95Zn-5Al焊丝焊接6063铝合金性能研究
95Zn-5Al焊丝焊接6063铝合金性能研究
研究了95Zn-5Al钎料在6063铝合金表面的铺展性能和6063铝合金钎焊接头的力学性能。95Zn-5Al钎料在6063铝合金表面，铺展性能良好，可以顺利铺展，铺展面积较大。随着试验的温度提高，钎料的铺展面积增大，铺展性能提高。95Zn-5Al钎料6063铝合金的剪切强度较小，仅为54.22MPa。95Zn-5Al钎料钎缝的显微组织粗大，容易产生应力集中，萌生裂纹，钎焊接头抗拉强度降低，试样断裂于钎缝处。综合考虑钎料铺展性能以及钎焊接头力学性能，95Zn-5Al钎料6063铝合金搭接钎焊接头力学性能不好，焊接质量较差。
关键词 95Zn-5Al钎料，6063铝合金，钎焊，力学性能，铺展性能 、
1 引言 1
1.1 铝合金焊接的特点 1
1.2 铝合金焊接技术的进展 2
1.3 铝合金焊接传统技术 2
1.4 铝合金的先进焊接技术 3
1.5 本课题研究的意义 6
2 研究方法及试验过程 6
2.1 研究的流程图 6
2.2 钎料合金的选择和制备 7
2.3 钎料铺展性能试验 9
2.4 炉中钎焊 11
2.5 钎焊接头力学性能测试方法 12
2.6 显微组织分析 13
3 实验结果和分析 15
3.1 95Zn-5Al钎料显微组织 15
3.2 95Zn-5Al钎料在6063铝合金表面的铺展性能 16
3.3 95Zn-5Al钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的力学性能 18
3.4 95Zn-5Al钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的显微组织 19
3.5 95Zn-5Al钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的断口形貌 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 引言
随着工业产业的不断进步，人们对产品更加精益求精，铝具有密度小，耐空气的腐蚀性较好，在低温时候的性能好，并且在低温时候不具有脆性，在使用中导热性及导电性优秀，是一种强度低，塑性高的材料。在铝中加入合金元素就可以制成铝合金。所以，铝合金除了具有铝的优良性能之外，很多方面还得到巨大的提升。因此，铝及铝合金在焊接各种工业产品被大范围的利用，但是有时候会因为铝及铝合金的焊接方法选择不当，从而导致铝及铝合金的焊接在工艺应用上遭受限制。故而如何选择适合的焊接方法成为关注的重点[1]。
铝合金在焊接技术的快速进步，大致可以表现在三个方面。
(1)依据传统的焊接技术，将其进行改进和创新，从而得出新型铝合金焊接技术，具体例如交流MIG焊, 双焊枪TIG焊,穿孔型等离子弧立焊，低频调制型脉冲MIG焊等；
(2)在铝合金焊接过程中使用高能密度焊接技术，如YAG激光焊,电子束焊等
(3)铝合金焊接领域中的出现新的焊接技术，如摩擦搅拌焊[2]。
1.1 铝合金焊接的特点
铝合金有很多特点，例如：质量较轻、比强度高、耐腐蚀性能强、无磁性、成形性较好和低温性能好等。故而铝合金被广泛应用在各种焊接结构的产品上，但是铝合金焊接有以下难点：
(1)铝合金的焊接接头会发生软化现象，强度较低，这也是导致铝合金应用困难的最大问题；
(2)铝合金的表面会出现不易熔解的氧化膜，故而需要使用较大功率密度的工艺来进行焊接；
(3)铝合金在焊接过程中会产生气孔；
(4)铝合金在焊接过程中会发生热裂纹；
(5)铝合金的线膨胀系数较大, 焊接过程中会产生焊接变形;
(6)铝合金的热导率较大,故而在相同焊接速度下,铝合金焊接时候的热输入要比钢材大的2倍到4倍。
所以, 铝合金在焊接过程中应采用焊接时热输入较小、能量密度较大、焊接的焊接速度较高的效率高的焊接方法[3] 。
1.2 铝合金焊接技术的进展
目前铝合金的常见焊接方法有熔化极惰性气体保护焊、惰性气体钨极保护焊、电弧复合焊、激光焊已经铝合金的摩擦搅拌焊和双光束激光焊等，但应用范围较广的仍是MIG焊和TIG焊，其余的因为工艺不完善或由于设备价格较高和设备的应用场合受限制等情况从而导致其没有得到广泛应用。在目前的产品制造中铝合金的加工工艺有着极大地作用，并且有着许多的优点：首先不需要焊前和焊后的多重清理工作，操作简易，从而减少了由于钎剂形成的夹渣，使得它的结构中不存在残留的钎剂从而保证耐腐蚀性能的良好，生产效率提升等。从当今和以后的环境保护问题上考虑，铝合金钎焊将会被越来越广泛使用。铝及铝合金的钎焊方法有炉中钎焊、火焰钎焊和盐浴钎焊等。
1.3 铝合金焊接传统技术
对于焊接铝及铝合金，大部分的焊接方法都可以使用，但是由于对焊接方法的适应性有所区别，故而各自的使用应用场合也有所不同[4]。
铝合金的焊接方法有许多种，每种焊接的方法有着不同的应用场合。包括最早的的电阻焊、熔焊、气焊等，还有一些特殊的焊接方法，例如电子束焊、等离子弧焊、真空扩散焊等，也可以用于铝合金的焊接[5]。
1.3.1 MIG焊
熔化极惰性气体保护焊（Metal inert-gas welding） ，又称为MIG焊，它和TIG 焊的焊接方法相似，区别在于MIG焊用的是可被熔化的金属丝，而TIG焊用的是工艺焊炬内的钨电极，在铝合金的焊接过程时，铝合金的工件和焊丝被焊炬内燃烧的电弧所产生的热量熔化，焊丝则变成熔滴。然后连续地进入焊池里和母材进行熔合，然后通过冷凝作用后，使得铝合金工件相互连接在起来。需要注意的是，焊接的整个过程必须在在惰性气氛下进行，另避免空气的进入。对于焊接铝合金，MIG焊的焊接工艺流程较为简单，而且焊接基本不存在损失，焊接使用可熔的金属丝替代了钨电极，使得焊接的成本得到巨大的减少，并且提升了生产效率。另外在焊接的时候，需要保证母材表面不存在杂质，避免气孔的产生等问题，但是MIG焊也有着和TIG一样的缺点，即焊接时候的熔透能力有限，焊接熔深较浅，焊接发生的变形较大，故而需要对它进行合理的改造，从而使得它在铝合金的焊接中得到更广泛的使用。
1.3.2 TIG焊
惰性气体钨极保护焊（Tungsten inert gas arc welding），又称为TIG焊，在金属的焊接技术领域中经常使用，在焊接过程中，把工件自身当作正极，再将焊炬中的钨电极当作负极，然后使用直流电弧作为焊接热源，工作的电压为10至15 伏，工作的最大电流至300安左右，在氩气、氦气等惰性气体的的保护下让钨电极放电产生而电弧，从而使得熔池内的工件能够熔合在一起，因为TIG焊的表面氧化膜可以被焊接接过程中产生的电弧自动消除，故而TIG焊可将铝合金进行很好的焊接并且避免使用大功率从而使得工件表面的损伤。但因为焊接过程中工作电流不易太大，故而使得TIG焊接的熔深较浅，所以只适合那些厚度较薄的铝合金工件的加工。相反对厚度较厚的工件进行焊接时，会导致焊接深度不足，或者加大电流的的时候导致钨电极熔化进入到熔池，形成焊缝夹钨，并且TIG焊接大部分是手工进行，所以焊接的生产效率较低。
1.4 铝合金的先进焊接技术
铝合金的传统焊接具有熔透能力较差、焊接变形量大、生产效率不高等问题。所以现在，许多科技工作者开始研究铝合金焊接的新型工艺方法,例如铝合金的激光-电弧复合焊、铝合金的激光焊、铝合金的摩擦搅拌焊、铝合金的双光束激光焊等, 下面是这四种焊接方法的各自特点[6] 。
研究了95Zn-5Al钎料在6063铝合金表面的铺展性能和6063铝合金钎焊接头的力学性能。95Zn-5Al钎料在6063铝合金表面，铺展性能良好，可以顺利铺展，铺展面积较大。随着试验的温度提高，钎料的铺展面积增大，铺展性能提高。95Zn-5Al钎料6063铝合金的剪切强度较小，仅为54.22MPa。95Zn-5Al钎料钎缝的显微组织粗大，容易产生应力集中，萌生裂纹，钎焊接头抗拉强度降低，试样断裂于钎缝处。综合考虑钎料铺展性能以及钎焊接头力学性能，95Zn-5Al钎料6063铝合金搭接钎焊接头力学性能不好，焊接质量较差。
关键词 95Zn-5Al钎料，6063铝合金，钎焊，力学性能，铺展性能 、
1 引言 1
1.1 铝合金焊接的特点 1
1.2 铝合金焊接技术的进展 2
1.3 铝合金焊接传统技术 2
1.4 铝合金的先进焊接技术 3
1.5 本课题研究的意义 6
2 研究方法及试验过程 6
2.1 研究的流程图 6
2.2 钎料合金的选择和制备 7
2.3 钎料铺展性能试验 9
2.4 炉中钎焊 11
2.5 钎焊接头力学性能测试方法 12
2.6 显微组织分析 13
3 实验结果和分析 15
3.1 95Zn-5Al钎料显微组织 15
3.2 95Zn-5Al钎料在6063铝合金表面的铺展性能 16
3.3 95Zn-5Al钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的力学性能 18
3.4 95Zn-5Al钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的显微组织 19
3.5 95Zn-5Al钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的断口形貌 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 引言
随着工业产业的不断进步，人们对产品更加精益求精，铝具有密度小，耐空气的腐蚀性较好，在低温时候的性能好，并且在低温时候不具有脆性，在使用中导热性及导电性优秀，是一种强度低，塑性高的材料。在铝中加入合金元素就可以制成铝合金。所以，铝合金除了具有铝的优良性能之外，很多方面还得到巨大的提升。因此，铝及铝合金在焊接各种工业产品被大范围的利用，但是有时候会因为铝及铝合金的焊接方法选择不当，从而导致铝及铝合金的焊接在工艺应用上遭受限制。故而如何选择适合的焊接方法成为关注的重点[1]。
铝合金在焊接技术的快速进步，大致可以表现在三个方面。
(1)依据传统的焊接技术，将其进行改进和创新，从而得出新型铝合金焊接技术，具体例如交流MIG焊, 双焊枪TIG焊,穿孔型等离子弧立焊，低频调制型脉冲MIG焊等；
(2)在铝合金焊接过程中使用高能密度焊接技术，如YAG激光焊,电子束焊等
(3)铝合金焊接领域中的出现新的焊接技术，如摩擦搅拌焊[2]。
1.1 铝合金焊接的特点
铝合金有很多特点，例如：质量较轻、比强度高、耐腐蚀性能强、无磁性、成形性较好和低温性能好等。故而铝合金被广泛应用在各种焊接结构的产品上，但是铝合金焊接有以下难点：
(1)铝合金的焊接接头会发生软化现象，强度较低，这也是导致铝合金应用困难的最大问题；
(2)铝合金的表面会出现不易熔解的氧化膜，故而需要使用较大功率密度的工艺来进行焊接；
(3)铝合金在焊接过程中会产生气孔；
(4)铝合金在焊接过程中会发生热裂纹；
(5)铝合金的线膨胀系数较大, 焊接过程中会产生焊接变形;
(6)铝合金的热导率较大,故而在相同焊接速度下,铝合金焊接时候的热输入要比钢材大的2倍到4倍。
所以, 铝合金在焊接过程中应采用焊接时热输入较小、能量密度较大、焊接的焊接速度较高的效率高的焊接方法[3] 。
1.2 铝合金焊接技术的进展
目前铝合金的常见焊接方法有熔化极惰性气体保护焊、惰性气体钨极保护焊、电弧复合焊、激光焊已经铝合金的摩擦搅拌焊和双光束激光焊等，但应用范围较广的仍是MIG焊和TIG焊，其余的因为工艺不完善或由于设备价格较高和设备的应用场合受限制等情况从而导致其没有得到广泛应用。在目前的产品制造中铝合金的加工工艺有着极大地作用，并且有着许多的优点：首先不需要焊前和焊后的多重清理工作，操作简易，从而减少了由于钎剂形成的夹渣，使得它的结构中不存在残留的钎剂从而保证耐腐蚀性能的良好，生产效率提升等。从当今和以后的环境保护问题上考虑，铝合金钎焊将会被越来越广泛使用。铝及铝合金的钎焊方法有炉中钎焊、火焰钎焊和盐浴钎焊等。
1.3 铝合金焊接传统技术
对于焊接铝及铝合金，大部分的焊接方法都可以使用，但是由于对焊接方法的适应性有所区别，故而各自的使用应用场合也有所不同[4]。
铝合金的焊接方法有许多种，每种焊接的方法有着不同的应用场合。包括最早的的电阻焊、熔焊、气焊等，还有一些特殊的焊接方法，例如电子束焊、等离子弧焊、真空扩散焊等，也可以用于铝合金的焊接[5]。
1.3.1 MIG焊
熔化极惰性气体保护焊（Metal inert-gas welding） ，又称为MIG焊，它和TIG 焊的焊接方法相似，区别在于MIG焊用的是可被熔化的金属丝，而TIG焊用的是工艺焊炬内的钨电极，在铝合金的焊接过程时，铝合金的工件和焊丝被焊炬内燃烧的电弧所产生的热量熔化，焊丝则变成熔滴。然后连续地进入焊池里和母材进行熔合，然后通过冷凝作用后，使得铝合金工件相互连接在起来。需要注意的是，焊接的整个过程必须在在惰性气氛下进行，另避免空气的进入。对于焊接铝合金，MIG焊的焊接工艺流程较为简单，而且焊接基本不存在损失，焊接使用可熔的金属丝替代了钨电极，使得焊接的成本得到巨大的减少，并且提升了生产效率。另外在焊接的时候，需要保证母材表面不存在杂质，避免气孔的产生等问题，但是MIG焊也有着和TIG一样的缺点，即焊接时候的熔透能力有限，焊接熔深较浅，焊接发生的变形较大，故而需要对它进行合理的改造，从而使得它在铝合金的焊接中得到更广泛的使用。
1.3.2 TIG焊
惰性气体钨极保护焊（Tungsten inert gas arc welding），又称为TIG焊，在金属的焊接技术领域中经常使用，在焊接过程中，把工件自身当作正极，再将焊炬中的钨电极当作负极，然后使用直流电弧作为焊接热源，工作的电压为10至15 伏，工作的最大电流至300安左右，在氩气、氦气等惰性气体的的保护下让钨电极放电产生而电弧，从而使得熔池内的工件能够熔合在一起，因为TIG焊的表面氧化膜可以被焊接接过程中产生的电弧自动消除，故而TIG焊可将铝合金进行很好的焊接并且避免使用大功率从而使得工件表面的损伤。但因为焊接过程中工作电流不易太大，故而使得TIG焊接的熔深较浅，所以只适合那些厚度较薄的铝合金工件的加工。相反对厚度较厚的工件进行焊接时，会导致焊接深度不足，或者加大电流的的时候导致钨电极熔化进入到熔池，形成焊缝夹钨，并且TIG焊接大部分是手工进行，所以焊接的生产效率较低。
1.4 铝合金的先进焊接技术
铝合金的传统焊接具有熔透能力较差、焊接变形量大、生产效率不高等问题。所以现在，许多科技工作者开始研究铝合金焊接的新型工艺方法,例如铝合金的激光-电弧复合焊、铝合金的激光焊、铝合金的摩擦搅拌焊、铝合金的双光束激光焊等, 下面是这四种焊接方法的各自特点[6] 。
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