75Zn25Al焊丝焊接6063铝合金性能研究
目 录
1 引言 1
1.1 铝合金的种类及焊接的特点 1
1.2 铝合金焊接发展现状 2
1.3 铝合金的焊接方法 2
1.3.1 铝合金的搅拌摩擦焊 2
1.3.2 铝合金的激光焊接 3
1.3.3 铝合金的气焊 4
1.3.4 铝合金的钨极氩弧焊 4
1.3.5 铝合金的熔化极氩弧焊 4
1.3.6 铝合金的脉冲氩弧焊 4
1.3.7 铝合金的电阻点焊、缝焊 5
1.3.8 铝合金的钎焊 5
1.4 本课题研究内容及意义 5
1.4.1 本课题研究内容 5
1.4.2 本课题研究意义 5
2 研究方法及实验过程 6
2.1 实验流程图 6
2.2 钎料合金的选择与制备 7
2.2.1 钎料合金的选择 7
2.2.2 钎料合金的制备 7
2.3 钎料铺展性能试验 8
2.3.1 润湿性的表征 8
2.3.2 钎料润湿铺展性能的测试方法 9
2.3.3 钎料铺展试验采用的试验设备 10
2.4 炉中钎焊 10
2.5 钎焊接头力学性能测试方法 11
2.6 金相显微组织分析 12
3 实验结果与分析 13
3.1 75Zn-25Al钎料显微组织 13
3.2 75Zn-25Al钎料在6063铝合金表面的铺展性能 14
3.3 75Zn-25Al钎料与6063铝合金搭接钎焊接头力学性能 16
3.4 75Zn-25Al钎料与60 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
63铝合金搭接钎焊接头显微组织 17
3.5 75Zn-25Al钎料与6063铝合金搭接钎焊接头断口形貌 19
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 引言
我国铝合金型材的70％是用6063合金挤压的。6063铝合金型材塑性好、热处理强度好、焊接性能良好以及氧化处理后，华丽的表面色泽等而被应用于建筑型材、管材、供车辆以及台架、家具、升降机等用的管、棒、型材[1-2]。
6063铝合金具有非常多的可贵的特点：1.热处理强，并且冲击韧性好，对缺不敏感。2.热塑性好，可以使用高速挤压从而形成结构较复杂、薄壁以及中空的各种型材，或锻造成复杂的锻件。淬火温度的范围比较宽，淬火敏感性较低，锻造脱模之后，只需要高于淬火温度，淬火便可以用喷水或穿水的方法。可用风淬对薄壁件（δ<3mm）加工。3.焊接性能和耐蚀性优良，腐蚀开裂倾向不明显，在强化型铝合金中热处理时，唯一没有v被发现应力腐蚀开裂现象的合金是Al-Mg-Si系合金是。4.表面加工后十分平整光亮，比较容易阳极氧化并且着色。其缺点是淬火以后，如果停放在室内一段时间，有可能会因为在时效上面对强度带来不利影响[3]。
1.1 铝合金的种类及焊接的特点
铝合金按工艺性能特点分为变形铝合金(又称加工铝合金)和铸造铝合金两大类。变形铝合金是单相固溶体组织，它的变形能力较好，适于锻造及压延。它又分非热处理强化和热处理强化两种类型的铝合金。铸造铝合金中存在共晶组织，流动性好，因而适于铸造。
非热处理强化铝合金主要通过锰、镁等元素的固溶强化提高合金的强度，因而有铝锰合金和铝镁合金两种，统称防锈铝合金。这类铝合金具有很好的焊接性能。
热处理强化铝合金是通过固溶、淬火-时效等工艺提高其力学性能的，有硬铝、锻铝和超硬铝三类。硬铝和超硬铝具有高强度的同时还具有较高的塑性，主要缺点是耐蚀性较差，焊接性也随着强度的提高而变差。合金中含锌量较多则晶间腐蚀及焊接热裂纹倾向较大。锻铝在高温下具有良好的塑性，故适于制造锻件及冲压件，可以进行淬火-时效强化。铝镁硅锻铝强度不高但有优良的耐蚀性，没有晶间腐蚀倾向，焊接性能良好。铝镁硅铜锻铝强度较高，但耐蚀性随强度增强而变差。
铝合金的化学活泼性强，与空气接触时，就会在其表面生成一层致密的Al2O3薄膜，这层氧化膜可防止冷的硝酸及醋酸的腐蚀，但在碱类和含有氧离子的盐类溶液中会被迅速破坏而引起强烈腐蚀。铝合金中含杂质越少，形成致密氧化膜的能力越强。随着杂质的增加，其强度增加，而塑性、导电性和耐蚀性下降[4-5]。
1.2 铝合金焊接发展现状
铝及铝合金因为密度小，导热和导电性能良好，仅次于银，铜，金。在现代工业材料中占有特殊的地位。飞机，地面雷达天线，汽车的水箱以及空调散热器等的生产制造上，为了减少设备的重量，降低电，汽油等能源的消耗，提高设备的效率和机动性，就需要想办法用铝来代替铜，甚至是代替钢。实现这个目标的关键是铝及铝合金的焊接。
1.3铝合金的焊接方法
1.3.1 铝合金的搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所推出的一项专利技术。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,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。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[6]。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料.由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用,但焊接的对象主要是回转形零件，虽然也有其它形式的摩擦焊技术出现,以克服被焊工件几何形状的限制或提高生产率，如相位摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊等，但实际应用很少。搅拌摩擦焊主要优点如下：
(1)焊接接头热影响区显微组织变化小。残余应力比较低，焊接工件不易形；
(2)能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，接头高；
(3)操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高；
(4)无需添加焊丝,焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；
(5)可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接；
(6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。
搅拌摩擦焊缺点：焊接工件必须刚性固定，反面应有底板；焊接结束搅拌探头提出工件时，焊缝端头形成一个键孔，并且难以对焊缝进行修补：工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得：在某种情况下，如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时，性能需进一步提高才可实际应用；对板材进行单道连接时，目前焊速不是很高：搅拌头的磨损消耗太快等。
搅拌摩擦焊作为一种多学科交汇的新方法，可以发展出纵缝焊接、环缝焊接、无匙孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊接、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊超塑性材料加工等多种连接加工方法和技术。
2.3 钎料铺展性能试验
2.3.1 润湿性的表征
将夜体制与固体表面上，液相表面与固相表面的接触界面处，形成相对的面间角，称之为接触角，如图2.5所示。接触角θ定义为:在固、液、气三相交界处，气液相界面与固液相界面之间的夹角。图中所示为各项界面的剖面图，接触角以相界面切线的夹角表示。θ=1时，为完全润湿；当0<θ<π/2时，呈一般润湿；π/2<θ<π时为不润湿状态。
1 引言 1
1.1 铝合金的种类及焊接的特点 1
1.2 铝合金焊接发展现状 2
1.3 铝合金的焊接方法 2
1.3.1 铝合金的搅拌摩擦焊 2
1.3.2 铝合金的激光焊接 3
1.3.3 铝合金的气焊 4
1.3.4 铝合金的钨极氩弧焊 4
1.3.5 铝合金的熔化极氩弧焊 4
1.3.6 铝合金的脉冲氩弧焊 4
1.3.7 铝合金的电阻点焊、缝焊 5
1.3.8 铝合金的钎焊 5
1.4 本课题研究内容及意义 5
1.4.1 本课题研究内容 5
1.4.2 本课题研究意义 5
2 研究方法及实验过程 6
2.1 实验流程图 6
2.2 钎料合金的选择与制备 7
2.2.1 钎料合金的选择 7
2.2.2 钎料合金的制备 7
2.3 钎料铺展性能试验 8
2.3.1 润湿性的表征 8
2.3.2 钎料润湿铺展性能的测试方法 9
2.3.3 钎料铺展试验采用的试验设备 10
2.4 炉中钎焊 10
2.5 钎焊接头力学性能测试方法 11
2.6 金相显微组织分析 12
3 实验结果与分析 13
3.1 75Zn-25Al钎料显微组织 13
3.2 75Zn-25Al钎料在6063铝合金表面的铺展性能 14
3.3 75Zn-25Al钎料与6063铝合金搭接钎焊接头力学性能 16
3.4 75Zn-25Al钎料与60 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
63铝合金搭接钎焊接头显微组织 17
3.5 75Zn-25Al钎料与6063铝合金搭接钎焊接头断口形貌 19
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 引言
我国铝合金型材的70％是用6063合金挤压的。6063铝合金型材塑性好、热处理强度好、焊接性能良好以及氧化处理后，华丽的表面色泽等而被应用于建筑型材、管材、供车辆以及台架、家具、升降机等用的管、棒、型材[1-2]。
6063铝合金具有非常多的可贵的特点：1.热处理强，并且冲击韧性好，对缺不敏感。2.热塑性好，可以使用高速挤压从而形成结构较复杂、薄壁以及中空的各种型材，或锻造成复杂的锻件。淬火温度的范围比较宽，淬火敏感性较低，锻造脱模之后，只需要高于淬火温度，淬火便可以用喷水或穿水的方法。可用风淬对薄壁件（δ<3mm）加工。3.焊接性能和耐蚀性优良，腐蚀开裂倾向不明显，在强化型铝合金中热处理时，唯一没有v被发现应力腐蚀开裂现象的合金是Al-Mg-Si系合金是。4.表面加工后十分平整光亮，比较容易阳极氧化并且着色。其缺点是淬火以后，如果停放在室内一段时间，有可能会因为在时效上面对强度带来不利影响[3]。
1.1 铝合金的种类及焊接的特点
铝合金按工艺性能特点分为变形铝合金(又称加工铝合金)和铸造铝合金两大类。变形铝合金是单相固溶体组织，它的变形能力较好，适于锻造及压延。它又分非热处理强化和热处理强化两种类型的铝合金。铸造铝合金中存在共晶组织，流动性好，因而适于铸造。
非热处理强化铝合金主要通过锰、镁等元素的固溶强化提高合金的强度，因而有铝锰合金和铝镁合金两种，统称防锈铝合金。这类铝合金具有很好的焊接性能。
热处理强化铝合金是通过固溶、淬火-时效等工艺提高其力学性能的，有硬铝、锻铝和超硬铝三类。硬铝和超硬铝具有高强度的同时还具有较高的塑性，主要缺点是耐蚀性较差，焊接性也随着强度的提高而变差。合金中含锌量较多则晶间腐蚀及焊接热裂纹倾向较大。锻铝在高温下具有良好的塑性，故适于制造锻件及冲压件，可以进行淬火-时效强化。铝镁硅锻铝强度不高但有优良的耐蚀性，没有晶间腐蚀倾向，焊接性能良好。铝镁硅铜锻铝强度较高，但耐蚀性随强度增强而变差。
铝合金的化学活泼性强，与空气接触时，就会在其表面生成一层致密的Al2O3薄膜，这层氧化膜可防止冷的硝酸及醋酸的腐蚀，但在碱类和含有氧离子的盐类溶液中会被迅速破坏而引起强烈腐蚀。铝合金中含杂质越少，形成致密氧化膜的能力越强。随着杂质的增加，其强度增加，而塑性、导电性和耐蚀性下降[4-5]。
1.2 铝合金焊接发展现状
铝及铝合金因为密度小，导热和导电性能良好，仅次于银，铜，金。在现代工业材料中占有特殊的地位。飞机，地面雷达天线，汽车的水箱以及空调散热器等的生产制造上，为了减少设备的重量，降低电，汽油等能源的消耗，提高设备的效率和机动性，就需要想办法用铝来代替铜，甚至是代替钢。实现这个目标的关键是铝及铝合金的焊接。
1.3铝合金的焊接方法
1.3.1 铝合金的搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所推出的一项专利技术。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,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。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[6]。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料.由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用,但焊接的对象主要是回转形零件，虽然也有其它形式的摩擦焊技术出现,以克服被焊工件几何形状的限制或提高生产率，如相位摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊等，但实际应用很少。搅拌摩擦焊主要优点如下：
(1)焊接接头热影响区显微组织变化小。残余应力比较低，焊接工件不易形；
(2)能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，接头高；
(3)操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高；
(4)无需添加焊丝,焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；
(5)可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接；
(6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。
搅拌摩擦焊缺点：焊接工件必须刚性固定，反面应有底板；焊接结束搅拌探头提出工件时，焊缝端头形成一个键孔，并且难以对焊缝进行修补：工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得：在某种情况下，如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时，性能需进一步提高才可实际应用；对板材进行单道连接时，目前焊速不是很高：搅拌头的磨损消耗太快等。
搅拌摩擦焊作为一种多学科交汇的新方法，可以发展出纵缝焊接、环缝焊接、无匙孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊接、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊超塑性材料加工等多种连接加工方法和技术。
2.3 钎料铺展性能试验
2.3.1 润湿性的表征
将夜体制与固体表面上，液相表面与固相表面的接触界面处，形成相对的面间角，称之为接触角，如图2.5所示。接触角θ定义为:在固、液、气三相交界处，气液相界面与固液相界面之间的夹角。图中所示为各项界面的剖面图，接触角以相界面切线的夹角表示。θ=1时，为完全润湿；当0<θ<π/2时，呈一般润湿；π/2<θ<π时为不润湿状态。
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