7a10铝合金焊接性分析

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1、河南机电高等专科学校毕业论文1绪论铝及铝合金原来只有皇帝用的起的有色金属,不仅在我们的日常生活中起着重要的作用。而且随着现代工业的发展其应用前景也越来越广阔。特别是近代工业对工业材料的要求越来越向着质量轻﹑强度高、易加工的方向发展。而铝及铝合金材料具有这一系列的优良特性,因此被广泛的应用于国民经济的各个领域,如航空航天、交通运输、电子通讯、建筑装饰、包装容器、机械电气、石油化工、能源动力、家电五金、文体卫生等行业,成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。1.1国内铝合金发展的现状和趋势近二十年来,我国的铝加工业发展十分迅速,其产量已从1980年不到

2、30万吨,发展到2005年的583.7万吨。同时,出现了许多的新材料、新技术、新工艺及新设备。我国已经成为名副其实的铝业大国。铝及铝合金渗透到了社会的各个角落。铝合金保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料在日常生活中的应用有以下三个方面:一是作为受力构件;二是作为门窗、管、盖、壳等的材料;三是作为装饰材料和绝缘材料。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、喷涂、印刷等二次加工,制成各种装饰板材。另外铝合金具有易加工和高的散热性,特别是车辆的引擎部分特别适合使用铝合金材料。此外,在航空航天方面,它是运载火箭和各种航天器的主要结构材料。我国研制的神舟五号的氢氧推进剂

3、的储藏箱、乘务员仓也都采用了铝合金作为结构材料。我国研制的各种大型运载火箭亦广泛的选用了铝合金作为主要的结构材料。放眼未来,铝及铝合金家族会不断的壮大,你会在社会的各个方面见到它的身影。其应用前途不可估量。30河南机电高等专科学校毕业论文1.2铝合金应用中的问题由于铝及铝合金所具有独特的物理化学性能,在焊接过程中会产生一系列的困难和特点,具体的表现有以下几点:1.强的氧化能力铝和氧的亲和力很大,在空气中极易与氧结合生成致密的氧化铝薄膜。氧化铝的熔点高达2050℃,远远超过铝合金的熔点,而且密度约为铝的1.4倍。在焊接的过程中氧化铝薄膜阻碍了金属之间的良好结合,易造成夹杂。

4、而且氧化膜还会吸收水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,为保证焊接质量,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并防止在焊接过程中再氧化,对融化金属和处于高温下的金属进行有效保护。2.有较大的导热系数和比热容铝和铝合金的导热系数比热容都很大。因此,焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的能量。为了获得高质量的焊接接头必须采用能量集中、功率大的热源。有时采用预热等工艺措施。3.焊接热裂纹倾向大铝及铝合金的系膨胀系数约为钢的两倍,凝固时收缩率大,因此在接头中容易形成较大的拘束应力。因此,焊接某些铝合金时,往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。4.焊缝容易产生气孔在焊接高温下,焊接

5、区周围的水、油、空气中的水分等侵入焊接电弧中很容易分解成氢原子或质子,融入过热熔融金属中。由于氢在液态和固态铝中的溶解度相差很大(近20倍),因此,高温下融入的大量气体,在焊后冷却凝固过程中来不及析出,而聚集在焊缝中形成气孔。5.焊接接头的力学性能下降对于热处理强化铝合金,无论焊前是时效状态还是退火状态,焊后接头的力学性能都比母材低。即使焊后进行人工时效,往往也达不到焊前母材的水平。6.焊接接头耐蚀性下降铝及铝合金焊接接头耐蚀性降低的主要原因是:接头的组织不均匀;焊接接头存在有焊接缺陷;焊缝金属铸造组织的影响和焊接应力的影响。本设计是以7A10超硬铝合金为例,来对铝及铝合

6、金的焊接性进行分析。7A30河南机电高等专科学校毕业论文10超硬铝合金主要应用与飞机蒙皮、螺钉、防弹材料以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等。2.7A10铝合金的焊接性分析2.17A10铝合金的化学成分表2-17A10的化学成分(质量分数)(%)牌号AlZnMgCuMnCrSiFeTiZr其他合计7A10余量3.2~4.23.0~4.00.50~1.00.20~0.350.10~0.20≤0.3≤0.3≤0.1—0.052.27A10铝合金中合金元素和杂质元素的作用7A10是一种超硬铝合金,属于铝—铜—镁—锌合金系。它是目前室温强度最高的一类铝合金,其强度到500

7、—700Mpa,超过高强度硬铝LY12合金,故称超硬铝合金。这类金属除了超度高外,韧性也很高,它主要生产板材,管材和锻件等,用于纺织工业及防弹材料等。Al—Cu—Mg—Zn合金为热处理可强化合金,起主要强化作用的元素为Zn和Mg,Cu也有一定强化效果,但其主要作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。Mg和Zn:Zn、Mg是主要强化元素,它们共同存在时会形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相。η相和T相在Al中溶解度很大,且随温度升降剧烈变化,MgZn2在共晶温度下的溶解度达28%,在室温下降低到4%~5%,有很强的时效强化效

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1、河南机电高等专科学校毕业论文1绪论铝及铝合金原来只有皇帝用的起的有色金属,不仅在我们的日常生活中起着重要的作用。而且随着现代工业的发展其应用前景也越来越广阔。特别是近代工业对工业材料的要求越来越向着质量轻﹑强度高、易加工的方向发展。而铝及铝合金材料具有这一系列的优良特性,因此被广泛的应用于国民经济的各个领域,如航空航天、交通运输、电子通讯、建筑装饰、包装容器、机械电气、石油化工、能源动力、家电五金、文体卫生等行业,成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。1.1国内铝合金发展的现状和趋势近二十年来,我国的铝加工业发展十分迅速,其产量已从1980年不到

2、30万吨,发展到2005年的583.7万吨。同时,出现了许多的新材料、新技术、新工艺及新设备。我国已经成为名副其实的铝业大国。铝及铝合金渗透到了社会的各个角落。铝合金保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料在日常生活中的应用有以下三个方面:一是作为受力构件;二是作为门窗、管、盖、壳等的材料;三是作为装饰材料和绝缘材料。铝合金板材、型材表面可以进行防腐、轧花、喷涂、印刷等二次加工,制成各种装饰板材。另外铝合金具有易加工和高的散热性,特别是车辆的引擎部分特别适合使用铝合金材料。此外,在航空航天方面,它是运载火箭和各种航天器的主要结构材料。我国研制的神舟五号的氢氧推进剂

3、的储藏箱、乘务员仓也都采用了铝合金作为结构材料。我国研制的各种大型运载火箭亦广泛的选用了铝合金作为主要的结构材料。放眼未来,铝及铝合金家族会不断的壮大,你会在社会的各个方面见到它的身影。其应用前途不可估量。30河南机电高等专科学校毕业论文1.2铝合金应用中的问题由于铝及铝合金所具有独特的物理化学性能,在焊接过程中会产生一系列的困难和特点,具体的表现有以下几点:1.强的氧化能力铝和氧的亲和力很大,在空气中极易与氧结合生成致密的氧化铝薄膜。氧化铝的熔点高达2050℃,远远超过铝合金的熔点,而且密度约为铝的1.4倍。在焊接的过程中氧化铝薄膜阻碍了金属之间的良好结合,易造成夹杂。

4、而且氧化膜还会吸收水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,为保证焊接质量,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并防止在焊接过程中再氧化,对融化金属和处于高温下的金属进行有效保护。2.有较大的导热系数和比热容铝和铝合金的导热系数比热容都很大。因此,焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的能量。为了获得高质量的焊接接头必须采用能量集中、功率大的热源。有时采用预热等工艺措施。3.焊接热裂纹倾向大铝及铝合金的系膨胀系数约为钢的两倍,凝固时收缩率大,因此在接头中容易形成较大的拘束应力。因此,焊接某些铝合金时,往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。4.焊缝容易产生气孔在焊接高温下,焊接

5、区周围的水、油、空气中的水分等侵入焊接电弧中很容易分解成氢原子或质子,融入过热熔融金属中。由于氢在液态和固态铝中的溶解度相差很大(近20倍),因此,高温下融入的大量气体,在焊后冷却凝固过程中来不及析出,而聚集在焊缝中形成气孔。5.焊接接头的力学性能下降对于热处理强化铝合金,无论焊前是时效状态还是退火状态,焊后接头的力学性能都比母材低。即使焊后进行人工时效,往往也达不到焊前母材的水平。6.焊接接头耐蚀性下降铝及铝合金焊接接头耐蚀性降低的主要原因是:接头的组织不均匀;焊接接头存在有焊接缺陷;焊缝金属铸造组织的影响和焊接应力的影响。本设计是以7A10超硬铝合金为例,来对铝及铝合

6、金的焊接性进行分析。7A30河南机电高等专科学校毕业论文10超硬铝合金主要应用与飞机蒙皮、螺钉、防弹材料以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等。2.7A10铝合金的焊接性分析2.17A10铝合金的化学成分表2-17A10的化学成分(质量分数)(%)牌号AlZnMgCuMnCrSiFeTiZr其他合计7A10余量3.2~4.23.0~4.00.50~1.00.20~0.350.10~0.20≤0.3≤0.3≤0.1—0.052.27A10铝合金中合金元素和杂质元素的作用7A10是一种超硬铝合金,属于铝—铜—镁—锌合金系。它是目前室温强度最高的一类铝合金,其强度到500

7、—700Mpa,超过高强度硬铝LY12合金,故称超硬铝合金。这类金属除了超度高外,韧性也很高,它主要生产板材,管材和锻件等,用于纺织工业及防弹材料等。Al—Cu—Mg—Zn合金为热处理可强化合金,起主要强化作用的元素为Zn和Mg,Cu也有一定强化效果,但其主要作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。Mg和Zn:Zn、Mg是主要强化元素,它们共同存在时会形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相。η相和T相在Al中溶解度很大,且随温度升降剧烈变化,MgZn2在共晶温度下的溶解度达28%,在室温下降低到4%~5%,有很强的时效强化效

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