毕业设计5083铝合金船舶焊接工艺探讨
系别机械工程系
专业焊接技术及自动化
班级焊接3112班
姓名
学号
2013～2014学年第一学期
【摘要】
铝及铝合金材料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀能力强,具有良好的物理特性和力学性能,因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。铝合金在部件中的应用情况、发展趋向及其在组焊中存在很多问题。对铝合金及其异种金属焊接接头进行了焊接性试验研究结果表明，其焊接接头有满意的力学性能、抗裂性及抗应力腐蚀性能，适合用于制造轻轨车辆、军用船、航空航天等领域的广泛应用。
关键词：铝合金船舶构件焊接工艺焊接缺陷、检测
前言
船舶焊接技术是现代造船模式中的关键技术之一。先进的船舶高效焊接技术，在提高船舶建造效率，降低船舶建造成本，提高船舶建造质量等方面具有重要的作用，也是企业提高经济效益的有效途径。先进的船舶高效焊接技术涉及到船舶制造中的工艺设计、计算机数控下料、小合拢、中合拢、大合拢、平面分段、曲面分段、平直立体分段、管线法兰焊接、型材部件装焊等工序和工位的焊接工程。同时也会牵动与之相关的焊接产业链，如焊接材料、焊接设备和专用工装、焊接辅器具、金属的加工、焊接接头设计、焊接接头性能与质量控制、焊接标准与规范等。
焊接技术也随着造船技术不断进步，焊接技术的实力决定了一个地区的造船能力。世界船舶焊接技术沿着高效、自动、智能化发展。纵观国内外造船企业的造船模式，主要流程基本相同，为零件→部件→分段→总段→船台（坞）搭载。于此相对应，所采用的焊接技术也大同小异。在部件、分段、总段等中间产品的生产制造阶段采用自动化程度很高的大型生产焊接装置，在船台搭载时采用单机自动化装置。经过 50 多年的发展，中国已成为世界造船大国。目前，我国造船焊接工艺已发展到40多种典型焊接技术除了在散货船、油船、集装箱船等主力船型上应用之外，还在液化天然气船（LNG）、液化石油气船（LPG）、海洋浮式生产储油船（FPSO）、超大型油船（VLCC）、军用船等高技术、高附加值船舶上获得广泛应用。
目录
第一章 5083铝合金焊接工艺
一、5083铝合金材料的分类及牌号 (3)
1、5083铝合金材料的分析 (4)
2、5083铝合应用 (4)
3、5083铝合金的焊接性 (5)
二、5083铝合金焊接工艺分析 (6)
1、5083铝合金焊接工艺的一般特点 (6)
三、5083铝合金焊接方法选择 (6)
1、TIG焊接方法 (7)
2、MIG焊接法（DCRP） (7)
四、焊接工艺参数的确定 (7)
五、焊接材料 (8)
1、焊丝 (8)
2、保护气体 (8)
3、钨极 (8)
六、5083的焊接接头口形式及其选择 (9)
1、焊接坡口的设计 (9)
2、焊接坡口的加工 (9)
七、5083铝合金的清准备工作 (9)
1、焊前清理 (11)
2、垫板 (11)
3、焊前预热 (11)
4、焊后处理 (12)
八、技术要点 (13)
九、5083铝合金焊接操作 (14)
?引弧 (14)
?焊接 (14)
?熄弧 (15)
十、钨极氩弧焊工艺 (16)
十一、熔化极氩弧焊工艺 (17)
1、熔化极氩弧焊原理及特点 (17)
2、熔化极氩弧焊工艺 (17)
3、熔化极脉冲氩弧焊工艺参数 (18)
十二、先进焊接方法 (18)
1、激光焊工艺 (18)
2、搅拌摩擦焊 (19)
第二章 5083铝合金焊接缺陷
一、焊缝中的气孔 (20)
1、形成气孔的特点 (20)
2、氧化膜中水分的影响（已限制弧柱水分的响） (22)
3、防止焊缝气孔的途径 (22)
二、焊接热裂纹 (23)
1、化合金焊接热裂纹的特点 (23)
2、防止焊接热裂纹的途径 (23)
3、变质剂的影响 (24)
4、焊接工艺参数的影响 (24)
三、焊接接头的“等强性” (24)
一）非时效强化铝合金的软化问题 (26)
二）时效强化化合金的软化问题 (26)
1．采取措施 (26)
四、焊接接头的耐蚀性 (27)
第三章 5083铝合金焊接检测及返修
一、非破坏性检验 (28)
1、外观检验 (28)
2、致密性检验 (28)
3、无损探伤检验 (29)
二、焊缝缺陷的返修 (29)
1、焊接缺陷的确定 (30)
2、焊接缺陷返修方案的制定 (30)
3、焊接缺陷的清除 (30)
4、补焊 (30)
三、焊缝外观成型检验标准 (30)
1、焊缝外观尺寸检验 (30)
2、焊接缺陷检验及处理措施 (31)
第四章船舶结构和焊接工艺
1、焊接程序及坡口方向图 (33)
2、船体焊缝布置 (34)
3、焊接工艺要求 (34)
4、船体焊接顺序的原则 (35)
参考文献 (37)
第一章 5083铝合金焊接工艺
一、5083铝合金材料的分类及牌号
1、5083铝合金材料的分析
(1)5083铝合金规格介绍
5083铝合金铝板标准GB/T 3880.2-2006。
5083板材规格：0.3mm-350mm(厚度)
5083棒材规格：3.0mm-500mm(直径)
5083线材规格：0.1mm-20mm(线径)
5083铝合金为非时效强化铝合金，属于Al-Mg系（LF2～6、5000系列）主要为Mg的固溶强化作用大于Mn, 耐蚀性良好,Mg↑，强度↑，脆性β相
（Mg
2Al
3
）↑，δ↓，耐蚀性↓
(2)5083铝合化学成分，见下表1
5083-H111，5表示为Al-Mg系，H111加工硬化状态：最终退火后又进行了适量加工硬化。主要用于折弯件用的板材。
2、5083铝合应用
(1)5083铝板是是高镁合金,在不可热处理合金中强度良好，耐蚀性、可切削性良好。阳极化处理后表面美观。电弧焊性能良好。5083合金中的主要合金元素为镁，具有良好的抗蚀性与可焊接性能，以及中等强度。优良的抗腐蚀性能使5083合金广泛用于海事用途如船舶，以及汽车、飞机焊接件、地铁轻轨，需严格防火的压力容器（如液体罐车、冷藏车、冷藏集装箱）、制冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹零件、装甲等。
(2)5083属于Al-Mg系合金,使用范围广泛,特别是建筑业离不开此合金，是最有前途的合金。耐蚀性好，焊接性优良，冷加工性较好，并具有中等强度。5083的主要合金元素为镁，
具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性，中等强度，用于制造飞机油箱、油管、以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品、电器外壳等。
(3)AL-Mg系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度高，特别是具有抗疲劳强度：塑性与耐腐蚀性高，不能热处理强化，，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良，可抛光。用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱，汽油或润滑油导管，各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件：线材用来做铆钉
3、5083铝合金的焊接性
(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著，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0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，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條(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。
二、5083铝合金焊接工艺分析
1、5083铝合金焊接工艺的一般特点
（1）从物理性能方面的特点考虑
·铝及其合金导热性好、热容量和线胀系数大、熔点低、高温强度低，焊接困难；
·焊接时无颜色变化，难以确定焊接的坡口是否熔化，焊接操作难；
·Mg、Zn、Mn易蒸发，影响接头性能。
①焊接热源必须集中，以保证熔合良好；
②要采用垫板和夹具，以保证装配质量，防止变形；
（2）从化学性质上考虑
难熔氧化物易于形成夹杂物，而且还因为吸收水分造成焊缝气孔的产生。
①焊接之前严格清理焊丝和母材表面的氧化膜；
②加强保护，利用“阴极雾化”清理作用；（cleaning action）
③气焊或其他熔化焊接方法，需用钎剂（氯化物等），具有腐蚀性，焊后应该立即彻底清除残渣。
（3）接头形式及坡口准备工作
①手工焊接：厚度低于3～4mm内，自动焊接：6mm以内不开坡口；
厚度低于3mm的接头，可以卷边焊接。
②主要考虑能够充分而有效的去除氧化膜。
三、5083铝合金焊接方法选择
几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）薄件仍可以采用气焊（需焊剂），大厚度铝件则采用电渣焊接有效。氩弧焊接：薄板多用TIG焊接；大于3mm多用MIG焊接。TIG与MIG的对比，见下表3
1、TIG焊接方法
一般采用交流电源。研究用于大厚度铝合金焊接的直流正接TIG焊（熔深大、成型好，气孔倾向小）采用双层气体保护。
2、MIG焊接法（DCRP）
MIG焊接通常使用直流电源焊接，电极（焊丝）连接到电源的正极，工件连接到电源的负极。
·I
H
一般大于临界电流值，获得稳定的喷射过渡电弧过程；
·板厚小于3mm，必须采用很细的焊丝，送丝难，一般不用MIG焊接；
·熔化极脉冲氩弧焊焊接薄板，1.6～2.0mm构件
热作用小，适于焊接热处理强化铝合金。
·I
H
大于300～400A，焊缝表面易于产生“皱皮”（Purkering）采用双层气体保护焊接可以解决。
四、焊接工艺参数的确定
主要根据接头的尺寸、形状和焊缝成型的要求，也必须考虑对气孔、裂纹和HAZ软
化的影响。I
H 与V
H
必须紧密的配合。
1、TIG焊接：φ
钨极一定，I
H
↑，V
H
↑，气体流量与焊接速度应该相应的调整，
功率一定，焊接速度与焊接厚度有关。
2、MIG焊接：·V
H
可以大范围变动，0.15～1.5mm/min;
·V
送丝
可以更大范围变动，1.1～10mm/min;
·I
H
必须适当，关键是确定临界电流；
·层间温度↑，σ接头↓，δ↓，微裂纹倾向↑规律：
Ic=75ds+20
I H 一定，V
送丝
=V
熔化
V
送丝
↑↑，粘丝现象（sticking）
V
送丝
↓↓，电弧拉长，烧喷嘴。
V
送丝，U
H
～I
H
匹配关系：
图1
五、焊接材料
1、焊丝
铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按容器要求应使对接接头的抗拉强度、塑性(通过弯曲试验)达到规定要求，对含镁量超过3％的铝镁合金应满足冲击韧性的要求，对有耐蚀要求的容器，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因而焊丝的选用主要按照下列原则：
?纯铝焊丝的纯度一般不低于母材；
?铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；
?铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材；
?异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；
?不要求耐蚀性的高强度铝合金(热处理强化铝合金)可采用异种成分的焊丝，如抗裂性好的铝硅合金焊丝SAlSi一1等(注意强度可能低于母材)。
2、保护气体
保护气体为氩气、氦气或其混合气。交流加高频TIG焊时，采用大于99．9％纯氩气，直流正极性焊接宜用氦气。MIG焊时，板厚<25 mm时宜用氩气；板厚25 mm～50 mm时氩气中宜添加10％～35％的氦气；板厚50mm-75mm时氩气中宜添加l0％～35％或50％的氦气；当板厚>75 mm时推荐采用添加50％～75％氦气的氩气。氩气应符合GB／T 4842?995《纯氩》的要求。氩气瓶压低于0.5 MPa后压力不足，不能使用。MIG焊接常用气体流量为18~20L/min。
3、钨极
氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨四种。纯钨极的熔点和沸点高，不易熔化挥发，电极烧损及尖端的污染较少，但电子发射能力较差。在纯钨中加入1％～2％氧化钍的电极为钍钨极，电子发射能力强，允许的电流密度高，电弧燃烧较稳定，但钍元素具有一定的放射性，使用时应采取适当的防护措施。在纯钨中加入1.8％～2.2％的氧化铈(杂质
≤0.1％)的电极为铈钨极。铈钨极电子逸出功低，化学稳定性高，允许电流密度大，无放射性，是目前普遍采用的电极。锆钨极可防止电极污染基体金属，尖端易保持半球形，适用于交流焊接。
六、5083的焊接接头口形式及其选择
1、焊接坡口的设计
构件焊接坡口应根据母材性能、结构形式、板材厚度、焊接方法、施工条件等因素进行设计。通常应考虑下列因素：
（1）、坡口的断面积尽可能小，以减小焊缝金属填充量；
（2）、有利于减少残余焊接变形何应力；
（3）、避免产生缺陷；
（4）、便于坡口加工；
（5）、便于焊工的操作。
根据上述原则，焊接坡口的型式和尺寸可按CB/T3190选择。
2、焊接坡口的加工
船体结构的焊接坡口可采用机械刨削或等离子切割等方法进行加工，加工后的坡口应平整，无裂纹、分层、夹渣等缺陷。坡口尺寸应符合图样或焊接工艺要求铝及铝合金焊接时，坡口一般采用机械方法加工，常见的坡口形式如下：
表4 铝及铝合金被口形式和尺寸
哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计 题目：铝及铝合金焊接工艺研究专业年级： 09焊接技术及自动化 学生姓名：金杰 学号：0930150223 指导教师：杨丽丽 哈尔滨理工大学荣成学院 完成时间：2012年6月25日
专科生毕业设计（论文）评语 学院：荣成学院专业：焊接技术及自动化任务起止时间：2012年5月13日至2012年6月25日 毕业设计（论文）题目： 铝及铝合金焊接工艺研究 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 指导教师签名：指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 评阅教师签名：评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语： 答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名：职称： 年月日
专科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名：金杰学号：0930150223 学院：荣成学院专业：焊接技术及自动化 任务起止时间：2012年5月13日至2012年6月25日 毕业设计（论文）题目： 铝及铝合金焊接工艺研究 毕业设计工作内容： 铸钢是生产中常用的材料,但是由于其成分中含有杂质较多,铸造过程中冷却缓慢,使其组织粗大偏析比较严重给焊接带来困难.本文通过对ZG270-500及其焊接接头的常见缺陷进行分析，选用适当的焊接工艺参数进行焊接，并对焊后裂纹进行探伤及修补。 1、了解毕业设计的内容，查阅资料（5月13日—5月17日） 2、对铸钢的焊接性及焊接工艺进行分析，总结ZG270-500的焊接工艺及修补措施.撰写题纲（5月17日-5月19日） 3、撰写论文（5月20日-5月21日） 资料： 1.中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第一卷）焊接方法与设备【M】.北京：机械工业出版社，2001 2.美国焊接学会黄静文等[译].焊接手册(第二卷）焊接方法【M】.北京：机械工艺出版社（第七版）.1988 3.关桥.刘方君.董春林.高能束流焊接技术的应用与发展趋势【C】.第九次全国焊接会议论文集.1999 4.李亚江.王娟.有色金属焊接及应用.北京：化学工艺出版社.2006 指导教师意见： 签名： 年月日系主任意见： 签名： 年月日
关于焊接技术论文船舶焊接工艺论文 关于焊接技术教学的几点尝试 【摘要】:当前,无论是中等职业学校的职业教育,还是农民工的职业培训,让参训者掌握一门实用技术,这对于提高他们就业的能力是 非常重要的。焊接技术作为一门通用技术、实用技术,如何根据学员的实际情况,采用何种教学方法,才能在较短的时间内,达到教学目的,这是摆在每个专业课教师面前的一个重要课题。本文就自己多年的教学实践,就焊接技术如何进行教学,提高学员职业技能,谈一点自己的体会。 【关键词】:焊接技术模块教学兴趣小组 《焊接技术》是一门培养学生全面掌握焊工所需要的工艺理论与实际操作知识的专业课。对于初学者来说,专业课枯燥、难懂,许多同学一接触专业课,就产生了厌学情绪,以致影响了整个学习过程。因此,作为专业课教师在教学中要提高学生的学习兴趣,消除他们的畏难心理,让学生在最短的时间内,用最有效的方法获得原来不知道的知识,并能运用所学的知识解决实际问题。针对以上这种状况,如何在有限的课时内讲完教学大纲规定的全部教学内容,如何使学生在较少的学时数内,学会应掌握的焊接理论知识,这就要求专业课教师必须适当 的教学方法达到教学目的。 一、明确并优化教学目标
教学目标是教师从事教学工作的指针。因此,任何一名教师要想取得良好的教学效果,就必须明确教学和发展的目标,了解学生的准备状态,把教学任务条理化、具体化。例如,《焊工技术》的教学大纲中任务和目标是:使学生获得焊接技术的基本理论知识,具备能独立完成常见的金属材料的焊接操作。所谓掌握基本的理论知识,即基本的焊接方法及常用的焊接工艺参数等等,这都是通过课堂老师的讲授使学生明白在什么条件会“做”什么,才算达到本课程的教学目标。 二、以教学目标为中心,合理的处理并优化教材 围绕教学目标的全面性、层次性、激励性,可行性,然后就可以客观科学的处理并优化教材,这其中包括两层含义:第一,分析教材中主要的和本质的东西,即准确的把握教学重点和观点,哪些内容是学生应该了解的,哪些内容是学生必须要掌握的。第二,准确把握大纲和教材的要求,做到既不流于肤浅又不无限延伸。例如《焊接技术》,作为专业课的老师,依据教学大纲,编写教案时,必须明确学完这门课后应使学生了解: 1、常用的焊接设备及常用焊接方法的原理、基本特点及应用。 2、焊接时的冶金过程。 3、焊前预热,焊后缓冷、后热,焊后热处理。 4、焊接应力与变形产生的原因。
铝及铝合金焊接施工工艺标准 1 适用范围 本工艺标准适用于铝及铝合金的手工钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊的焊接。 2 施工准备 2.1 铝及铝合金的焊接除应执行本工艺标准外，还应符合国家颁布的有关标准、法律法规及规定。 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是不注日期的引用文件其最新版本适用于本标准 《铝及铝合金轧制板材》GB/T-3880-1997 《铝及铝合金热挤压管》第一部分：无缝圆管GB/T4437.1-2000 《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》GB/T6893-2000 《铝及铝合金焊丝》GB/T10858 《铝及铝合金焊接管》GB/T10571 《铝制焊接容器》JB/T4734-2002 2.2 材料 2.2.1 一般规定 工程中使用的母材和焊丝应具备出厂质量合格证或质量复验合格报告，并优先选用已列入国家标准或行业标准的母材和焊丝，母材和焊丝应妥善保管，防止损伤、污染和腐蚀。当选用国外材料时，其使用范围应符合相应标准的规定，并应有该材料的质量证明书。 2.2.2 母材 2.2.2.1 工程选用的母材应符合现行的国家标准规定。 2.2.2.2 当对母材有特殊要求时，应在设计图样或相应的技术条件上标明。 2.2.2.3 施工单位对设备、容器和管道的材料的代用，必须事先取得原设计单位的设计修改证明文件，并对改动部位作详细记载。 2.2.2.4 损伤和锈蚀严重的母材不得在工程中使用。 2.2.3 焊接材料 2.2. 3.1 母材焊接所选用的焊丝应符合现行的国家标准《铝及铝合金焊丝》GB/T10858的规定。 2.2. 3.2 选用焊丝时应综合考虑母材的化学成分、力学性能及使用条件因素，并应符合下列规定。（1）焊接纯铝时应选用纯度与母材相同或比母材高的焊丝。 （2）焊接铝锰合金时应选用含锰量与母材相近的焊丝或铝硅合金焊丝。 （3）焊接铝镁合金时应选用含镁量与母材相同或比母材高的焊丝。 （4）异种铝及铝合金的焊接应选用与抗拉强度较高的母材相应的焊丝 2.2. 3.3 焊接时所使用的氩气应符合现行的国家标准《纯氩》GB4842的规定。 2.2. 3.4 手工钨极氩弧焊电极应选用铈钨极，也可选用钍钨极，施焊前应根据焊接电流的大小正确选用钨极直径。
ＮＯ．６，２００４ 山东机械 引言 为解决能源短缺、环境污染等问题，在汽车制造中采用铝合金轻量化已成为世界汽车工业的发展趋势。在国内，经济成本、铝合金的焊接变形大等因素制约了汽车的铝合金化发展。６０６１强化铝可广泛应用于汽车车体，与钢材相比较，６０６１强化铝合金热传导率、线性膨胀系数大，焊后易于软化，焊接变形大，给铝合金薄板的焊接变形数值分析带来一些难点。因此应进一步铝合金的焊接工艺及变形模拟的研究工作。 当前焊接变形数值模拟的方法主要有热弹塑性法及固有应变法，在热弹塑性方法模拟时，６０６１铝合金特殊的焊后软化特点会给模型的准确建立带来很大的困难。本文采用了热弹塑性方法对６０６１铝合金的焊接变形进行分析。关于热弹塑性分析和６０６１的软化现象已经有文献报道，但是迄今尚无把６０６１的软化现象引入到有限元分析之中的报道。本文用简化的模型在有限元分析中考虑了６０６１铝合金的软化现象，提高了数值分析的精度。 １６０６１铝的软化现象 ６０６１属于Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系列铝合金，是一种可热处理强化的铝合金，依靠合金元素（如Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ及Ｚｎ等）在ａ固溶体中形成的强化相在基体中的弥散分布来获得较高的强度，有时在合金系中添加少量的Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ等元素以获提高机械性能和细化晶粒，焊前一般为固溶处理加人工时效处理状态，焊后必然会产生软化现象，故焊后在试板上 ６０６１铝合金焊接变形的数值分析 王宗茂１ 王建平１ 吴飞２ （１．济南锅炉集团有限公司；２．上海交通大学） 摘 要：本课题是上海汽车工业基金汽车轻量化研究工作的一部分。汽车轻量化对于节省能源、保护环境、提高安全都 有着重要的现实意义，而铝合金材料的应用则是解决该问题的有效途径之一。目前，国内在这一方面尚与先进国家存在较大差距，主要是由于铝合金结构在焊接工艺上存在较大问题。国内外相关文献主要集中在焊后组织及性能的模拟，本课题旨在对铝合金结构的焊接变形进行数值分析，为制定和优化焊接工艺提供必要的参考。 关键词：６０６１铝合金焊接变形焊后软化热弹塑性方法固有应变法 ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＷｅｌｄｉｎｇＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆ６０６１ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙ ＷａｎｇＺｏｎｇｍａｏ１ＷａｎｇＪｉａｎｐｉｎｇ１ＷｕＦｅｉ ２ （１．ＪｉｎａｎＢｏｉｌｅｒＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．２．ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ） ：Ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓａｒｅｉｄｅａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｍａｋｅｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｌｉｇｈｔｅｎｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓａｖｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙ ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓａｆｅｔｙ．ＢｕｔｓｏｍｅｆａｃｔｏｒｓｐｒｅｖｅｎｔＡｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｆｒｏｍｂｅｉｎｇｕｓｅｄｍｏｒｅｗｉｌｄｌｙｉｎｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄｉｔｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｏｎｅｔｈａｔｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｆｉｎｄ．Ｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ’ｓｒｉｇｉｄｉｔｙｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｔｅｅｌ’ｓ，ａｎｄｉｔｗｉｌｌｂｅｓｏｆｔｅｎｅｄｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇ．Ｓｏｍｏｒｅｆａｃｔｏｒｓｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｎｄｓｏｍｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅｍｏｄｉｆｉｅｄｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗｅｌｄｉｎｇ． ：６０６１ＡｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＷｅｌｄｉｎｇｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＷｅｌｄｅｄｓｏｆｔｅｎｉｎｇＨｅａｔｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃＩｎｈｅｒｅｎｔ ｓｔｒａｉｎ ＳＨＥ ＪＩ ＹＵ ＺＨＩ ＺＡＯ 设计与制造 ３６－－
目前最先进的焊接工艺，搅拌摩擦焊，你知道原理吗 搅拌摩擦焊是由英国焊接技术研究所于1991年发明的新型焊接技术，其原理如下图所示。 一根安装在主轴上的形状为蜗杆形式的搅拌针在一定压力下被插入焊缝位置，搅拌针的长度一般要比焊缝深度略浅，以此来保证主轴的轴肩能紧贴被焊接的工件表面。当工件与搅拌针和轴肩摩擦生热，焊缝附近的材料会因受热产生严重的塑性变形，但是，并不是熔化，只是成为一种“半流体”的状态，随着主轴带动搅拌针沿着焊缝的走向进给，搅拌针不断把已经处于“半流体”状态的材料搅拌到身后，当主轴离开后，这些材料将冷却固化，从而形成一条稳定的焊缝。
大家都知道，以铝合金和镁合金为代表的轻质合金是航空航天器的主要结构材料之一。然而这些轻质合金的可焊性都非常差，传统的各种熔焊工艺都无法从根本上杜绝热裂纹、气孔和夹渣等这些焊接缺陷的产生，需要靠操作者具有非常高超的技术和工艺才能保证焊接质量。并且，熔焊的高温会产生大量热量和有毒的烟气，这对操作者的身体健康也造成了很大的威胁。而搅拌摩擦焊的出现从根本上解决了这一系列问题。 其次，相较于传统熔焊工艺在焊缝附近形成重新铸造形态，搅拌摩擦焊由于主轴会给被焊接的工件部位施加一个很大的压力，所以在焊缝附近得到的是锻造形态，这种锻造形态组织比铸造形态组织致密得多，因而焊接后零件的机械性能也比传统熔焊工艺做出来的好得多。 而搅拌摩擦焊最大的优势体现在其本质是把机械能转化成焊接所需要的热能，所以可以用特定的公式相当准确的计算出焊接热及其引发的工件热变形的量，从而为事前的补偿和事后的纠正提供了几乎不依赖操作者经验的定量的依据，这是任何一种传统焊接工艺都望尘莫及的。
铝合金激光焊接难点及解决对策 一、概述 铝合金具有高比强度、高比模具和高疲劳强度以及良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的抗腐蚀性。因此，广泛应用于各种焊接结构和产品中。 传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工艺，但所面临的主要问题是焊接过程中较大的热输入使铝合金变形大，焊接速度慢，生产效率低。由于焊接变形大，随后的矫正工作往往浪费大量的时间，增加了制造成本，影响了生产效率和生产质量，而激光焊接具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在铝合金焊接领域受到格外的重视。 铝合金激光焊接的主要难点在于： 1、铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的吸收率低，“小孔”的诱导比较困难。 2、铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过程和扩散，使得焊接稳定性差。 3、铝合金激光焊接过程中容易产生气孔和热裂纹。 4、焊接过程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。 二、铝合金激光焊接的问题和对策 1、铝合金对激光的吸收率问题 材料对激光的吸收率由下式决定 ε=0.365{ρ[1+β(т-20)]/λ}1/2 式中ρ—铝合金20度的直流电阻率，Ω.M β—电阻温度系数，℃-1 т—温度，℃ λ—激光束的波长 对于铝合金来说，吸收率是温度的函数，在铝合金表面熔化、汽化前。由于铝合金对激光的高反射，吸收率将随温度的升高而缓慢增加，一旦铝合金表面熔化、汽化，对激光的吸收率就会迅速增加。为提高铝合金对激光的吸收，可以采用以下方法： ü采取适当的表面预处理工艺表1所示为铝在原始表面（铣、车加工后）、电解抛光、喷砂（300目砂子）及阳极氧化（氧化层厚度u m级）4种表面状态下对入射光束能量的吸收情况。由此可见，阳极氧化和喷砂处理可以显著提高铝对激光束的能量吸收。另外，砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层及空气炉中氧化等表面预处理措施对激光束的吸收是有效的。 ü激光器参数调整选用短焦距透镜和低阶模输出均可使光斑尺寸减小，激光功率密度增大，铝合金对激光束的吸收率也增加。 ü焊接结构设计将工件坡口设计成斜30℃角，这样激光束能在空隙中多次反射，形成一个人工小孔，从而增加激光束的吸收率。 表1 铝表面状态对CO2激光束吸收率的影响
铝合金通用焊接工艺规程 1 使用范围及目的 范围:本规范是适用于地铁铝合金部件焊接全过程的通用工艺要求。目的:与焊接相关的作业人员按标准规范作业，同时也使焊接过程检查更具可操作性。 2 焊前准备的要求 2.1 在焊接作业前首先必须根据图纸检查来料或可见的重要尺寸、形位公差和焊接质量，来料不合格不能进行焊接作业。 2.2 在焊接作业前，必须将残留在产品表面和型腔内的灰尘、飞溅、毛刺、切削液、铝屑及其它杂物清理干净。 2.3 用棉布将来料或工件上的灰尘和脏物擦干净，如果工件上有油污，使用清洗液清理干净。 2.4 使用风动不锈钢丝轮将焊缝区域内的氧化膜打磨干净，以打磨处呈白亮色为标准，打磨区域为焊缝两侧至少25mm以上。 2.5 焊前确认待焊焊缝区域无打磨时断掉的钢丝等杂物。 2.6 钢焊和铝焊的打磨、清理工具禁止混用。 2.7 原则上工件打磨后在48小时内没有进行焊接，酸洗部件在72小时内没有进行焊接，则焊前必须重新打磨焊接区域。 2.8 为保证焊丝的质量，焊丝原则上用完后再到焊丝房领用，对于晚班需换焊丝的，可以在当天白班下班前领用，禁止现场长时间(24小时以上)存放焊丝。 2.9 在焊接作业前，必须检查焊接设备和工装处于正常工作状态。焊 前应检查焊机喷嘴的实际气流量(允差为+3L/min),自动焊焊丝在8圈以下，手工焊焊丝在5圈以上，否则需要更换气体或焊丝;检查导电嘴是否拧紧，喷嘴是否需要清理。导电嘴不能只简单的采用手动拧紧，必须采用尖嘴钳拧紧。检查工装状
态是否完好，若工装有损坏，应立即通知工装管理员进行核查，并组织维修,禁止在工装异常状态下进行焊接操作。 2.10 焊接前必须检查环境的温度和湿度。作业区要求温度在5?以上，MIG焊湿度小于65,，TIG焊湿度小于70,。环境不符合要求，不能进行焊接作业。 2.11 焊接过程中不允许有穿堂风。因此，在焊接作业前必须关闭台位附近的通道门。当焊接过程中，如果有人打开台位相近处的大门，则要立即停止施焊。如果台位附近的空调风影响到焊接作业，也必须将该处空调的排风口关闭，才能进行焊接作业。 2.12 对于厚度在8mm以上(包括8mm)的铝材，焊接要预热,预热温度 80?,120?，层间温度控制在60?,100?。预热时要使用接触式测温仪进行测温，工件板厚不超过50mm时,正对着焊工的工件表面,距坡口表面4倍板厚,最多不超过50mm的距离处测量,当工件厚度超过50mm时,要求的测温点应位于至少75mm距离的母材或坡口任何方向上同一的位置,条件允许时,温度应在加热面的背面上测定,严禁凭个人感觉及经验做事。 2.13 按图纸进行组装,点焊固定,点焊要满足与焊接相同的要求,不属于焊接组成部分的点焊要尽可能在焊接时完全熔化(图纸要求的点焊 除外,如焊接垫板的固定),组焊后不能出现图纸要求之外的焊点，部件固定后按图纸要求进行尺寸、平行度、垂直度等项点的自检,自检合格后,根据图纸进行焊接，操作工人必须及时、真实填写操作记录。 2.14 当图纸要求或工艺要求使用焊接垫板时，应将焊接垫板点焊在工件上，点焊应符合焊接质量要求，点焊要求为:焊接垫板小于100mm时，在焊接垫板两端点焊固定，焊接垫板大于100mm时,根据焊接垫板长度点焊均匀分布，间距100mm。 2.15 为了避免腐蚀，铝合金配件存放时不允许直接采用钢或者铜材质的容器存放，不允许将配件直接放置在钢制的工装或地板上。 2.16 对于焊缝质量等级为
船舶构件是船舶的主要支撑构件，有成千上万个零件构成。构件的装配与焊接是造船的主要任务之一，船体装配和焊接的工作量，占船体建造总工作量的75％以上，其中焊接又占一半以上。故焊接是造船的关键性工作，它不但直接关系船舶的建造质量，而且关系造船效率。近代造船技术的发展过程是由手工操作向机械化、自动化迈进的过程。自50年代起，船体建造用焊接取代了铆接，使船体建造由过去长期使用的零星散装方式改进为分段装配方式，大大提高了造船效率。焊接方法从全手工焊接发展为埋弧自动焊(见埋弧焊)、半自动焊、电渣焊、气体保护电弧焊。自60年代中期起，又有单面焊双面成形、重力焊、自动角焊以及垂直焊和横向自动焊等新技术。焊接设备和焊接材料也有相应发展。由于船体结构比较复杂，在难以施行自动焊和半自动焊的位置仍需要采用手工焊。结合焊接技术的发展,自60年代起,在船体部件和分段装配中开始分别采用 T型材装焊流水线和平面分段装焊流水线。T 型材是构成平面分段骨架的基本构件。平面分段在船体结构中占有相当的比重，例如在大型散装货船和油船上，平面分段可占船体总重的50％以上。平面分段装焊流水线包括各种专用装配焊接设备，它利用输送装置连续进行进料、拼板焊接以及装焊骨架等作业，能显著地提高分段装配的机械化程度，成为现代造船厂技术改造的主要内容之一。 充分认识船舶构件在船舶建造中的作用，合理选择船舶结构用的材料，利用合理的焊接方法，制定焊接工艺，同时指导生产实践，作为船舶建造的生产指导书。 “产品的质量是企业的生命”,良好的船舶建造质量是保证船舶安全航行与作 业的重要条件,船体的结构强度要求焊缝保证一定的强度,能承受强风浪的冲击,如果焊接接头存在严重的焊接缺陷,在恶劣的环境下,就有可能造成部分结构断裂;甚至引起断船沉没的重大事故.据对船舶脆断事故调查表明,40%的脆断事故是从焊缝缺陷处开始的"笔者所接触的船厂,在造船质量方面存在的主要问题就是焊缝质量的缺陷.因此,焊接质量检验尤为重要,做到及早发现焊接缺陷,对焊接接头的质量做出客观的评价;把焊接缺陷限制在一定的范围内,以确保船舶航行安全和水上人命财产安全" 焊接缺陷的种类较多,按其在焊缝中的位置不同,可分为外部缺陷和内部缺陷。常见的焊接外部缺陷有:焊缝外形尺寸和形状不符合要求!咬边!焊瘤!弧坑!表面气孔!表面夹渣及焊接裂纹等;内部缺陷有:气孔!夹渣!焊接裂纹!未焊透等"在船舶建造过程中,影响焊接质量的因素很多,如钢材和焊条质量,坡口加工和装配精度,坡口表面清理状况及焊接设备!任何一个环节处理不当，都会产生焊接缺陷,影响焊缝质量。但是最主要原因也是最可以人为控制的焊接工艺参数，应当合理选择焊接工艺，不断开展焊接工艺评定工作，提升船舶构架以及船体的连接强度。 船舶焊接技术是船舶工业的主要关键工艺之一，船舶焊接技术的进步推动了造船技术的发展，同时造船技术的发展也促进了焊接技术的发展。 进入新世纪以来，世界经济稳定增长，航运业持续发展，世界造船市场呈现兴旺势头；科学技术也在飞速发展，许多先进制造技术在造船领域得到应用，现代造船技术正朝着高度机械化、自动化、集成化、模块化、计算机化方向发展。在计算机技术快速发展的今天，CAD/CAM技术得到广泛的应用，目前世界上许多重要的造船企业都在加快CIMS技术的开发和应用，世界上几乎所有重要的企业都在不同程度地推进本企业内部的网络化建设。在日本、韩国的先进造船企业中，对现代生产管理模式探索和创新的效果非常明显，造船模式正在由集成制造
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著，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0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。
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。
焊接工艺评定规范 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 焊接工艺评定(Welding Procedure Qualification，简称WPQ) 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价。焊接工艺评定是保证质量的重要措施，为正式制定焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠依据。 目的 1.评定施焊单位是否有能力焊出符合相关国家或行业标准、技术规范所要求的焊接接头; 2.验证施焊单位所拟订的焊接工艺规程(WPS或pWPS)是否正确。 3.为制定正式的焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的技术依据。 意义 焊接工艺是保证焊接质量的重要措施，它能确认为各种焊接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。通过焊接工艺评定，检验按拟订的焊接工艺指导书焊制的焊接接头的使用性能是否符合设计要求，并为正式制定焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的依据。 焊接工艺评定应用范围： 1、适用于锅炉，压力容器，压力管道，桥梁，船舶，航空航天，核能以及承重钢结构等钢制设备的制造、安装、检修工作。 2、适用于气焊，焊条电弧焊，钨极氩弧焊，熔化极气体保护焊，埋弧焊，等离子弧焊，电渣焊等焊接方法。评定过程： 1、拟定预备焊接工艺指导书（Preliminary Welding Procedure Specification，简称PWPS) 2、施焊试件和制取试样
3、检验试件和试样 4、测定焊接接头是否满足标准所要求的使用性能 5、提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接工艺指导书进行评定 工艺评定常规测试 >>外观检测 >>无损探伤 >>拉伸测试 >>弯曲测试 >>冲击测试 >>硬度测试 >>低倍金相测试 >>表面裂纹检测 工艺评定相关标准 评定参考标准： 工艺评定的标准国内标准 SY∕T4103－1995 （相当于API 1104) NB/T47014-2011 《承压设备用焊接工艺评定》 SY∕T0452－2002 《石油输气管道焊接工艺评定方法》（注：供石油，化工工艺评定）JGJ81－2002 《建筑钢结构焊接技术规程》（注：公路桥梁工艺评定可参照执行）GB50236－98 《现场设备，工业管道焊接工程施工及压力管道工艺评定》 《蒸汽锅炉安全技术监察规程（1996）》注：起重行业工艺评定借用此标准 欧洲标准
(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
铝合金焊接工艺 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】
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70℃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。
铝及铝合金的焊接培训资料 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著，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0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，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條(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，
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
南通亚华船舶制造有限公司 船舶焊接工艺 QW-YH-JS-03 2006年6 月28日发布 2006年7 月1日实施 1.编制说明： 船舶焊接施工工艺是船体施工工艺中的一项重要内容，为了保 证公司产品的质量，要求公司有关人员按照此标准严格执行。本工艺由焊接工艺、焊接作业控制、焊条的领用、焊接材料使用部位的一般规定及使用不锈钢焊条的一般要求等内容组成。 2.船体焊接工艺 2.1焊接是本公司生产过程中的关键工序。要求施工人员严格遵照焊接施工工艺的要求进行焊接。如施工中工艺和下列焊接工艺船级社认可文件不符合，需得公司总工程师及技术人员认可并在试验的基础上才能采纳。 2.2焊接工艺船级社认可文件（附焊接工艺船级社认可文件目录） 2.2.1手工电弧焊角接焊（J507）的施工工艺按照“G16-HDF07”执 批 准 审 核 编 制 版 本：A 修订次：0 □□□ 状 态：
行。 2.2.2手工电弧焊角焊（J507，J422）的施工工艺按照“G17-HDF03”执行。 2.2.3埋弧自动焊施工工艺按照“G16-HDF01”执行。 2.2.4手工电弧焊对接焊（J422）的施工工艺按照“G17-HDF02”执行。 2.2.5埋弧自动焊和手工电弧焊仰焊对接焊相结合的施工工艺按照“G16-HDF05”执行。 2.2.6手工电弧焊：平焊的施工工艺按照“G16-HDF010”执行。 2.2.7手工电弧焊：横焊的施工工艺按照“G16-HDF011”执行。 2.2.8手工电弧焊：立焊的施工工艺按照“G16-HDF012”执行。 2.2.9手工电弧焊：仰焊的施工工艺按照“G16-HDF013”执行。 2.2.10手工电弧焊对接焊（J507）25mm钢板，70mm锻件按照“G17-HDF04~05”执行。 2.2.11二氧化碳保护焊打底单面埋弧自动焊（25mm）施工工艺按照“G16-HDF08”执行。 2.2.12二氧化碳保护焊打底单面埋弧自动焊（14mm）施工工艺按照“G16-HDF14”执行。 2.2.13二氧化碳保护焊打底单面埋弧自动焊（8mm）施工工艺按照“G16-HDF15”执行。 2.2.14二氧化碳保护焊打底双面埋弧自动焊（25mm）施工工艺按照“G16-HDF09”执行。