铝、镁轻合金焊接性研究及焊丝挤压装置设计

论文摘要

有色金属材料占全世界金属材料5%左右,处于补充地位,但是有色金属的作用是钢铁或其他材料无法代替的,尤其是铝、镁轻合金,在制造和工程建设中应用十分广泛,已从原来的航空航天部门逐渐扩展到电子、通信、汽车、交通运输和轻工业领域等。其结构件的焊接问题也变得日益突出,受到越来越多的关注。本文首先研究分析了有色轻合金中最具有代表性的铝、镁合金的焊接性,重点讨论了焊接方法、焊接结构及工艺参数对焊接性的影响。针对镁、铝合金各自的特性,分别进行了两组焊接性试验,一组是采用进口AZ61焊丝和AZ31镁合金切料作为填充材料,分别对AZ31镁合金进行TIG焊平板对焊;另一组则是采用进口5183焊丝和5083铝合金切料作为填充金属,分别对5083铝合金进行TIG平板对焊。在焊接试验的基础上,利用金相分析、扫描电镜分析、拉伸性能试验等现代分析测试方法,对两组焊接接头的微观组织特征及性能进行了测试和分析。针对镁合金焊接容易出现的焊缝合金成分变化的问题,分别采用AZ31、AZ91焊丝对AZ31镁板材,以及采用AZ61、AZ91焊丝对AZ61镁板材进行了焊接试验,分析了焊丝化学成分和焊缝熔池反应对镁合金焊接接头组织性能的影响。最后探讨了混合稀土和微量元素对镁合金焊接接头的影响和作用。试验结果及分析表明,由于镁、铝合金的物理特性,采用电弧熔化焊方法所获得的焊缝,其组织和性能不仅与母材的化学成分有关,更与所有的焊接材料的化学成分有关。鉴于目前镁、铝合金尤其是镁合金焊接材料的品种十分有限,而传统的焊丝生产设备又存在着投入大、成本高、不便于试验室开发应用等缺点,本文研究设计了一套便于实验室开发应用的镁、铝合金焊丝热挤压装置。该装置包括动力系统(电动机)、传动系统(曲柄滑块机构)、挤压执行系统(挤压装置)等。论文重点研究分析了挤压装置的核心部分即挤压模和挤压筒设计,深入进行了挤压工艺参数包括锭坯尺寸、挤压比、挤压温度、挤压速度、挤压润滑、出丝长度、单位挤压力的计算和选择。该装置即适合进行热挤压变形方面的基础研究,也适合于作为新型焊丝开发设备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 有色轻金属的概述
• 1.1.1 有色金属的分类
• 1.1.2 常用有色轻合金的性能
• 1.2 铝、镁合金的焊接特性和现状
• 1.2.1 铝合金的焊接特性
• 1.2.2 镁合金的焊接特性
• 1.2.3 铝、镁合金焊接的研究现状
• 1.2.4 铝、镁金属焊接的难易程度
• 1.3 铝、镁金属焊接材料的发展现状
• 1.3.1 铝、镁金属焊接材料的要求
• 1.3.2 铝、镁金属焊接材料的现状
• 1.4 挤压概述
• 1.4.1 挤压的定义
• 1.4.2 挤压成型理论
• 1.4.3 有色轻合金挤压发展情况
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 2 镁、铝轻合金的焊接工艺分析
• 2.1 镁及镁合金焊接工艺
• 2.1.1 焊接材料及焊前准备
• 2.1.2 镁及镁合金焊接方法
• 2.2 镁合金AZ31 的填丝TIG 焊试验分析
• 2.2.1 试验方案
• 2.2.2 镁合金填丝TIG 焊接接头的组织
• 2.2.3 焊接接头力学性能
• 2.3 铝及铝合金焊接工艺
• 2.3.1 焊前准备
• 2.3.2 铝及铝合金的焊接方法
• 2.4 铝合金5083 的填丝TIG 焊的接头力学性能分析
• 2.4.1 试验方案
• 2.4.2 填丝焊对焊接接头的宏观组织的影响
• 2.4.3 焊接接头力学性能
• 3 焊接材料镁合金焊接接头组织性能的影响
• 3.1 焊接AZ31 板材
• 3.1.1 微观组织
• 3.1.2 拉伸性能
• 3.2 焊接AZ61 板材
• 3.2.1 焊接工艺
• 3.2.2 微观组织
• 3.2.3 拉伸性能
• 3.3 焊接AZ91 板材
• 3.3.1 微观组织
• 3.3.2 拉伸性能
• 3.4 焊丝中各元素对镁合金焊接的影响
• 3.4.1 混合稀土对镁合金焊接的影响
• 3.4.2 微量元素对镁合金焊接的影响和作用
• 3.5 有色轻合金焊丝的制造
• 4 实验室制备有色轻合金焊丝的挤压方案设计
• 4.1 制备实验室有色轻合金焊丝现状
• 4.2 挤压机械系统的方案设计
• 4.2.1 动力系统的选择
• 4.2.2 传动系统的方案设计
• 4.3 实验室制备焊丝的挤压执行装置设计
• 4.3.1 挤压装置装配
• 4.3.2 挤压工作原理
• 4.4 挤压工具的设计
• 4.4.1 挤压模的设计
• 4.4.2 挤压筒设计
• 5 制备有色轻合金焊丝的挤压工艺
• 5.1 制备有色轻合金焊丝的挤压方法
• 5.2 有色轻合金焊丝工艺参数确定
• 5.2.1 锭坯尺寸的选择
• 5.2.2 挤压比
• 5.2.3 挤压温度
• 5.2.4 变形速度
• 5.2.5 挤压时的润滑
• 5.2.6 单位挤压力计算
• 5.2.7 出丝长度
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录