本科毕业论文范文

毕业设计(论文） 

题目                                        

所在院系  能源动力与机械工程学院 

专业班级      实验动10班       

学生姓名        杨             

学    号       *****   025       

指导教师签名                    

审批人签字                      

2014 年 3 月 24 日

    摘  要

纯铝具有良好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。由于铝的优秀性能，铝越来越多的用于机械制造行业。 随之而来的是对铝焊接的要求也越来越高. 

目前国外MIG焊铝的技术工艺日趋成熟， 主要用于全焊接游轮， 火车及汽车箱体, 摩托车架, 压力容器， 工作平台, 飞机等。在飞机、汽车和机车车辆等制造业中,为了减轻运载工具的自重,提高运载能力，越来越多地采用轻金属合金与薄壁型轻量化结构.尤其在飞机蒙皮、筋板等制造中,采用焊接代替传统的铆接工艺,减重效果显著.然而由于铝特性及T型接头结构特点，无论传统焊接还是先进的激光焊接都遇到了焊缝气孔、裂纹、变形等依靠单独焊接方式难以解决的问题。

本文将主要研究焊接速度、焊接电流以及频率的变化对焊接外观造成的影响,从而找到最合适的焊接参数.本文包括三组实验,分别对焊接速度、焊接电流以及频率的影响作了详细的分析，比较各个参数对焊缝的影响,最终通过实验优化了纯铝MIG焊的焊接工艺。实验证明:焊接2.8mm的1630铝板时,焊接速度为35cm/min，焊接电流为77 A，频率为1。5 Hz时，为较佳工艺。 

关键词：铝；熔化极氩弧焊；焊接工艺

Abstract

Has good physical and mechanical properties of pure aluminum: easy processing, high durability for a wide range of decorative effect, and rich colors. Due to the excellent performance of aluminum, aluminum， more and more used in the machinery manufacturing industry， followed by increasingly high requirements for aluminum welding.

Foreign MIG welding aluminum technology matures, mainly for the all-welded cruise ships, trains and car box, motorcycle frames, pressure vessels, work platform， aircraft。 In the manufacturing of airplanes， cars and rolling stock, in order to reduce the weight of the means of delivery， to improve the carrying capacity, more and more lightweight construction of light metal alloys and thin-walled type. Especially in the manufacturing of aircraft skin， ribs, using welding instead of riveting， significant weight loss. However, due to the aluminum features and T—joint structural characteristics， regardless of traditional welding or laser welding encountered weld pores, cracks， deformation, etc。 rely on a separate welding difficult problem to solve。

This article will mainly study the welding speed， welding current and frequency changes caused by the welding appearance in order to find the most suitable welding parameters。 In this paper a total of three sets of experiments, made ​​a detailed analysis of the change of welding speed， welding current， and frequency, respectively, the final experiments to optimize the welding of pure aluminum MIG welding process, the results show: welding speed 35cm/min, welding speed 77 A， frequency of 1.5 Hz, better technology.

Keywords： Aluminum； Melting Inert Gas；Welding process

第一章 绪  论

1。1 引言

工业发达国家就汽车的发展方向，提出了节约能源、防止环境恶化和改进汽车安全性等主要目标。这些目标的提出,反映了当今的汽车存在以下问题:消耗燃油过多，使地球的剩余石油储量和供应告急,汽车业的发展受到了能源短缺制约：汽车排放废气过多和废气的有害成分危及大气环境，对城市特别不利，甚至也是地球气候变暖的重要因素之一.此外，汽车保有量大，每年报废车辆的物资回收尚不完全，致使汽车废弃物严重污染了环境，汽车的发展已遇到环保上的制约因素：汽车使用中事故频发，危及行人及乘客的生命、健康，汽车的发展也遇到安全上的制约因素.由于汽车制造中大量采用铝使汽车总质量减轻，从而降低了燃油的消耗由于油耗低、质量轻、汽车的废气排放就少，污染程度就下降：废旧汽车的回收率高,铝质汽车零件基本上都可回收：回收再生所需要能源少，并且铝可以多次循环再生，对其性能来讲没有多大变化［1～5］。有专家预测,到2010年每辆轿车用铝量可达150千克。轿车车身质量约占整车的50％，所以车身是轻量化设计的关键部件,车身轻量化可使发动机负荷相应减轻,底盘部件的受力也会减轻，整车性能将表现更好。目前,美国、德国、日本是世界上铝应用最多的国家。我国2000年轿车保有量约650万辆，预计2010年将达到2400万辆，可见汽车减重对节能、改善环境的意义十分巨大。由于铝具有高比强度、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、再生性好和简化结构等一系列优点,能满足汽车工业的上述要求，大量的对比研究和反复实践证明，选用铝材料是实现汽车轻量化的有效途径。

现在，世界上许多汽车制造商对铝都很青睐。奥迪公司将全铝车身框架结构（A S F）技术应用在量产车上始于1993年。当时首先应用在奥迪A8轿车上，之后相继扩展到奥迪A2和新奥迪A8。迄今为止，采用全铝车身框架结构（A S F)制造的奥迪A8数量达到117,000辆,奥迪A2更是达到133,000辆。宝马新8系就采用了铝引擎盖，铝保险杠，发动机中的某些部件也由铝加工而成。法拉利、菲亚特、标志-雪铁龙公司都竞相开发铝零部件。随着大断面铝型材的生产和焊接技术的不断进步，铝在汽车中的应用也不断增加，预计到2010年,每辆汽车的铝使用量将上升到158kg，比1995年增长72％。工业发达国家在汽车轻量化研究方面发展较快，预计21世纪的轿车平均自重约为80年代初的一半。目前MIG焊是铝车辆焊接中最主要的方法之一［6～9］。

(a)奥迪A8车门的MIG焊缝      （b)奥迪A8纵梁的MIG焊缝

（c）奥迪A8车体的MIG焊缝        (d)铝排气管的MIG焊缝

(e）株洲电力机车厂的铝列车部件        (f)高速列车铝部件

图1—1 铝构件焊接实例

对于造船业来讲，一般军用快艇，艇体重量约占总重量的40％左右，要想减轻艇体重量，选择铝材料是一个重要途径。在与钢等刚度时，铝结构的重量约为钢的50％。对于滑行艇、水翼艇、气垫船和冲翼艇等高速船艇，其重量对航速很敏感，如果能减轻船体重量，则可有效地提高船速。对于中型舰艇的船体、大型舰艇的上层结构采用铝同样十分有利，可使舰艇体轻速度快.另外，现代舰艇航海仪器设备和武器装备的增加，使舰艇上部重量增加，稳定性变坏.为了保证稳定性，就必须采用铝材料来减轻上部重量。对于客船，从改善旅客的居住条件出发,扩大居住面积和增加上层建筑,也会使稳定性变坏。当然可以通过增加船宽来改善稳定性，但这会影响航速,所以最好的办法是在上层结构上采用铝.同样，货船上层结构以及船体改用铝，可以提高载货量，降低运输成本.

对于铁路运输车辆采用不锈钢、铝材料是减轻车体自重的有效措施。不锈钢因其密封性较差，一般适于制造160～200 k m／h的准高速列车，而铝材料则可用于制造200 k m／h以上的高速列车。为适应高速列车的发展,世界各国均在大力开发、制造铝车体，在铝焊接车体的设计和制造方面,瑞士、日本和德国的公司取得了最大的成功，目前在制造这种车体上已有巨大的进步。在1960年~1970年期间，铝车辆只占1％～2％，到了1995年就占到50％，而到1999年已达到车辆制造总数的80％。德国、意大利、加拿大、日本等发达国家,投入运营的铝车体已达3万多辆。以日本为例，其使用铝进行制造的铁道车辆逐渐增多，而且有占主导地位的趋势，自1962年山阳电机铁道铝车辆诞生以来，到1983年止的21年里，日本的铝车辆就有2678辆.在后来的几年里迅速增加，至1987年已上升到4000辆,1992年已超过6000辆。特别是近几年,其产量每年以400～500辆左右的速度递增。1991年以来，日本新干线全部使用了铝车辆。而一些发展中国家，如韩国也正在集中力量，积极引进技术，开发研制铝车体,并已经实现批量生产和出口。俄罗斯最初生产铝客车车体是在1961年～1970年间，制造的3P—200电气化试验列车曾在莫斯科—圣彼得堡干线上运行多年.目前已完成了“索克尔”列车上使用的铝试验车的制造。我国近几年来也同样大力发展城市铁路交通和高速铁路运输系统，因此，生产制造铝车体是铁路运输事业和城市轨道车辆发展的必然趋势［10~14].

由于铝不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性,具有一系列无可比拟的优越特性，同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性。

铝材料的连接方法为铆钉和焊接。虽然铆接工艺过程容易控制，质量稳定，连接可靠，但由于铆接之前需要钻孔，将会削弱结构组件的工作截面，孔成为应力集中区并降低了抗腐蚀的稳定性。另外，铆接还会增加结构重量，增加制造时间、人力和物料的使用量.再加上汽车、机车等运输工具的生产批量很大，尤其是汽车，一个大型汽车生产厂年产一般可达30万辆以上，铆接方法已经不能适应现代交通运输工具的制造.相比而言，焊接不仅可以减轻劳动强度，还可以简化结构、节省工时、提高工效。因此,焊接已经成为铝加工的主要方法之一［15~22]。

目前MIG焊是铝车辆焊接中最主要的方法之一.MIG焊具有设备简单、熔深大、焊接效率较高、焊接质量好、焊接可达性好、适应性好、对长、短、曲线焊缝都能很好焊接且易于实现自动化等优点，当前铝车辆的焊接生产尤其是中厚板构件的焊接绝大多数都采用了MIG焊，为了减少焊接的热量输入并有效地利用热量，主要采用了脉冲MIG焊.而脉冲MIG焊具有焊接电流调节范围较宽,包括短路过渡到喷射过渡的所有电流区域，既能焊接厚板，也能焊接薄板，焊接薄板时与短路过渡比较具有熔透性好、变形小、效率高等特点。采用脉冲电流后，可采用较小的平均电流进行焊接，平均电流比连续电流喷射过渡的临界电流低，因此母材的热输入量低，焊接变形小，适用于全位置焊接[22～27］。

1.2 铝及铝合金简介

在地壳中，铝的丰度为8。2g/kg,次于氧和硅，超过了铁，为地球上储量最多的金属元素。

由于铝的化学性质相对活泼，而且与氧的亲和力大，在常温下就容易和氧发生氧化反应，所以金属纯铝在自然界的矿物中是不存在的，常以化合物形式存在.自然界中铝矿物和含铝矿物有刚玉、一水硬铝石、一水软铝石、高岭石、红柱石、三水铝石等等，共有250多种。

纯铝的最大特点是密度小(ρ =2.7×103kg/m3）、熔点低（660℃）、塑性高(ψ=80％）、强度低（σb=80MPa）。

纯铝被广泛的应用于工业制造业上,其所具有性质如下：

1.密度小.常温下，当铝的纯度为99。996％时,其密度为2。69×103kg/m3，而当纯度为99。75%时，其密度为2。703×103kg/m3，只相当于铁密度的35％左右，是轻质结构中经常使用的材料,所以纯铝的密度是与它的纯度有关的。

2.熔点低。熔点与纯度有关,当铝的纯度为99。996%时，其熔点为660。37℃,当铝的纯度为99。97%时，铝的熔点为659。8℃，总体来讲和密度一样，也与铝的纯度有关，可以对其进行铸造、熔炼，加工也相对比较容易.

3。塑性变形性能好，容易进行各类加工.铝的铸造方法很多,可以说每一种铸造方法都用于铝的铸造。

由于铝的塑性很高，从扎成的薄板以及铝箔就额可以看出来，还能经过锻造成各种所需零件，压制成型材之类，像一些管材以及丝状铝材料都可以通过拉压而形成。在机加工中可以高速地对铝材进行车、刨、铣、镗等机械加工工艺。

4.可以进行强化处理。虽然纯铝的强度不高，但时经过冷加工硬化之后可以让它的强度提高一倍，甚至更高。具体来讲可以经过添加合金元素来实现，比如添加铜、硅、锰、镁、锂、锌、钪等元素合金化（让纯铝变成铝合金）,这样它的强度会得到大大的提高，但不会引起太大的塑性下降.比如能进行热处理的铝合金，经过热处理强化后可以达到一般优质合金钢的强度，从而可以代替部分合金钢使用，当然这必须以牺牲原来较高塑性为代价.

5.抵抗腐蚀性能强。铝及其合金由于铝元素的亲氧性，在其表面由于发生氧化反应而极易生成一层薄膜——氧化铝（Al2O3），这层膜具有很高的致密性,而且很牢固。但是，当其在碱性离子或卤素离子的强烈作用还是能被破坏的，但是遭到破坏后如果没有相关的防氧化保护措施的话，氧化膜会迅速地再次生成.因此,不必担忧大气以及水对其的腐蚀效应的出现.多种酸类以及有机物都不能对铝及其合金产生腐蚀性，如果能够在使用的过程中采用保护措施对铝及其合金进行保护，则铝合金的抗蚀性能将会得到明显的提高,铝及其合金都可避免遭受腐蚀侵害.

6。导电性能和导热性能都很好。众所周知,导热性能和导电性能仅次于金银铜的就是铝了。在常温下,用作电导体的特殊工业纯铝的等体积电导率能够达到62％IACS。如果材料的导电能力是按照单位质量来计算的话，那铝的导电性能达到铜的一倍.

7。不会出现低温脆性.当铝处于0℃以下时，随温度的不断下降，其强度和塑性会出现提高现象，而不会出现下降。

8.铝在受到冲击式不会出现火花，不带磁性。这中特性使得铝在仪表、电气设备等电子类产品中应用十分广泛，在其他特殊领域中也有较大的应用。

9。铝具有反射性很强的特点。经过抛光，铝的表面对白光的反射率达80%以上，而且随着纯度的升高，反射率也会逐渐升高.

另外，铝对其他射线也有较高的反射性能，比如紫外线、红外线、热辐射和电磁波等都有很好的反射性.

10.核辐射对铝的影响很小.对高能中子来讲，铝与其他金属拥有相同程度的中子吸收截面，在低能量的中子吸收截面的范围小，则在铍、镁、锆和其他金属。对照射下产生的辐射能量可以迅速衰减，这是铝耐核辐射的最大优点。

11。在建筑的室内装修中经常用铝来作为装修材料,因为它具有吸音性，对室内产生的噪音具有削弱作用，一些阻尼合金还能用铝配制而成.

12。外表美观。平常我们看到铝的表面都是呈现出银白色光泽的,是由于铝光滑的表面产生反射的缘故。可以说光亮度以及光洁度都可以经过机加工后获得.

若经过阳极氧化和着色处理的话，就能得到色彩斑斓、鲜艳夺目的工业制品,而且制品的抗腐蚀性能也很高。涂漆材料在生产时常用铝来作为基体材料。

1.3 熔化极氩弧焊简介

熔化极氩弧焊是使用焊丝作为熔化电极，采用氩气或富氩混合气体作为保护气体的电弧焊方法。当保护气体是惰性气体Ar或Ar+He时，通常称为熔化极惰性气体保护电弧焊，统称MIG焊;当保护气体以Ar为主,加入少量活性气体如二氧化碳或氧气时，通常称为熔化极活性气体保护焊,简称MAG焊。

1。3.1 熔化极氩弧焊的工作原理

1－焊件 2－电弧 3－焊丝 4－焊丝盘 5－送丝滚轮 

6－导电嘴 7－保护罩 8－保护气体 9－熔池 10－焊缝金属

图1-2 熔化极氩弧焊的工作原理

熔化极氩弧焊的工作原理如图1.2所示，焊接时，氩气或富氩混合气体从焊喷嘴中喷出来，保护焊接电弧和焊接区;焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材与焊丝之间产生电弧,使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧和熔融金属来进行焊接的。

它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电极，并被不断熔化填入熔池,冷凝后形成焊缝；另一个是采用保护气体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出多种混合气体的广泛应用,如Ar 80％＋CO220％的富氩保护气。从其操作方式看,目前应用最广的是半自动熔化极氩弧焊和富氩混合气保护焊，其次是自动熔化极氩弧焊。

1。3。2 熔化极氩弧焊的特点

熔化极氩弧焊与其他方法相比具有如下优点:

（1)与CO2焊相比较，熔化极氩弧焊电弧稳定、熔滴过渡稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观。

（2）与TIG焊相比较,母材熔深大，焊接变形小，焊接生产率高。

(3）MIG焊焊接铝及铝时，对母材表面的氧化膜有良好的阴极清理作用。

(4）保护效果好，可以使用与母材同等成分的焊丝进行焊接。

不足之处：

(1）MIG焊对工件、焊丝的焊前清理要求较高，即焊接过程对油、锈等污染比较敏感。

(2）氩气及混合气体比CO2气体的售价高，熔 化极氩弧焊的焊接成本比CO2电弧焊的焊接成本高。

1。3。3 熔化极氩弧焊的应用

（1）适用的焊材:适用于焊接大多数金属和合金，最适于焊接碳钢和低合金钢、不锈钢、耐热合金、铝及铝、铜及铜合金及镁合金. 

对于高强度钢、超强铝、锌含量高的铜合金、铸铁、奥氏体锰钢、钛和钛合金及高熔点金属，熔化极气体保护焊要求将母材预热和焊后热处理，采用特制的焊丝,控制保护气体要比正常情况更加严格。 

对低熔点的金属如铅、锡和锌等,不宜采用熔化极气体保护焊。表面包覆这类金属的涂层钢板也不适宜采用这类焊接方法. 

（2）板厚：可焊接的金属厚度范围很广，最薄约1mm，最厚几乎没有。 

（3）焊接位置：适应性也较强，平焊和横焊时焊接效率最高。

第二章 实验材料设备及方法

2.1 实验方法的确定

铝及铝合金的焊接，由于自身条件的特殊性以及所在应用范围场合中的区别,所使用的焊接方法也有所区别。比如铝及铝合金的种类、厚度、使用要求与场合、结构特性、对接头使用性能要求以及生产条件等等因素，均会影响到所使用的焊接方法。

常用的焊接方法有：气焊、手工电弧焊、钨极氢弧焊、熔化极氩弧焊、等离予弧焊、电阻焊、钎焊以及电渣焊、超声波焊、储能焊、激光焊、真空电子束焊、爆炸焊等特殊方法.每一种焊接方法都有其优点和缺点，在选用过程中要综合考虑，选择最优的焊接方法。

本文主要研究铝的熔化极氩弧焊的方法.

熔化极氩弧焊的焊接参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、焊丝倾角、保护气体的种类及其流量等。

（1）焊接电流和电弧电压

根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流及焊丝直径;根据焊接电流来选择送丝速度；根据焊接电流匹配电弧电压。

(2)焊接速度

焊接速度增加，焊缝熔深及熔宽均减小,焊缝单位长度上的焊丝熔敷量减少，焊缝余高将减少.

（3）焊丝伸出长度

短路过渡：合适的伸出长度为6～13 mm;

其它：合适的伸出长度为13~25 mm。

(4)保护气体流量

常用的熔化极氩弧焊喷嘴孔径为20mm左右，保护气体流量为10～30L/min。

本文将主要研究焊接速度、焊接电流以及频率的变化对焊接外观造成的影响,从而找到最合适的焊接参数。

2.2 实验设备

2。2.1 福尼斯TPS2700气体保焊机

本次试验所用的焊机是福尼斯TPS2700气体保焊机，如图2-1所示。 

图2—1 TPS2700气体保焊机

TPS2700气体保焊机具体技术数据如表2-1所示：

表2-1 TPS2700气体保焊机的技术数据

（1）完全数字化焊机，面板输入，送丝机控制，逆变器控制焊接工艺的储存等均实现数字化控制。

（2）设计结构紧凑、简介,水箱、电源、送丝机一体化，便于搬运，电源内部模块化设计，电路层次分明。

（3)焊接性能优良,可调节参数多，如弧长、熔滴过渡、焊接电压、焊接电流、焊接速度、焊角尺寸、板厚、送丝速度.焊接输出变动幅值等。

(4）一机多用,可进行焊条电弧焊、TIG焊、及双脉冲MIG焊的选择，还可以进行多种材料的焊接。

（5）数字化人机交换，具有灵活性、功能性、明确性、可靠性等特点。

2.2.2 汉诺威焊接质量分析仪

1、汉诺威焊接质量分析仪是由德国汉诺威大学制造，可实时测量焊接过程中的点参数（焊接电流、焊接电压）,对瞬时值进行统计处理，得出幅值特征的概率密度分布曲线和时间特征的时间频数分布曲线,可以识别不同工艺条件下的焊接过程.

2、主要技术参数

最大采样频率:330kHz

最短采样间隔：单通道3。2微秒（每秒312，500个采样点）

2.3 实验材料

本次试验使用的实验材料是2。8mm厚的1060工业纯铝板,其化学成分如表2—2所示，尺寸为20mm x 50mm。

1060铝板带，含铝量达到99。6％以上又被称为纯铝板，在铝板带家族中属于一款常用的系列.此系列铝板的优势:最为常用的系列,生产过程比较单一，技术相对于比较成熟，价格相对于其它高档合金铝板有巨大优势。有良好的延伸率以及抗拉强度，完全能够满足常规的加工要求(冲压，拉伸）成型性高。为工业纯铝，具有高的可塑性、耐蚀性、导电性和导热性，但强度低，热处理不能强化可切削性不好；可气焊、氢原子焊和接触焊,不易钎焊；易承受各种压力加工和引伸、弯曲.

表2—2 1060铝板的化学成分

1、焊丝

本次实验使用的焊丝牌号是1060焊丝，其直径2.8mm。

2、保护气体

本次试验使用纯氩气保护，气体流量为10L/min。

3、此外,还有夹具;硬毛刷；数码照相机；秒表。    

2。5 实验方法与内容

1、焊前清理 　

焊接时,焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。 　

（1)化学清洗 　

化学清洗效率高,质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件.可用浸洗法和擦洗法两种.可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40℃~70℃的5%～10％氢氧化钠溶液碱洗3 min~7 min（纯铝时间稍长但不超过20 min),流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%溶液酸洗1 min~3 min,流动清水冲洗，风干或低温干燥。 　

（2）机械清理 　

在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0。15mm～0。2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面. 　

本次实验使用的焊前清理方法为机械清理，使用钢丝刷刷洗焊接表面.

2、本实验对焊接速度、焊接电流、和频率三个参数进行调整，以此选择较好的参数。

3、焊后清理

用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。 　　

4、用佳能数码相机给焊缝照相并分析结果。

第三章 实验结果与分析

本次实验一共进行了三组，分布研究了焊接速度、焊接电流和频率对焊缝形貌的影响.

3。1 焊接速度变化对焊缝形貌的影响

在焊件厚度、焊接电流及电弧电压等其他条件确定的情况下，焊接速度增加，焊缝熔深及熔宽均减小；焊缝单位长度上的焊丝熔敷量减少，焊缝余高将减少。焊接速度过高可能产生咬边，要根据焊缝成形及焊接电流来确定合适的焊接速度。

其他焊接参数不变,只改变焊接速度，进行四组实验,四种焊接速度分别为28cm/min ，35cm/min ,42cm/min ，49cm/min，实验数据如下表3—1所示。四种焊接速度下的焊缝形貌如图3—1、3—2、3—3、3—4所示。

表3—1 不同焊接速度下的实验参数

图3-1  实验1的焊缝成形图

图3—2 实验2的焊缝成形图

图3-3  实验3的焊缝成形图

图3-4  实验4的焊缝成形图

从焊缝形貌显示,随着焊接速度增加，焊缝熔深下降。一方面是由于电弧的预热效果降低．另一方面由于速度太快，所形成的熔滴来不及全部进入激光熔池中心区就已完成焊接，导致熔深下降.此外,随着焊接速度提高，电弧作用在工件上的能量密度同时下降.导致焊接熔深降低。

由上面四组图看出．随着焊接速度增加。焊缝的外观成形质量变差。因为在较低的速度下．电弧对焊缝产生强烈的预热，当电弧直接作用在这种高温金属上，能减少熔化金属所需的能量．提高工件表面能量吸收率,从而形成稳定的深熔焊过程。因此，最佳的焊接速度为35 cm/min。

得出较佳的焊接速度后，利用汉诺威焊接质量分析仪对焊接过程中的点参数(焊接电流、焊接电压)进行测量，得出了电弧电压及焊接电流波形图，如图3—5所示。

图3-5  实验2的电弧电压及焊接电流波形

图3-5是实验2的电弧电压及焊接电流波形图，可以看出，当焊接速度为35 cm/min时，焊接电流与电弧电压都非常稳定,没有出现断弧或者短路的现象，所以焊接速度为35 cm/min是最佳的方案。

3.2 焊接电流变化对焊缝形貌的影响

通常条件下根据焊件的厚度及焊缝熔深来选择焊接电流及焊丝直径,根据以上实验选择较好的焊接速度35cm/min时调整焊接电流，五组焊接电流分别为57A ，67A ，77A ，87A，97A ，实验数据如下表3-2所示。五种不同焊接电流的焊缝形貌如图3-6、3—7、3-8、3-9、3-10所示。

表3-2 不同焊接电流下的焊接参数

图3—6  实验5的焊缝成形图

由图3-6可知,实验5中，当焊接电流为57A时,由于焊接电流过小,还未形成熔池，焊缝未成形。

图3—7  实验6的焊缝成形图

由图3—7可知，在实验6中，焊接开始时电弧对工件的预热作用不明显，电弧作用在工件上的能量不高,焊缝熔深较小，未能焊透。随着时间的增加，电弧对工件的预热作用不断增强，焊缝余高和熔宽逐渐增加.

图3—8  实验7的焊缝成形图

由图3—8可知，在实验7中,焊接开始时电弧对工件的预热作用不明显，电弧作用在工件上的能量不高,焊缝熔深较小，随着时间的增加,电弧对工件的预热作用不断增强,焊缝余高和熔宽逐渐增加，形成焊缝。

图3-9  实验8的焊缝成形图

由图3—9可知，在实验8中，由于操作原因，也可能是其它原因，焊缝中间出现了一次断弧。而且，焊缝后半段由于热量集中,熔宽增大。

图3—10  实验9的焊缝成形图

由图3-10可知，在实验9中，由于焊接电流太大，导致铝板熔化并且坍塌，没有形成焊缝。

随着焊接电流增加，电弧对工件的预热作用更加明显,电弧作用在工件上的能量更高，焊缝熔深增加.随着电流强度继续增加，电弧对工件的预热作用不断增强，提高能量的吸收率，所以当电流达到一定数值后，熔深又随电流的增加而增加.随着焊接电流增加，焊缝余高和熔宽逐渐增加，这主要是因为焊接电流增加，单位时间内的送丝量也相应增加，从而单位焊缝的熔敷金属量也增加。

由焊缝形貌图可知,电流增大时．由于电弧的压缩和稳定作用降低，导致大量焊接飞溅,焊缝成形差。随着焊接电流减小，焊缝表面成形更加圆滑，但是当电流小于67 A时，电弧对工件的预热作用减弱,使焊缝表面质量变差。综合考虑焊缝熔深和成形质量，最佳的焊接电流为77A。

3。3 脉冲变化对焊缝形貌的影响

当焊接速度为35 cm/min,焊接电流为77 A时，分析脉冲变化对焊缝形貌的影响。实验分成3组焊接电流分别为0。5Hz ，1。5 Hz，2。5 Hz，实验数据如下表3—3所示.

表3—3 不同脉冲频率下的焊接参数

(a)实验10的焊缝成形图

(b）低频脉冲电弧电压及焊接电流波形

（c）高频脉冲电弧电压及焊接电流波形

图3—11 实验10焊缝形貌及电弧电压及焊接电流波形

图3—11是实验所得的焊缝成形图，低频电弧电压、焊接电流，高频电弧电压、焊接电流，在焊缝成形图中可以看出焊件在实验参数下，焊接过程中频率过低,焊缝在节点未焊透，鱼鳞纹成形,焊缝成形不好.

（a）实验11的焊缝成形图

（b）低频脉冲电弧电压及焊接电流波形

（c）高频脉冲电弧电压及焊接电流波形

图3-12 实验11焊缝形貌及电弧电压及焊接电流波形

图3—12是实验所得的焊缝成形图,低频电弧电压、焊接电流，高频电弧电压、焊接电流。焊接过程中电弧稳定，声音柔和,无断弧现象，偶尔有少量飞溅.在焊缝成形图中可以看出焊件在开头部分,由于未经过预热，焊缝未焊透；在焊缝后半部分，焊缝经过充分预热，焊接过程趋于稳定,焊缝鱼鳞纹良好，熔宽和焊缝余高适中成形良好，得到了相对不错的焊缝外观。

(a）实验12的焊缝成形图

（b)低频脉冲电弧电压及焊接电流波形

（c）高频脉冲电弧电压及焊接电流波形

图3-13 实验12焊缝形貌及电弧电压及焊接电流波形

图3-13是实验所得的焊缝成形图，低频电弧电压、焊接电流，高频电弧电压、焊接电流.由低频电弧电压、焊接电流图可以看出，焊接过程中出现瞬间短路现象，电弧电压与焊接电流出现不稳定现象。飞溅较大，在焊缝成形图中可以看出焊件在开头部分，由于未经过预热，焊缝未焊透;在焊缝后半部分,焊缝经过充分预热，焊接过程趋于稳定，但是焊缝鱼鳞纹太紧密，鱼鳞纹宽度较小,与实验相比,焊缝成形较差.

通过上图分析,图3-12（a）的宽窄匀称很光滑，焊缝表面光滑或鱼鳞纹均匀，比图3—11（a）与图3-13（a）的都要好.所以,当频率为1。5Hz时焊缝形貌最好。

因此，当焊接速度为35cm/min,焊接电流为77A时调整频率变化，三种频率分别为0。5Hz ，1.5Hz，2。5 Hz,实验表明,当焊接速度为35cm/min，焊接电流为77A时，频率为1.5Hz时,焊接外形最好。

低频调制频率与焊接速度密切相关。为了得到美观的鱼鳞纹焊缝，需要根据焊接速度确定合适的低频调制频率。根据鱼鳞纹宽度W，焊接速度VS和低频调制频率f三者之间的定量关系：

             (3-1）

在一定的低频调制频率内可以获得理想的焊缝外观.由以上的公式可以得出,焊接速度越高,设定的低频调制频率也应该越高，这样才能得到比较理想的鱼鳞纹焊缝。经过计算可以得出,当频率为0。5Hz时鳞纹宽度为1.17cm,当频率为1。5Hz时鳞纹宽度为0。38cm，当频率为2。5Hz时鳞纹宽度为0.23cm。若低频频率较低，则焊接过程不稳定，鱼鳞纹宽度较大，所得焊缝外观不美观，由于脉冲之间间隔时间太长，还可以产生焊缝两侧融合不良等缺陷;而低频频率较高时，失去了脉冲焊接的特点.

（a）实验11鱼鳞纹宽度      （b） 实验12鱼鳞纹宽度        (c） 实验13鱼鳞纹宽度

图3-14 实验的鱼鳞纹宽度

由图3—14可以看出,当频率为0。5Hz时鳞纹宽度约为1。2cm,当频率为1。5Hz时鳞纹宽度约为0.4cm，当频率为2.5Hz时鳞纹宽度约为0。2cm,与计算得出的鱼鳞纹的数值相近，可以得出实验过程较好，通过焊缝的形貌得出1.5Hz时焊缝较佳.

第四章 结  论

本试验主要研究焊接参数的变化对焊接质量的影响，通过实验研究出最佳的焊接参数，为以后的铝MIG焊试验做参考。

本文将主要研究焊接速度、焊接电流以及频率,这三个焊接参数的变化对焊接外观产生的影响，从而优化焊接参数。

（1）调整焊接速度，四种焊接速度分别为28 cm/min ，35 cm/min ，42 cm/min ，49 cm/min，实验表明，当焊接速度为35cm/min时，焊接外形最好。

（2)当焊接速度为35cm/min时调整焊接电流变化,四种焊接电流分别为67 A ，77 A ，87 A，实验表明,当焊接速度为35cm/min时，焊接电流为77 A时，焊接外形最好。

（3）当焊接速度为35cm/min，焊接电流为77 A时调整频率变化，三种频率分别为0。5Hz ，1。5Hz，2.5 Hz,实验表明，当焊接速度为35cm/min，焊接电流为77 A时，频率为1.5 Hz时，焊接外形最好。

以焊缝形貌为参考对象，通过实验得出纯铝板1060板厚为2。8mm时MIG焊的最佳工艺为:焊接速度为35cm/min，焊接电流为77 A，焊接电压为19.3V,送丝速度为3.6m/min，通气流量为10L/min，脉冲频率为1.5 Hz。 

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谢  辞

本学位论文是在李国伟老师的悉心指导下完成的，我所取得的每一次进步和每一点成果无不深深浸透着导师的大量心血和汗水。导师渊博的学识，严谨、求实、进取的治学态度，细致入微的工作作风，深远、敏锐的洞察力，使我深受启迪并将永远激励着作者奋发向上，对导师所付出的辛劳作者将永远铭记在心。值此论文完成之际，对导师在学习和生活方面给予的教诲和培养表示最衷心的感谢，并致以最崇高的敬意.另外，还要感谢韩永全老师以及各位师兄在试验中提供实验帮助。

感谢对本论文提出意见和建议的论文评审和答辩专家!

最后，感谢我的家人、同学、朋友，他们在我学习和生活中的支持和理解。谨以此文献给他们!