1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者 : 周雨奇学 号：1016150132学院 (系 ): 材料科学与工程学院专 业 : 材料成型及控制工程题 目 : 高强铝合金双面双弧焊接工艺方法研究指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2014 年 05 月冯曰海 副教授讲师彭勇毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要摘要：针对20mm的厚板7A52高强铝合金，进行双面双TIG弧打底立焊和双脉冲MIG盖面焊焊接工艺试验的研究。大量焊接工艺试验结果表明，双面双TIG弧焊工艺参数为焊接速度15cm/min，交流焊接电流为275A时，焊缝
2、成型良好,焊缝底部完全熔透焊缝表面光洁，无气孔、夹杂和热裂纹；双脉冲MIG盖面焊焊接工艺参数为焊接速度35cm/min或20.5cm/min，交流焊接电流为211A。焊缝整体抗拉强度为190MPa,是母材的46.3%。TIG焊接接头在焊缝处的硬度平均值比母材稍低；金相分析表明，打底焊与盖面焊焊接接头的焊缝为等轴晶，焊缝基体组织由（Mg 2Al）+(Mg 2Al3) 相组成。关键词：7A52 铝合金；双面双弧 TIG 焊；MIG 盖面焊；宏观焊缝；微观组织毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title The research on High strength Alumin
3、um alloy Double-Sided Arc WeldingAbstractThe method of double-sided arc welding is used for welding20 mm thick 7A52 aluminum sheet is studied is this article. A large number of welding processes results showed that， high-quality welds can be achieved when process parameters are: welding speed at15cm
4、/min, AC welding current is 275A; MIG welding process parameters are: welding speed at35cm/min or 20.5cm/min, AC welding current is 211A. The overall Weld tensile strength is 190MPa, about 46.3% of the base material.The average hardness of TIG welded joints is slightly lower the base material .Metal
5、lographic analysis showed that the weld metal is equiaxed grains, the weld matrix organization compose with (Mg2Al) solid solution and (Mg2Al3) phase .Keywords 7A52 aluminum alloy double-sided TIG welding MIG welding Macroscopic weld Microstructural本科毕业设计说明书（论文）目次1 绪论 .11.1 背景 .11.2 双面双弧焊 .11.3 发展趋势
6、 31.4 本课题研究的内容 32 双面双 TIG 弧对接焊接工艺方案设计与系统构建 .52.1 双面双 TIG 弧对接焊接工艺设计 .52.2 双面双 TIG 弧对接自动系统构建 .52.3 金相组织分析过程 .72.4 硬度测试 .73 双面双 TIG 弧中厚板立焊焊接工艺试验研究 .83.1 焊接试验方案 .83.1.1 试验材料 83.1.2 接头形式 93.1.3 焊前处理 .93.1.4 焊接操作要求 .93.2 不同焊接电流双面双弧 TIG 焊接试验过程 103.3 7A52 铝合金焊接接头焊缝微观组织分析 153.4 7A52 铝合金焊接接头焊缝硬度分析 174 填充 MIG
7、焊接工艺试验研究 194.1 MIG 焊接实验过程 204.2 焊接接头焊缝宏观形貌及缺陷分析 214.3 7A52 铝合金焊接接头焊缝微观组织分析 .224.4 焊接接头拉伸试验 .23结 论 .25致 谢 .26参 考 文 献 27本科毕业设计说明书（论文） 第 0 页 共 28 页1 绪论1.1 背景铝合金因其密度小、比强度高、耐腐蚀、导电性好而且成形良好，而在交通运输、海洋工程及航空航天等方面的运用日益扩大。然而，铝合金在焊接过程中普遍拥有夹杂、气孔，软化、氧化和热裂纹等缺陷，这些问题对于焊接质量要求较高的车辆、船舶、航空航天飞行器都是亟待解决的。另外，铝合金焊接还广泛存在着强度不足、
8、变形较大等较为严重的质量问题，因而研究铝合金的高效率、高质量的精密焊接就显得尤为重要。为了提高铝合金焊接的生产效率和加工精度，人们提出了种种焊接方法，如薄板TIG焊，中厚板 MIG焊，搅拌摩擦焊激光电弧符合焊等等。种种铝合金的焊接方式各有特点，可以根据不同环境和要求来选择。双面双弧焊接这种崭新的焊接方法，因效率高，变形小，焊缝成形好，在国内外受到广泛重视。双TIG焊和TIG弧等离子弧混合焊接是当前双面双弧焊接领域中最常见的焊接方法。由于这两种焊接方法不需要填充焊丝，而且电弧稳定，适合于板边精密加工的薄板在无间隙情况下的对接焊。高强铝合金因为自身良好的机械性能，焊接性能，广阔的市场和丰富的来源，
9、其焊接方法不断推陈出新，效率增加，寿命延长，成本不断降低，性能日益提高 15。1.2 双面双弧焊双面双弧焊接( DSAW) 是一种崭新的焊接工艺。双弧是指采用两个同种电弧或不同的电弧。双面是指在工件的两面同时焊接的焊接工艺。双面双弧焊接具备极高的生产效率, 但它必须使用立焊的方式进行焊接。根据两个电弧的相对位置，双面双弧焊接可分成双面双弧非对称焊和双面双弧对称焊。双面双弧非对称焊在焊接过程中，两焊枪并不是保持对称位置，而是有一定的距离，以相同的速度在工件正反两面同时焊接。目前全球焊接研究领域内，对于双面双弧焊接研究应用比较多的焊接方式主要有双面TIG、双面MIG和MIG+TIG焊，焊接示意图如
10、图1 所示。本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 28 页图1.1 双面双弧非对称焊在双面双弧对称焊研究领域中，美国著名Kentucky 大学的著名教授张裕明教授等人在传统的双面电弧焊接的普遍基础上推陈出新，开发了崭新的研究领域, 创造了混合电弧双面双弧焊接，使用等离子弧( PA) 和钨极氩弧( TIG) 对焊缝两面同时进行焊接工作 ,获得, 适合于中厚板焊接光滑平整的焊缝和更有利的机械性能 6,7。原理图如图2所示。图1.2 双面双弧对称焊双面双弧对称焊在焊接过程中，两焊枪是保持对称位置，以相同的速度在工件正反两面同时焊接。两焊枪使用同一个电源上，焊枪之间的电弧采用高频交流方式，工件不
11、接地线。该焊接方法减少了焊缝截面积，提高了工作效率，同时减少热输入，消除热裂纹，防止了焊后变形。此外，此焊接法，不是熔化极气体保护焊，没有焊丝，焊缝成分保持母材金属成分不变。双面双弧TIG焊接相比于传统的交流TIG焊，工艺简化，效率增加，焊缝寿命延长，成本不断降低，性能日益提高 8。本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 28 页图1.3 双面双弧TIG焊接示意图铝合金焊缝的具体机械性能受到焊接参数的重要影响，哈尔滨工业大学的董红刚等人在双面双弧焊接技术的基础上，对铝合金的双面双弧焊接工艺进行广泛的实验探索。在试验过程中发现, 峰值电流和基值电流大小之间的匹配将影响到焊接熔池液态金属量的多
12、少及焊缝的宽窄。其研究还发现，维弧电流保持在一定值以下，可防止双弧的产生 9。1.3 发展趋势铝合金焊接工艺的未来发展的趋势主要有以下四点：（1）随着双面双弧焊、复合焊、搅拌摩擦焊、激光束和电子束焊等焊接工艺的成熟与广泛运用，高强铝合金的焊接质量会进一步得到提升。 （2）焊接自动化水平不断发展，机器人，数字控制等技术在铝合金焊接生产中得到广泛应用。 （3）不断发展提高高强铝合金焊接工艺的大规模生产效率，同时降低焊接成本。 （4）焊接技术将开展跨领域的发展，与计算机技术、数字通讯技术等其它技术相融合，在更多领域更广范围内充实焊接技术领域范围的内涵，促进焊接技术及设备的飞速发展。1.4 本课题研究
13、的内容针对20mm厚板7A52铝合金，使用交流钨极氩弧焊焊接方法，对对接构件进行双面双弧TIG焊的工艺试验的研究。设计焊接实验方案，构建焊接工艺试验系统，并调整焊接工艺参数，得到不同工艺参数下焊接接头的焊缝成形，并对焊缝外观，焊接接头的金相组织，焊缝周围金属组织硬度，和拉伸强度进行深入的分析研究，以此来分析焊缝的焊接质量，实现7A52铝合金双面双弧TIG焊接工艺的研究。本课题主要研究内容如下：（1） 研究制定双面双弧TIG焊接工艺方案，构建双TIG弧焊接工艺试验系本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 28 页统；（2）将对双面双弧TIG 打底焊接调整高强铝合金焊接参数，进行焊接试验，观察
14、焊缝成型的情况和焊缝缺陷，拍摄金相照片，对打底焊的显微组织进行分析，测量打底焊试样各金相组织的显微维氏硬度；（3）针对双脉冲MIG盖面焊接调整铝合金焊接参数，拍摄金相照片，分析焊接工艺过程对显微组织的影响，确定焊接质量控制因素。测量双脉冲MIG盖面焊焊接接头的抗拉强度，确定焊接工艺对铝板宏观性能的影响。本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 28 页2 双面双TIG弧对接焊接工艺方案设计与系统构建2.1 双面双TIG弧对接焊接工艺设计双面双弧 TIG 焊接工艺是一种新型的焊接工艺方法，是为了满足高强铝合金对接焊接要求而开发研究。双面双TIG弧对接焊接是使用两个TIG 焊枪在厚板铝合金的正反
15、两面的同一位置以相同的焊接速度沿着立焊焊缝向上移动，形成打底焊，随后用TIG焊填丝或MIG焊熔敷填充焊缝。比起普通的交流TIG焊，双面双弧TIG焊不仅可以增加效率，延长焊缝寿命，不断降低生产成本，提高机械性能。具体设计方案示意图如图2.1所示。图 2.1 双面双弧 TIG 焊对 7A52 铝合金试板施焊时，采用交流电源。焊接时，焊件做阴极时，焊件表面受到正离子的猛烈撞击，有阴极雾化作用，表面氧化膜被清理，降低了焊缝产生气孔的可能性；焊件为阳极时，电弧热量集中在工件表面，增加了焊缝的熔深，有利于焊缝成形，钨极发热较小，不会熔化，可延长钨极使用寿命。对于双面双 TIG 弧焊接工艺，焊缝正背两面都受
16、到正离子的猛烈撞击，通过交流 TIG 焊阴极雾化清理氧化膜，更有利于熔池的形成，熔宽加深和焊缝成形。提高焊接电流交流频率，阴极雾化效果更强，氧化膜清理效果更好，焊缝成形更为美观。2.2 双面双TIG弧对接自动系统构建根据上述双面双 TIG 弧焊接工艺方案的要求，具体构建了双 TIG 弧自动焊接系统，系统构成示意图如图 2.2 所示。本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 28 页图 2.2 双面双 TIG 弧对接自动系统构成试验系统的试验设备如图 2.3 所示。焊接设备包括两台 Magic Wave 4000 弧焊电源、YASKAWA 控制柜以及机器人、二把钨极氩弧焊枪、水冷、供气系统。（
17、a）Magic Wave 4000 弧焊电源 （b）弧焊控制柜双面双 TIG 弧对接自动系统机器人系统 弧焊电源系统控制柜机器人供气系统水冷系统弧焊电源TIG焊枪夹具本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 28 页（c） 双面焊枪固定装置和行走机构图 2.3 双面双 TIG 弧自动焊接系统2.3 金相组织分析过程将金相试样用试样夹装夹固定稳定，首先在水磨机上磨平，然后在280、320、400、600砂纸上逐级精磨，最后在抛光机上进行机械抛光，抛光的质量用显微镜放大80倍进行观察，满足要求后进行腐蚀，用15%的氢氟酸腐蚀，制好的接头试样在金相显微镜上观察合金的金相组织变化，并拍摄焊缝试样微观
18、组织的照片。2.4 硬度测试在 HVS-10002 自动转塔数显微硬度计上对焊接接头的母材、热影响区、熔合区和焊缝区的硬度进行了测试 ，试验机如图 2.3 所示图 3.3 HVS-10002 硬度计本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 28 页3 双面双TIG弧中厚板立焊焊接工艺试验研究将针对20mm7A52装甲铝合金，开展双面双TIG弧打底立焊的焊接工艺试验研究，确定工艺试验方案，分析焊接参数对焊缝成型质量的影响，获得较为理想的焊接工艺规范。双面双弧TIG 焊接过程中焊缝成型质量与焊接参数密切相关。同时两把焊枪的相互协调和配合是工艺试验方案中不可缺少的一部分。焊枪与工件的相对位置以及焊
19、枪移动的焊接速度是焊缝成形和质量控制前提保证，在此条件下优选焊接参数。通过对影响焊缝成形的焊接电流和焊接速度的调节，不断调整工艺参数，总结了20mm7A52铝合金、双面双弧TIG 焊的基本工艺参数，并进行了优化组合。3.1 焊接试验方案3.1.1 试验材料本课题的试验材料是20mm厚7A52 铝合金厚板，填充焊丝牌号为ER5356，主要化学成分如下表3.1所示。表3.1 7A52铝合金及焊丝成分7A52 铝合金 Zn Mg Mn Cr Ti Zr Cu Fe Si Al化学成分质量分数% 4.6 2.58 0.35 0.2 0.14 0.12 0.1 0.3 0.25 余量焊丝 ER5356
20、Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Be Ti Al 质量分数% 0.25 0.4 0.1 0.050.20 4.55.5 0.050.20 0.1 0.0003 0.060.20 余量 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 28 页3.1.2 接头形式每块试板均为 25015020mm，双边 V 形坡口，坡口角度 35，钝边 2mm,采用对接型式，焊接要求根部熔透,熔敷金属铺满焊缝。具体型式如图 3.1 所示。图 3.1 铝板对接形式3.1.3 焊前处理在使用前， 铝合金板材表面上通常会存在一层较厚的氧化膜，需要我们通过机械手段或化学手段来清理，容易在焊接过程中产生阴极雾化作用不
21、明显，电弧不能有效地破碎氧化膜，达不到理想的焊接效果。清除氧化膜通常有机械处理和化学处理两种方法，但在实际工艺中，一般采用机械方法，我们通常使用电动钢丝刷清理焊缝附近25mm的工件表面。随后，使用纸巾擦去残留在接口上的粉末、铝屑或折断的不锈钢丝头等。原则上，经过表面清理焊前处理的母材金属应立刻进行焊接。3.1.4 焊接操作要求将两把焊枪垂直于铝板表面平行于水平桌面，并保持焊枪指向同一熔池。本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 28 页焊前先对焊接试板两端进行点焊固定，如图3.2所示。图3.2 焊前对焊板进行点焊固定点焊固定后，要对铝板用双面双TIG弧进行打底焊，保证焊枪走向与焊接方向一致
22、，使用两个TIG 焊枪同时以相同焊接速度移动。两个焊枪钨极的对准需要尤其注意，在焊接前，通过机器人模拟运行来检查焊枪运行方向是否与焊缝一致，焊枪之间的相对位置与速度是否符合实验要求。需要注意的是，引弧前，需要检气，可检查气压，检查气路是否通畅，并排出焊枪、管路的空气；熄弧时，还要继续维持保护气氛515 s，避免高温的工件焊缝和焊枪的钨极氧化。打底焊完成后，用MIG焊对焊缝进行填充，焊接前要用钢丝刷清理焊缝。接着测量焊缝截面积并计算送丝速度和焊枪行走速度，焊接前，还要进行试焊，测量熔宽和熔高，尽可能保证一道熔敷金属就能填满焊缝。3.2 不同焊接电流双面双弧TIG焊接试验过程试验中铝合金焊板厚为2
23、0mm，两把TIG焊枪规格相同，氩气流量为18L/min保持不变。保持两台焊机焊接电流一致，改变焊接电流的大小，可得到六组焊缝。工艺参数如表3.2所示。本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 28 页表3.2 工艺参数组号 板厚/mm 钨极直径/mm 焊接电流/A 焊接速度/cmmin -1 氩气流量/Lmin -11 20 6 280 12 152 20 6 278 12 153 20 5 277 12 184 20 5 277 15 18 5 20 5 277 15 186 20 5 275 15 18不同的焊接电流对焊缝的成形与质量具有重要的影响， 现分别对六组焊缝成形进行分析：图
24、3.4为1号双面双弧焊接照片。从图中可以看出，a面TIG焊枪电弧不稳定，不够集中，导致焊缝表面凹陷，焊缝根部未熔合，未焊透。焊缝b面，焊枪电弧集中，焊缝表面光滑，但是由于焊缝未熔合产生应力使焊缝表面产生很长的热裂纹。（a） 焊缝a面 (b) 焊缝b面 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 28 页(c) 焊缝b面热裂纹 图3.4 1号焊缝成形照片图3.5为2号试样焊接照片。在图中，试样随着焊接的进行，不断受热升温，熔池越来越深，最终导致焊缝焊漏了。2号铝板的焊接失败主要原因是焊接热输入过大导致的焊缝焊漏，想要减少热输入可以通过减小电流或提高焊接速度来实现。但是本次焊接为大电流焊接，电流
25、的调节范围很小，所以应该把调节焊接速度作为主要的试验方法。 （a) 焊缝a面 (b)焊缝b面 图3.5 2号焊缝成形照片图3.6为3号试样焊接照片。由图中可看出，由于使用了5mm的钨极，导致电弧能量密度更加集中，使熔池加深，焊缝被熔穿。 。本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 28 页（a） 焊缝a面 (b) 焊缝b面 图3.6 3号焊缝成形图片图3.7为4号试样焊接照片。由图中可看出，焊缝两侧成形较好，较光滑美观，但左右两侧焊枪熄弧后，保护气流速较低，焊缝表面有轻微的氧化现象， 。焊缝整体成形质量较好。（a）焊缝a面 （b）焊缝b面 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 28
26、 页图3.7 4号焊缝成形图片图3.8为5号双面双弧焊接照片。由于钨极在之前的焊接过程中严重烧损，导致钨极形状不规则，在焊接过程中电弧极其不稳定，焊缝中存在各种缺陷。由图3.5可看出，电弧打偏，没有在焊缝根部形成熔池，导致未熔合，同时焊缝表面氧化，夹杂，气孔等缺陷（如图3.8 c、d、e 所示） 。由图可看出，整个焊缝成形质量很差。 (a) 焊缝a面 (b)焊缝b面（c）热裂纹 （d）未熔合本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 28 页（e）气孔图3.8 5号焊缝成形图3.9为6号双面双弧焊接照片。从图片中我们可以看到焊缝表面成型良好，没有氧化现象，无气孔，夹杂，未熔合等缺陷，仅仅在焊
27、缝末尾存在焊漏的现象。这主要焊枪在焊接结束时稍微停留所造成的。(a) 焊缝a面 (b)焊缝b面图3.9 6号焊缝成形 对各组的分析对比，最终得到6号焊件焊接成型最好，参数最佳，即焊接电流为275A，焊接度为15cm/min，气体流量18L/min时获得良好焊缝。在接下来的填充MIG中，使用第6道焊缝的工艺参数作为MIG焊的打底焊。3.3 7A52铝合金焊接接头焊缝微观组织分析焊接接头的微观组织与焊接接头的机械性能有着密切的联系，通过对微观组织的分析，可以深刻理解焊接接头机械性能的变化，因此，微观组织的分析对于焊接实验是非常必要的。本试验用的母材为7A52铝合金厚板，是一种极为优良的装甲铝合金板
28、材，广泛应用于坦克前装甲的焊接。该铝合金是铝锌镁合金，有较高的比强度，良好的断裂韧性和抗低周疲劳性能。焊接接头由焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。与焊缝区金属相邻的是狭窄的熔合区，在焊接过程中熔合区的金属处于半熔化状态。与熔合区相邻的热影响区，在焊接过程中热影响区金属被加热到了很高温度，但是尚未发生熔化，该部分的组织发生了再结晶，局部地方出现了粗大的再结晶组织，整体而言其晶粒相对母材明显粗化。热影响区之外的本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 28 页是母材金属，由于在焊接过程中处于较低的温度或不受焊接加热的影响，仍然保持母材的性能和组织特征。图3.10为7A52铝合金焊接接头不同区
29、域的微观组织，焊接接头由焊缝区，热影响区，熔合区和母材4个部分组成。图3.10(a)所示的是焊缝中心金属的微观组织，由于使用了TIG 焊接，焊缝的化学成分与母材相同，但金相组织不同，由(Mg 2Al)+(Mg 2Al3)相组成，是等轴晶组织，而且晶内分布着许多细小的沉淀析出相， 它们是焊缝中的强化析出相，对焊缝起到一定的强化作用；图3.10(b)所示的是热影响区组织，该部分的组织发生了再结晶，局部地方出现了粗大的再结晶组织，整体而言其晶粒相对母材明显粗化；图3.10(c)所示的是熔合区组织，一侧靠近焊缝区，一侧靠近热影响区，金相组织是细小等轴晶，等轴晶粒主要是(Mg 2Al)+(Mg 2Al3
30、)相。图3.10(d) 所示的是母材，金相组织主要是 (Mg 2Al)+T(Mg3Zn3Al2)相构成，呈明显的带状分布，这是由于在轧制过程中化合物破碎后沿压延方向排列所致。(a) 焊缝区（200x,500x）(b) 热影响区 （200x,500x）本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 28 页(c) 熔合区（200x,500x） (d) 母材（200x,500x）图3.10 焊接接头不同区域的微观组织3.4 7A52铝合金焊接接头焊缝硬度分析如图3.11所示，为7A52铝合金焊接接头试样。对焊接接头施加 0.1Kg的载荷，沿着箭头所指的方向按相同间距对母材、热影响区、熔合区和焊缝区的
31、显微维氏硬度进行了测试。本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 28 页图3.11 焊接接头试样以焊缝中部为零点，分别向两侧延伸，根据测量得到的硬度数据做出如图3.12，3.13所示的硬度折线图。从折线图中可以看出，焊缝的显微硬度基本在70100HV之间，母材硬度在85HV左右，在热影响区硬度上升，到达一个极大值，随后不断下降，然后又逐渐回升，在焊缝中心处硬度最大。整个焊缝的硬度在总体上呈波浪形不断起伏。经过计算，两个试样的母材硬度分别是86.5HV和86.47HV，焊缝硬度分别为92.33HV和83.48HV，焊缝与母材的硬度十分接近。图3.12 7A52铝合金焊接接头试样1硬度图3.
32、13 7A52铝合金焊接接头试样2硬度本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 28 页4 双脉冲MIG盖面焊接工艺试验研究将针对20mm7A52装甲铝合金，开展双脉冲MIG 盖面焊的焊接工艺试验研究，确定工艺试验方案，分析焊接参数对焊缝成型质量的影响，获得较为理想的焊接工艺规范。为了将焊缝用熔敷金属填充，可以使用MIG焊或填丝TIG焊，但是本次试验受到实验条件的限制，最终采用MIG焊工艺，通过测量计算，焊缝两面需要填充的截面积分别为39mm 2和48mm 2。通过公式: FWVDS计算焊接速度，其中S 为焊缝截面积， D为焊丝直径，V W为送丝速度，V F为焊接速度。接着，在一般铝板上进
33、行试焊，测量焊道的熔宽和熔高，通过调节电流来改变熔高，调节电压来改变熔宽，使熔敷金属能够完全填充焊缝。 最后，按照计算好的焊接参数进行实验，在TIG打底焊的基础上进行双脉冲MIG盖面焊，将铝合金焊接彻底完成。由于只有第六道TIG焊缝成形较好，MIG焊接只有一次成形的机会。MIG焊接实验设备如图4.1所示。本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 28 页（a） 行走机构 （b）OTC-DP400焊接电源 （c）送丝机 （d）水箱图4.1 MIG焊实验设备 4.1 MIG焊接试验过程试验中铝合金焊板厚为20mm，焊丝直径1.6mm,焊丝伸出量为15mm,焊接参数具体如下：焊接电流211A,焊
34、接电压21.2V,保护气流量18L/min，第一道焊缝焊接速度为350mm/min,第二道焊缝焊接速度为205mm/min送丝速度为7.8 m/min。焊缝表面成形如下图所示。本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 28 页图4.2 第一道焊缝 图4.3 第二道焊缝 在焊接过程中，实际电流电压与焊接电流电压并不相同，电流范围193-200A，电压范围22.2-22.4V。实际电流电压的变化主要是因为TIG焊缝表面不断起伏导致熔池形状不断变化，填充焊缝需要的熔宽，熔深不断变化。因为焊缝熔深随着焊接电流而变化，焊缝熔宽随着焊接电压而变化。在焊接电源的调节下，电流电压不停变化。4.2 焊接接头
35、焊缝宏观形貌及缺陷分析（a）焊接接头横截面照片 （b）气孔1本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 28 页(c)气孔2 （d）未熔合图4.4 焊接接头及缺陷对以上试样宏观截面缺陷进行综合分析：1. 未熔合缺陷。焊接电流为211A得到的接头试样中均存在未熔合缺陷。产生的原因是，焊接电流过小，不能提供足够的焊接热输入，使第二道MIG焊的熔融焊丝与上一道未能完全熔合。2. 气孔缺陷。接头试样MIG焊缝中存在气孔缺陷，如图4.4（a）所示，气孔主要存在于MIG焊缝的中心处。对于铝合金焊接，焊缝中产生的气孔缺陷主要是氢气孔，气孔产生的原因是在焊接高温下，焊丝或工件表面的氧化膜及其吸附的潮湿空气；
36、保护气体中超标的氢和水分等侵入焊接电弧。在高温的熔融金属铝合金溶解了大量的氢原子，随着温度降低，溶解度下降，氢原子逸出铝合金，形成氢气泡。加之铝合金的导热性很强，冷却速度快，使其结晶过程加快。由于铝合金的密度小，气孔上浮速度慢，使铝合金凝固前，熔池中形成的氢气泡来不及逸出，就在焊缝中心处形成焊缝气孔。 3. 由接头试样焊缝宏观截面可观察到，气孔缺陷均存在于焊缝偏上方的融本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 28 页合区附近，这是由于焊接过程中，熔池中的氢气在浮力作用下，以向上的运动方向从液态焊缝金属逃逸出去，但部分氢气气泡由于熔池上方未熔化金属的阻力作用聚集于该区域，最后熔融金属冷却并
37、凝固，该区域的氢气泡来不及完全逸出，在焊缝上方熔合区附近形成气孔。减少气孔缺陷的方法为：焊前彻底清理焊板表面的氧化膜，并保持焊板表面清洁干燥无水分附着，这样可减少铝合金焊缝中的氢气孔量。4.3 7A52铝合金焊接接头焊缝微观组织分析（a）MIG焊缝 （b)MIG-TIG熔合线（c）MIG熔合线 （d）TIG焊缝图4.5 焊接接头显微组织图4.5为7A52铝合金在双脉冲MIG盖面焊完成后，对焊接接头切割出试样，进行金相组织拍摄，获得不同区域的微观组织。图4.5(a)、（d）所示的是MIG焊和TIG焊焊缝中心金属的微观组织，从图中可以看出，两个焊缝组织都是由(Mg2Al)+(Mg2Al3) 相组成
38、，是等轴晶组织，而且晶内分布着许多细小的沉本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 28 页淀析出相， 它们是焊缝中的强化析出相，对焊缝起到一定的强化作用。图4.5（b）、（c ）是MIG 焊与TIG 焊和母材的熔合线。MIG焊接的熔敷金属与TIG焊缝和母材的结合处并没有热影响区的粗大再结晶组织和TIG焊缝熔合区的细小等轴晶。这主要是由于焊接电流不大，焊缝热输入不足，使得焊缝熔池熔深不够大，MIG焊道的熔敷金属与TIG焊缝结合不够紧密。4.4 焊接接头拉伸试验将MIG焊后的铝板用线切割切出拉伸试样，用游标卡尺测量试样截面的长宽，并计算截面积A，随后调整试验机各项参数，装夹试件，注意要确保试
39、样夹紧，在实验过程中不会脱落。进行试验时，要缓慢而均匀地加载，试验机的电脑内控制软件所设置的加载速度为0.5mm/min，在实验过程中，这个加载速度有点慢。要注意观察滑移和缩颈现象。试验完成后，取下试件，读取试验机的电脑内控制软件所记录的屈服强度和最大拉力，观察焊缝处断裂的断口情况，分辨断裂类型，判断断裂经过。接着用游标卡尺测量断后标距，缩颈处的截面积。图 4.6 拉伸试验机与拉伸试样经过测量，拉伸试样宽25mm，厚8.5mm,初始长度125mm。拉伸过程中无滑移和颈缩现象，试样拉伸后长度为126mm，无明显塑性变形，试样断裂为脆性断裂。试样拉断后测得拉伸过程中最大力40.458kN ，抗拉强
40、度190MPa，而母材抗拉强度410MPa，焊接系数为0.46。用肉眼观察试样断裂处，可以发现 TIG本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 28 页焊缝首先断裂，MIG焊缝随后，经过分析，应该是因为MIG焊接时电流太小，热输入不足，TIG 焊缝与MIG焊缝未完全熔合，导致两焊缝分开断裂。图 4.7 拉伸试样断裂处结 论本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 28 页本课题构建了双面双弧TIG焊自动系统，设计了双面双TIG弧焊接和双脉冲MIG盖面焊接的实验方案，针对20mm厚板7A52铝合金进行了焊接工艺试验的研究。通过组合不同的焊接工艺参数进行分组试验，得到不同工艺参数下相对应的
41、焊接接头，试验分析了焊缝成形与缺陷的起因，利用金相显微镜分析了焊接接头的微观组织，测量了焊缝的力学性能，根据焊缝缺陷，焊缝硬度和力学性能来分析焊缝的焊接质量，实现7A52铝合金双面双弧 TIG焊接工艺的研究。主要结论如下：（1）针对20mm厚板7A52铝合金双面双弧TIG焊接工艺试验的研究，不断调整工艺参数，分析焊缝成形质量，得出工艺参数为焊接速度15cm/min、氩气流量为18L/min、焊接电流为275A时，焊缝成形最好。（2）对双面双弧TIG 焊接接头硬度分析，两个试样的母材硬度分别是86.5HV和86.47HV，焊缝硬度分别为92.33HV和83.48HV，焊缝与母材的硬度十分接近。硬度折线图显示从焊缝中心处到母材试样硬度不断波动。（3）对使用不同工艺参数进行双脉冲MIG盖面焊，得到焊道的熔宽熔高进行对比分析，得出工艺参数为第一道焊缝焊接速度为350mm/min,第二道焊缝焊接速度为205mm/min，氩气流量为18L/min、焊接电流为211A时，试样两侧焊缝完全被熔敷金属铺满，焊接成形最好。（4）双脉冲MIG盖面焊试样抗拉强度190MPa，而母材抗拉强度 410MPa，焊接系数为0.46。（5）金相微观组织分析表明，双面双弧TIG焊接与双脉冲MIG盖面焊焊接接头的焊缝为等轴晶组织，焊缝基体组织由（Mg 2Al）+(Mg 2Al3) 相组成。
