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汽车用铝合金焊接工艺的研究

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学位论文作者签名 杨淑芳
日期
２００４ 年 １ 月 １２ 日
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处的热影响区发生了软化 软化区产生的主要原因是该区强化相粒子 在焊接热循环过程中发生了过时效 产生聚集粗化 经过一定的自然 时效 接头的强度和延伸率有一定的恢复 6061 铝合金 裂纹 气孔 焊接工艺 显微组织
关键词 汽车
RESEARCH ABOUT THE WELDING TECHNOLOGY OF AUTOMOTIVE ALUMINIUM ALLOYS
2]
其中采用新型材料来降低汽车重量是最有潜力的 用
高强度钢板来代替原先使用的普碳钢是汽车轻量化的一个重要手段 [3~5] 由于高 强钢比普碳钢强度高的多 按等强度转换原则 钢板的厚度就可削减 这样大大 减少了钢材用量 从而有效地降低了汽车的重量 且随着电力工业的发展和冶炼技术的革新 能满足汽车工业的特殊要求 而在轻质材料中 树脂基材料在再生上有问题 镁的价格和安全性限制了它 的广泛应用 铝不仅有丰富的资源 好 铝的产量大增而成本大幅度下降 此外铝合金具有高比强度 耐锈蚀 热稳定性 易成型 再生性好和简化结构等一系列优点 故在汽车业中倍受青睐 大量的对比研究和反复实践证明 选用铝合金材料是实 现汽车轻量化的另一个重要手段 铝合金在汽车中的应用使汽车具有如下优点[6
KEY WORDS automotive, 6061 alloy, hot cracking, porosity, welding technology, microstructure
上海交通大学 学位论文原创性声明
本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下
独立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担
ABSTRACT
The weldability of automotive aluminum alloys is not very good and deficiencies (such as porosity, hot cracking) often occur during welding. Therefore, the article explored the welding technology of 6061 aluminum alloy that is often used in car body. This research provides experiment data for the application of aluminum alloys in automotive industry. The work also has important practical value to the further use of aluminum alloys that will make automotive lighter. The weldability of 6061 alloy was examined by means of FISCO to test welding crack susceptibility and tests of porosity sensibility. The welding technology of 6061 was studied to get suitable welding parameters. The mechanical properties of 6061 welded joint were also tested. In order to make further research of the different performance between welded joint and base metal of 6061 alloy, the microstructure characteristics and point component of butt joint of 6061 alloy were studied by means of advanced test methods including optics microscope and energy dispersive X-ray microanalysis (EDX). Furthermore, the article also covered research of effects about different welding processes and parameters on 6061 alloy bead sizes. The analysis results indicate that 6061 alloy is characterized by the sensibility of crystal crack and hydrogen porosity. Under the same condition, 6061 alloy is more susceptible to hot cracking than 3A21 alloy. While 4043 welding wire was used as the filler metal, low crack susceptibility was achieved and hot crack only emerged in arc crater. Crater crack appeared both longitudinal and horizontal. As far as 6061 alloy’s porosity
杨淑芳 指导教师签名 楼松年
上海交通大学硕士学位论文
第一章 前言

1.1 研究背景和目的
为适应现代社会的需要 汽车正向着节能 环保 安全 舒适 智能 低成 本及长寿命方向发展 尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题 而解决能源和环保这两个问题最有效的措施是减轻汽车的重量以降低能耗 减少 污染 提高燃油效率 实现汽车轻量化的主要方法有 修改结构设计 缩小汽车 规格和采用新型材料[1
susceptibility is concerned, influencing factors include welding methods, relative humidity of the environment, surface state of test plate, composition of shielding gas and welding variables. There were three main types of porosity in welded joint, i.e. porosity of chains, intensive porosity and single porosity. It was found that to strictly control sources of moisture could effectively reduce the amount of porosity in the weld. In addition, 6061 alloy’s porosity susceptibility could be reduced by use of suitable welding variables and adding gas with oxidizability to the shielding atmosphere. The result of welding procedure’s test shows that welding parameters have great effect on weld shape. And hybrid welding of laser and electric arc can allow the weld with larger penetration and width compared to that seam welded by single welding method (such as TIG, MIG and YAG laser). So it is proved that the hybrid welding process is ideal. The study of microstructure and properties of 6061 welding joint indicates that hardness, tensile strength and plasticity of the joint are lower than the relevant properties of base metal and the weakest point of welded joint is in the soften zone of HAZ, 9~13mm away from the weld center. It is formed due to the overaging of the main strengthening phase particle, which aggregates and coarsens during the influence of welding heat. After some extent of natural seasoning, tensile strength and plasticity of the joint are restored.

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城轨车辆铝合金车体焊接工艺

城轨车辆铝合金车体焊接工艺

浅析城轨车辆铝合金车体焊接工艺摘要：城轨车辆的车体是由铝合金材质焊接而成，本文对城轨车辆铝合金车体的焊接工艺、工装进行分析，探讨了铝合金车体焊接工艺的发展趋势。

关键词：城轨车辆；焊接；铝合金；分析为了保证城轨车辆的高速行驶，城轨车辆采用的是轻量化的设计，车身采用铝合金的结构，降低整辆车的重量，减少了对轮轨的冲击。

但是铝合金的膨胀系数是钢的2倍，凝固的时候体积收缩也很大，因此，在焊接的过程中很容易变形。

特别是对于薄壁型的铝合金材质，不光焊接变形量大，而且在焊接的时候还会产生气孔、裂纹等现象，因此要提高铝合金的焊接工艺水平，尽量减少焊接过程中出现的问题，提高车体焊接的质量，就需要用专用的工装来保证车体焊接成型后的尺寸，为制造出高质量的城轨车辆奠定基础。

1 城轨车辆铝合金车体焊接的特点1.1 焊接方法和速度的选择铝合金的焊接方法有多种，包括惰性气体的保护焊（mig）、钨极惰性气体的保护焊（tig）两种焊接方法。

在焊接的时候，对于较厚夹板的焊接，为了能够保证焊接的质量要使焊缝从分均匀地融合，而且使焊缝中的气体顺畅溢出，采用较慢的环节速度和较大的电流配合焊接；对于较薄板的焊接，为了避免焊缝太热，在焊接的过程中要采用较快的焊接速度和较小的电流配合，从而确保焊接的质量，尽量避免气孔的形成[1]。

1.2 气孔的形成铝合金表面氧化膜有很强的吸水性，当环境湿度很大时，吸收了很多水的氧化膜在电弧的作用下水分解出氢，而氢气在熔池中没有时间排除就形成了气孔[2]。

2 铝合金车体的焊接工艺2.1 铝合金车体的焊接工艺流程车体预组、焊接前尺寸的调整、焊接前的清理、自动焊接、焊接后的打磨。

组装过程中所有零部件的误差及变形全部汇集在一起，通过车体组焊来消化，如果要控制铝合金车体的焊接质量就要在焊接前定好尺寸，通过焊接前的尺寸调整对铝合金车体的变形进行预先估测，做好合理工艺放量。

加强焊接过程的控制，通过组焊工装及辅助撑拉杆减小车体在焊接时的变形程度，提高焊接质量[3]。

轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究

轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究

轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究摘要：轨道车辆车体采用铝合金进行焊接制造，在车体制造技术条件中要求极为严格，铝合金熔点低、导热系数及热膨胀系数较大，在焊接过程中需要进行大电流快速焊接的特点，加大了难度；通过在车体生产制造过程中不断探索、改进，逐步提高铝合金车体制造技术；减少焊接中出现的缺陷，从而提高焊接质量和工作效率。

关键词：轨道车辆；铝合金车体；焊接工艺；一般情况下，轨道车辆铝合金车体大部件采用挤压铝型材料焊接而成，由于焊缝都是规则的、纵向的、平直的，所以能够自动焊接。

不过铝合金的导热性较大，高出钢材的四倍，膨胀系数也刚出钢材的一倍，所以铝合金车体焊接时，有很大的变形，且这种变形不好控制。

一、轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究1.工艺要求。

一是焊接方法的选择。

铝合金的焊接方法有很多种，铝合金车体焊共采用了熔化极惰性气体的保护焊（MIG）、钨极惰性气体的保护焊（TIG）和电阻点焊三种焊接方法。

二是焊接速度的选择。

在焊接时候，对于厚板的焊缝，为了能够保证焊接的质量在焊接的过程中使焊缝充分的融合，并且使焊缝内的气体充分的溢出，在进行焊接的过程中一般采用较慢的焊接速度和较大的电流进行焊接，对于薄板焊缝，为了避免焊缝过热，在焊接的过程中一般采用较快的焊接速度和较小的焊接电流，从而保证焊接的质量。

2.铝合金车体焊接工艺。

根据铝合金焊接技术的经验总结及铝合金车体焊接变形规律，对车体总组装焊接制定了焊接工艺流程：车体预组→焊前尺寸调整→焊前清理→自动焊接→焊后打磨。

通过上述的焊接工艺流程可以看出，要控制铝合金车体焊接质量及整体几何尺寸满足技术要求，减小车体的焊后调修量；必须加强过程控制，通过在预组及焊前尺寸调整过程中对铝合金车体几何尺寸进行预变形控制，减小车体焊接变形，提高焊接质量。

一是车体焊接几何尺寸控制。

铝合金车体焊接过程中，由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴（通过重心的轴）不重合或不对称，导致了车体焊接完成后侧墙发生弯曲变形。

浅议汽车钢铝异种金属焊接技术

浅议汽车钢铝异种金属焊接技术

浅议汽车钢铝异种金属焊接技术铝合金具有密度小，比刚度和比强度高，导热、导电性能好，抗腐蚀破坏能力优异及良好的加工性能等一系列优点，被广泛用到航空航天、交通工具等领域。

汽车工业中大多采用铝合金代替钢材的方法来减轻车身重量，钢、铝异种金属的连接逐渐增多，因此，钢、铝异种金属间的焊接成为轻量化汽车制造过程中的重要工艺之一。

然而，钢和铝两种金属材料在物理和化学性能方面存在着巨大的差异，并且钢与铝的固溶度非常低，钢与铝在焊接过程中容易形成大量的脆性金属间化合物，焊接时容易出现裂纹、未熔合等，会导致接头力学性能大大降低。

因此，钢、铝异种金属焊接非常困难，是一大技术难点，加强钢与铝异种金属焊接技术的研究，对于推动钢与铝异种金属的连接及应用具有重要的意义。

一、铝和钢异种金属的焊接性分析当要焊接的两种金属的物理、化学性能相差较大，且互溶性很低时，极容易产生大量脆硬性金属间化合物，从而严重降低异种金属焊接接头的力学性能。

脆性金属间化合物对异种金属焊接接头力学性能的影响程度与其成分、形貌特征及分布状态有关。

当金属间化合物属于高脆硬相，且以针状或层片状出现在界面处时，会割裂基体，严重增大焊接接头的脆性断裂倾向，导致接头的力学性能恶化；当金属间化合物脆硬性较低，同时呈现细小颗粒状弥散分布在焊接接头时，此时它对接头力学性能的恶化作用有所减弱。

当两种金属材料之间的物理化学性能接近，而且同时能够形成间隙式连续固溶体或者具有较高的互溶性，即异种金属间具有“冶金学上的相容性”时，可以实现异种金属材料之间的有效连接。

铝和钢异种金属的主要热物理性能相差很大，性能上的差异往往会导致铝、钢焊接性较差，主要表现在以下几个方面：1.由于铝和钢的熔点相差800～1000K，两者的溶点差异性明显，当低熔点的铝及铝合金已经完全熔化时，钢还保持着固体加热状态，两者不会形成冶金结合，而是铝液漂浮在钢材表面，这就使得两者很难发生熔合现象；两者密度相差也比较大，当钢完全熔化时，铝液漂浮在钢表面上，使冷却结晶后焊缝成分非常不均匀，严重地降低了焊接接头的质量。

铝合金焊接技术和应用研究

铝合金焊接技术和应用研究

铝合金焊接技术和应用研究铝合金是一种广泛应用于工业领域的材料。

铝合金具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。

铝合金的焊接技术也随着使用领域的不断扩大而得到了更多的研究和应用。

一、铝合金焊接技术概述铝合金焊接技术主要包括氩弧焊、TIG焊、MIG焊、激光焊等不同种类。

其中，氩弧焊是目前应用最为广泛的一种焊接技术。

氩弧焊具有焊缝质量好、成本低等优点，可用于航空、航天、汽车等领域的铝合金结构件的焊接。

TIG焊是一种适用于薄壁铝合金材料的焊接技术。

TIG焊具有功率控制、热输入量小、焊接速度快等优点，在航空、电子等领域得到广泛应用。

MIG焊是近年来发展起来的一种新型铝合金焊接技术。

MIG焊具有焊缝良好、成本低等优点，在汽车、电子、造船等领域的铝合金焊接中得到了广泛应用。

激光焊是一种适用于高要求、高精度、高效率的铝合金焊接技术。

激光焊是一种非接触式焊接技术，具有热影响区小、精度高、速度快等优点。

目前，激光焊用于航空、航天、汽车、电子等领域的高精度铝合金焊接中。

二、铝合金焊接技术的应用研究在航空领域，铝合金结构件的焊接质量直接关系到航空器的飞行安全。

目前，航空领域广泛应用TIG焊和高能激光焊技术。

高能激光焊具有焊缝几乎无顶部缺陷、堆焊率高等优点，是目前最为理想的航空领域铝合金结构件的焊接技术。

在汽车领域，铝合金的轻量化特性得到广泛应用。

铝合金车身结构件的焊接技术是汽车工业发展的重要技术之一。

目前，汽车领域广泛应用MIG焊、TIG焊和激光焊技术。

相较于氩弧焊来说，MIG焊和TIG焊在铝合金车身结构件的焊接中具有更好的适应性和焊缝品质。

在电子领域，铝合金是电子外壳的常用材料。

铝合金外壳的焊接技术直接关系到电子设备的密封性和机械强度。

目前，电子领域广泛应用TIG焊、激光焊技术。

相较于TIG焊来说，激光焊具有焊缝更细、威胁成像性好等优点，更适用于电子外壳的高密度、高精度焊接。

三、铝合金焊接技术的未来发展趋势随着新材料、新工艺的不断涌现，铝合金焊接技术也将不断发展。