向焊接应力,垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。 2.焊接残余应力对结构性能的影响 (1)对结构静力强度的影响:焊接应力不影响结构的静力强度。 (2)对结构刚度的影响:焊接残余应力降低结构的刚度。 (3)对受压构件承载力的影响:焊接残余应力降低受压构件的承载力。(4)对低温冷脆的影响:增加钢材在低温下的脆断倾向。 (5)对疲劳强度的影响:焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。 焊接过程中,对焊件进行不均匀加热和冷却,是产生焊接应力和变形的根本 原因。 减少焊接应力与变形的工艺措施主要有: 一、预留收缩变形量。根据理论计算和实践经验,在焊件备料及加工时预先考 虑收缩余量, 以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。 二、反变形法。根据理论计算和实践经验,预先估计结构焊接变形的方向和大小,然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形,以抵消焊后产生的变形。 三、刚性固定法。焊接时将焊件加以刚性固定,焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定,可有效防止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力,只适用于塑性较好的低碳钢结构。 四、选择合理的焊接顺序。尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时,应先焊错开的短焊缝,再焊直通长焊缝,以防在焊缝交接处产生裂纹。如果焊缝较长,可采用逐步退焊法和跳焊法,使温度分布较均匀,从而减少了焊接应力和变形。 五、锤击焊缝法。在焊缝的冷却过程中,用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝,使金属产生塑性延伸变形,抵消一部分焊接收缩变形,从而减小焊接应力和变形。 六、加热“减应区”法。焊接前,在焊接部位附近区域(称为减应区)进行加热使之伸长,焊后冷却时,加热区与焊缝一起收缩,可有效减小焊接应力和变形。 七、焊前预热和焊后缓冷。预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差,降低焊缝区的冷却速度,使焊件能较均匀地冷却下来,从而减少焊接应力与变形。焊后消除应力处理: 1、整体热处理:消除应力的程度主要决定于材质的成分、组织、加热温度和 保温时间。低碳钢及部分低合金钢焊接构件在650度,保温20~40h,可基本

【CN109967869A】一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910274668.8 (22)申请日 2019.04.08 (71)申请人 上海工程技术大学 地址 201620 上海市松江区龙腾路333号 (72)发明人 张培磊 吴希 何珊珊 李绍伟  卢庆华 闫华 于治水  (74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 31227 代理人 王一琦 (51)Int.Cl. B23K 26/12(2014.01) B23K 26/21(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方 法 (57)摘要 本发明涉及铝合金薄板激光焊接技术领域 的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法, 在合适的工艺参数下能够实现薄板铝合金的叠 焊,避免了较大热影响区以及激光焊接时气孔的 产生,获得的叠焊工件强度较高。在采用脉冲激 光焊接同时在一定角度通入保护气体,保护气气 流方向与焊接方向相匹配,降低了铝合金熔池氧 化;通过调整工艺参数减少了焊接时熔池金属的 飞溅。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 109967869 A 2019.07.05 C N 109967869 A

权 利 要 求 书1/1页CN 109967869 A 1.一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法,其特征在于,包括如下步骤: 1)焊前准备步骤:取两块厚度均为1mm的铝合金板(1),将其中一块铝合金板(1)的上板面作为焊接面(2),采用砂纸打磨焊接面(2),使得焊接面(2)处于平整状态,打磨完成后清理焊接面(2)的待焊区域(3)以及两块铝合金板(1)的相对面,用丙酮或酒精将焊接面(2)上的待焊区域(3)彻底擦拭干净,然后等丙酮或酒精完全挥发使得上述的待焊区域(3)处于干燥状态,上述焊接面(2)上的待焊区域(3)为焊缝的覆盖区域,上述焊接面(2)上的待焊区域(3)是宽度为1mm的、焊接时被焊缝覆盖的长条状平面; 2)装夹步骤:将两块铝合金板(1)上下叠加放置并形成矩形的叠加区域,并用夹具同时夹住两块铝合金板(1),两块铝合金板(1)叠加区域的宽度控制在30-40mm,上述待焊区域(3)的长度方向平行于叠加区域的长度方向; 3)焊接步骤:调整激光焊接的工艺参数,使得功率2.6~2.8W,焊接速度5~8mm/s,激光脉冲持续时间10~13ms、频率9~16Hz,保护气喷气装置(5)输出的保护气体为99.9%的氩气,保护气体流量15~20L/min,其中,焊接方向以待焊区域(3)的长度方向为准,以焊接前进方向为准保护气喷气装置(5)的出气端在激光焊机(4)焊接端后面2~3mm的位置,保护气体的喷射方向线与焊接面(2)形成30度的夹角,调整完毕后用激光焊机(4)对装夹完成的两块铝合金板(1)进行焊接,焊接时激光束与焊接面(2)形成的夹角为90度; 4)焊后检测与分析步骤:焊后对焊缝的外观进行目测检验,对焊接接头进行力学性能检测,采用XRD对金属间化合物进行成分分析。 2.根据权利要求1所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法,其特征在于:两块铝合金板(1)的相对面之间的间隙不大于0.1mm。 3.根据权利要求1所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法,其特征在于:在焊接步骤中激光焊接的脉冲激光离焦量为0mm。 4.根据权利要求1所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法,其特征在于:在焊前准备步骤中打磨焊接面(2)时,先用粗砂纸打磨焊接面(2),然后再用细砂纸打磨焊接面(2)。 5.根据权利要求4所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法,其特征在于:上述粗砂纸选为800目的规格,细砂纸选为2000目的规格。 2

6系铝合金焊接常识

6系铝合金焊接基础知识 焊丝的材质选取: 面对6005、6082、5083 等母材来说,选取牌号为5087-AlMg4. 5MnZr ,因为5087 焊丝优点:抗裂 性能好、抗气孔性能好,而且强度性能不错。 焊丝规格的选取: 选择大直径规格的焊丝。规格大的焊丝表面积小于小规格焊丝,故氧化面少,焊接质量更容易达到 要求 另外大直径焊丝的送丝过程更容易操作。对于6 毫米以下板厚的母材一般采用1. 2 毫米直径的 焊丝, 对于6 毫米及以上板厚的母材采用1. 8毫米直径的焊丝。 自动焊机采用1. 6 毫米直径的焊丝。 预热及层间温度的控制: 超过6 mm 的材料焊接时,都要焊前预热,预热温度控制在70 ℃~110 ℃之间,层间温度控制在80 ℃~ 90 ℃之间。 预热温度过高,可能对铝合金的合金性能造成影响,出现退化,焊缝成形不良等现象。并且会使 铝焊热裂纹的产生机率增加。 保护气体的选用: Ar100 %的特点是电弧稳定、引弧方便,对于6mm以下母材采用Ar100 %焊接。对于6 mm 及以上母材和气孔要求高的焊缝,采用Ar70 % + He30 %进行焊接。 氦气的特点在于:10 倍于氩气的导热性,焊接速度更快,气孔率减少,熔深增加。当然氦气是用于 比较高端的产品,一般都是用氩气保护。 焊前清理: 焊接铝合金需要最干净的准备工作,否则其抗腐蚀能力下降,而且容易产生气孔。焊接铝合金应该与焊钢的习惯彻底区分。焊钢已经用过的工具,严禁焊接铝合金时使用。清理焊缝区域的氧化膜等杂质,尽可能使用不锈钢刷或者用丙酮清洗。不能使用砂轮打磨,因为使用砂轮打磨只会使氧化膜熔合在焊材表面,而不会真正去除。而且如果使用硬质砂轮,其中的杂质会进入焊缝,导致热裂纹。此外,由于Al2O3 膜

铝合金焊接缺陷检验

第八章:焊接缺陷及焊接质量检验 学习要求:掌握焊接中各种焊接缺陷,了解焊接缺陷产生的原因及预防措施,掌握各种焊接检验方法。掌握公司焊缝外观检验标准, 课时:4课时 基本内容 前言:随着科学技术的发展,焊接在工业生产中的地位更加重要。从大量结构的事故原因分析结果可以看出,很多是由于焊接质量不好造成的,而焊工的责任心和操作技能直接影响到焊接质量。为提高焊工的素质,保证焊接结构的使用安全、可靠,对焊工进行培训与考核是十分必要的。 第一节焊接缺陷 焊接缺陷:焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷 一、焊接缺陷的分类按焊接缺陷在焊缝中的位置,可分为外部缺陷与内部缺陷两大类。外部缺陷位于焊缝区的外表面,肉眼或用低倍放大镜即可观察到。例如:焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下塌、表面气孔、表面裂纹等。内部缺陷位于焊缝内部,需用破坏性实验或探伤方法来发现。例如:未焊透、未熔合、夹渣、内部气孔、内部裂纹等。 二、常见电焊缺陷 (1)焊缝尺寸不符合要求主要指焊缝宽窄不一、高低不平、余高不

足或过高等。焊缝尺寸过小会降低焊接接头强度;尺寸过大将增加结构的应力和变形,造成应力集中,还增加焊接工作量。焊接坡口角度不当或装配间隙不均匀,焊接电流过大或过小,运条方式或速度及焊角角度不当等均会造成焊缝尺寸不符合要求。 (2)咬边由于焊接参数选择不当,或操作工艺不正确,沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凸陷即为咬边。咬边使母材金属的有效截面减小,减弱了焊接接头的强度,而且在咬边处易引起应力集中,承载后有可能在咬边处产生裂纹,甚至引起结构的破坏。产生咬边的原因 操作方式不当,焊接规范选择不正确,如焊接电流过大,电弧过长,焊条角度不当等。咬边超过允许值,应予补焊。 (3)焊瘤焊接过程中,熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上,所形成的金属瘤即为焊瘤。焊瘤不仅影响焊缝外表的美观,而且焊瘤下面常有未焊透缺陷,易造成应力集中。对于管道接头来说,管道内部的焊瘤还会使管内的有效面积减少,严重时使管内产生堵塞。焊瘤常在立焊和仰焊时发生。焊缝间隙过大,焊条角度和运条方法不正确,焊条质量不好,焊接电流过大或焊接速度太慢等均可引起焊瘤的产生。(4)烧穿焊接过程中,熔化金属自坡口背面流出,形成穿孔的缺陷称为烧穿。烧穿常发生于打底焊道的焊接过程中。发生烧穿,焊接过程难以继续进行,是一种不允许存在的焊接缺陷。造成烧穿的主要原因是焊接电流太大或焊接速度太低;坡口和间隙太大或钝边太薄以及操作不当等。为了防止烧穿,要正确设计焊接坡口尺寸,确保装配质量,选用适当的焊接工艺参数。单面焊可采用加铜垫板或焊剂垫等办法防

焊接残余应力的消除方法

焊接残余应力的消除方法 焊接残余应力是焊接技术带来的一个几乎无法避免的缺陷,其危害众所周知。当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时,还需设法消除焊接残余应力,改善焊接接头的塑性和韧性,以提高焊件结构性能。 一、焊接的应力与应变: 在接过程中,由于焊接件产生温度梯度,接头组织和性能的不均匀,就会在焊件内产生应力和应变。焊后残留在焊件内的焊接应力就是焊接残余应力,它是没有外载荷作用时就存在的应力。 二、焊接残余应力的危害: 焊接残余应力与外载荷产生的应力叠加,局部区域应力过高,使结构承载能力下降,引起裂纹和变形,使焊件形状和尺寸发生变化,需要进行矫形。变形过大会因无法矫形而报废甚至导致结构失效。 三、减少焊接残余应力和变形的措施: ①设计 ②焊接工艺 如: 尽量减少焊接接头数量 相邻焊缝间应保持足够的间距 尽可能避免交叉,避免出现十字焊缝 焊缝不要布置在高应力区 焊前预热等等 四、焊后残余应力的消除方法 消除焊接残余应力的方法有:热处理、锤击、振动法和预载法等。 1、热处理消除法 焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理,火温度越高、保温时间越长,消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高,使工件表面氧化比较严重,组织可能发生转变,影响工件的使用性能,存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路,工件在较低温度时会发生蠕变,材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放,只要保温时间

足够长,理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时,材料的组织和性能变化甚微,几乎不影响材料的使用性能,而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小,这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。 2、锤击消除法 焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区,使焊缝及近缝区的金属得到延展变形,用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形,使焊接残余应力降低。 锤击时要掌握好打击力量,保持均匀、适度,避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外,焊后要及时锤击,除打底层不宜采用锤击外,其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。 3、振动消除法 振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器,使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。 如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件,经过σmax=128N/mm2和σmin=5.6N/mm2多次应力循环后,残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值,经过多次循环加载后,焊接结构中的残余应力逐渐降低。 这种方法所用的设备简单,处理成本低,时间比较短,没有高温回火给金属表面造成的氧化问题,目前在施工中广泛使用。 4、预载消除法 残余应力也可采用机械拉伸法(预载法)来消除或调整,例如对压力容器可以采用水压试验,也可以在焊缝两侧局部加热到200℃,造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸,以减小和消除焊接残余应力。 焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序,先进的焊接工艺,焊接时适当降低焊件的刚度,并在焊件的适当部位局部加热,使焊缝能比较自由地收缩,在焊接的每一个环节都减小残余应力,大大提高材料的使用寿命和性能,在工程施工上具有重要的意义。

铝合金焊接工艺

铝合金焊接工艺 铝合金具有较高的比强度、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性,并且工艺成形性和焊接性能良好,MIG焊是铝合金焊接的主要方法 之一。由于铝合金表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用于航空、航天及其它运载工具的结构材料;如运载火箭的液体燃料箱,超音速飞机和汽车的结构件以及轻型战车的装甲等。本文主要研究了MIG 焊接6063铝合金的工艺方法。 焊接材料 焊接所采用的母材为6063铝合金,焊接壁厚在3mm以上时,开V形坡口,夹角为60°?70°,空隙不得大于1mm,以多层焊完结;焊丝所用的材料为5356铝合金焊丝;壁厚在3mm以下时,不开坡口,不留空隙,不加填充丝;焊接薄铝件,最好是用低温铝焊条WE53。 焊前准备 坡口加工 铝材可采用机械或等离子弧等方法切割下料。 坡口加工采用机械加工法。加工坡口表面高应平整、无毛刺和飞边。 坡口形式和尺寸根据接头型式,母材厚度、焊接位位置、焊接方法、有无垫板及使用条件。 焊接工艺参数的选择 应在焊接工艺规程规定的范围内正确选用焊接工艺参数 表1手工钨术氩弧焊接工艺参数

焊前清洗 首先,用丙酮等有机溶液除去油污,两侧坡口的清理范围不小于 50mm,坡口及其附近(包括垫板)的表面应用机械法清理至露出金属光泽。焊丝去除油污后,应采用化学法除去氧化膜,可用5%?10% 的NaOH溶液在70C下浸泡30?60s,清水冲洗后,再用10%的HNO3 常温下浸2min,清水冲洗干净后干燥处理。清理后的焊件、焊丝在4h内应尽快完成施焊。 焊接工艺要求 定位焊缝应符合下列规定: 1)焊件组对可在坡口处点焊定位,也可以坡口内点固。焊接定位焊缝时,选用的焊丝应与母材相匹配。 2)定位焊缝就有适当的长度,间距和高度,以保证其有足够的强度面不致在焊接过程中开裂。 3)定位焊缝如发现缺陷应及时处理。对作为正式焊缝一部分的根部定位焊缝,还应将其表面的黑料,氧化膜清除,并将两端修整成缓坡型。 4)拆除定位板时不应损伤母材。拆除后应将残留焊肉打磨至与母

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