時(shí)間：2022-08-16 04:17:12
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1鋁合金與氧的親和力很強(qiáng)鋁與氧的親和力比較強(qiáng)，極易與氧結(jié)合生成致密而結(jié)實(shí)的氧化鋁薄膜，厚度約為0.1μm，熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，且密度很大，約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，氧化鋁薄膜嚴(yán)重阻礙金屬之間的結(jié)合，形成夾渣。同時(shí)氧化膜還會(huì)吸附水分，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫形成氣孔。這些缺陷，都會(huì)降低焊接接頭的性能。為了保證焊接質(zhì)量，焊前必須嚴(yán)格清理焊件表面的氧化物，同時(shí)防止在焊接過程中再次氧化。焊接時(shí)，一般采用直流反接氣體保護(hù)焊，利用陰極清理來有效清理表面氧化膜，同時(shí)保護(hù)氣體并對其實(shí)施保護(hù)。
2鋁合金的導(dǎo)熱率和比熱大鋁及鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容都很大，在焊接過程中大量的熱能被迅速傳導(dǎo)到金屬內(nèi)部，為了獲得高質(zhì)量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的熱源在較短時(shí)間內(nèi)以精確實(shí)施焊接。特別是對于8mm及以上厚板，焊接前需采用預(yù)熱等工藝措施。
3鋁合金部件焊接時(shí)容易形成氣孔鋁及鋁合金焊接時(shí)極易產(chǎn)生氣孔，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。焊接時(shí)產(chǎn)生的氣孔主要是氫氣孔，而氫氣的來源，主要是弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分。焊接時(shí)，液體熔池在高溫下溶入大量氣體，在凝固時(shí)，氣體溶解度急劇下降，在焊后冷卻凝固過程中來不及析出，而聚集在焊縫中形成氣孔。
二鋁合金焊接方法的選擇
1焊接方法選擇需要考慮的因素
1）根據(jù)焊接車間和焊接場地的可能性和焊接足夠移動(dòng)距離來選擇焊接設(shè)備及方法；
2）焊接后零件的性能是否滿足使用要求來選擇焊接方法：如焊縫強(qiáng)度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能等；
3）焊接加熱是否允許對焊縫附近的基體材料產(chǎn)生軟化；
4）焊接方法是否滿足焊縫的成形性要求；
5）焊接件的用途和工作環(huán)境以及焊接接頭設(shè)計(jì)等。
2大截面鋁合金焊接常用的焊接方法惰性氣體保護(hù)焊(TIG與MIG)是應(yīng)用最廣泛的鋁及鋁合金熔焊方法。
1)裝夾固定在大型截面鋁型材焊接時(shí)，由于鋁合金的熱導(dǎo)率比較大，必須采用較大的熱輸入，焊接時(shí)很容易發(fā)生變形，這是鋁合金焊接時(shí)要非常注意的問題。這里主要采用反變形法來控制變形。具體實(shí)施過程為：在選用合理的焊接順序的同時(shí)，預(yù)先將具有插接口的工件拼接完好，并給工件施加反變形的力，裝夾固定。從而達(dá)到焊后表光滑并能夠恰好消除變形的措施。
2)焊前清理焊接前應(yīng)對母材接頭處的表面氧化物及其它油污等附著物進(jìn)行打磨清理，并進(jìn)行點(diǎn)焊固定。清理的方法一般采用有機(jī)溶劑進(jìn)行表面去污，同時(shí)采用電動(dòng)鋼絲刷去除表面氧化物。選取有代表性的點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊固定，同時(shí)為了焊縫美觀，要及時(shí)打磨焊點(diǎn)。
3)焊接工藝規(guī)范焊條或焊絲一般在母材種類、板厚以及性能等要求的基礎(chǔ)上，選用能夠保證良好焊接質(zhì)量的焊接材料。焊接電流和焊接速度根據(jù)焊接成型要求設(shè)定。焊縫坡口一般為對接接頭。為了消除水汽并達(dá)到理想的熔深，選取合適的焊前預(yù)熱溫度。
三結(jié)語
1.1硬質(zhì)合金材料的選擇經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，多方篩選，在眾多硬質(zhì)合金中選出用YG20作為硬質(zhì)合金量面用材料。YG20韌性好，加工性能好，能適用砂輪和線切割加工，不易產(chǎn)生裂紋。對提高產(chǎn)品的合格率起到了保障作用。
1.2焊接工藝的確定把硬質(zhì)合金片焊接到量爪上，保證硬質(zhì)合金片在量爪上平整，垂直，居中，牢固。我們選擇在小高頻焊接機(jī)上焊接，焊接材料選用銀基釬料焊接片，焊接溫度640度，焊接后，保溫：80度，3小時(shí)，以消除焊接應(yīng)力，保證硬質(zhì)合金牢固不脫落。
1.3磨削用砂輪的選定硬質(zhì)合金量面游標(biāo)卡尺加工時(shí)的難點(diǎn)就是硬質(zhì)合金磨削時(shí)難磨、有時(shí)磨削3~4個(gè)小時(shí)尺寸也還是原尺寸，且磨削中硬質(zhì)合金很容易開裂。根據(jù)磨削部位不同，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，焊接后加工用的砂輪選為兩種。
1.3.1磨平面用砂輪用磨料為碳化硅、粒度46的砂輪磨削量爪平面。磨削時(shí)不用冷卻液，防止磨削裂紋的產(chǎn)生。
1.3.2磨量面用砂輪用磨料為金鋼石、粒度46的砂輪磨削量面。金鋼石砂輪有切削力，能有效的磨削硬質(zhì)合金且無裂紋。
二、技術(shù)要點(diǎn)、難點(diǎn)
2.1量爪合金槽的加工加工合金槽時(shí)量爪硬度≥52.5HRC，在高硬度量爪上加工出高質(zhì)量的硬質(zhì)合金槽。
2.2焊接參數(shù)確定焊接溫度的控制。硬質(zhì)合金與量爪的結(jié)合應(yīng)平整，垂直，居中，牢固。
2.3硬質(zhì)合金量面的磨削保證加工效率和加工時(shí)硬質(zhì)合金不破裂。
2.4硬質(zhì)合金量面的開刃要求刃面對稱，粗糙度：Ra不大于1.6μm。
三、實(shí)施步驟
3.1制定加工方案
3.1.1選擇硬質(zhì)合金材料經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),多方篩選,在眾多硬質(zhì)合金中選出用YG20作為硬質(zhì)合金量面用材料。
3.1.2確定焊接工藝選擇在小高頻焊接機(jī)上焊接，焊接材料選用銀基釬料焊接片，焊接溫度640度，焊接后，保溫：80度，3小時(shí)，以消除焊接應(yīng)力，保證硬質(zhì)合金牢固不脫落。
3.1.3選定磨削用砂輪（1）磨平面用砂輪用磨料為碳化硅、粒度46的砂輪磨削量爪平面。磨削時(shí)不用冷卻液，防止磨削裂紋的產(chǎn)生。（2）磨量面用砂輪用磨料為金鋼石、粒度46的砂輪磨削量面。金鋼石砂輪有切削力，能有效的磨削硬質(zhì)合金且無裂紋。
3.2編制加工工藝根據(jù)我公司加工特點(diǎn)和能力，以及零件的要求，按初裝配磨量面線切割合金槽合金槽打砂處理高頻焊接合金回火處理磨平面磨量面線切割合金刃線切割量爪外形磨外形的路線進(jìn)行加工。
3.3跟蹤工藝實(shí)施在生產(chǎn)時(shí)，跟隨零件加工過程，經(jīng)過多次試驗(yàn)，不斷優(yōu)化工藝，解決出現(xiàn)的問題。
3.3.1合金焊接后脫落合金焊接后易脫落，增加了焊前合金槽打砂處理，焊后回火處理，解決了問題。
3.3.2合金難加工，易碎裂經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),多方篩選,在眾多硬質(zhì)合金中選出用YG20作為硬質(zhì)合金量面用材料。YG20韌性好,加工性能好,能適用砂輪和線切割加工.不易產(chǎn)生裂紋。
四、驗(yàn)收結(jié)論
（1）用該工藝生產(chǎn)的的硬質(zhì)合金量面游標(biāo)卡尺，其合金量面硬度高，耐磨，紅硬性好。（2）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠、精度高，達(dá)到游標(biāo)卡尺的國家標(biāo)準(zhǔn)。（3）用該工藝生產(chǎn)的合金量面游標(biāo)卡尺質(zhì)量上乘，廢品率低，且成本低，容易加工，便于操作，有廣泛的前景。
五、經(jīng)濟(jì)效益
鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，表面易形成氧化膜，在焊接時(shí)容易形成未熔合及夾渣缺陷，使接頭的性能降低；氧化膜對水分有很高的吸附能力，易產(chǎn)生氣孔缺陷；另外，還出現(xiàn)裂紋、接頭軟化和耐蝕性降低等問題。
1.1氣孔
鋁合金焊接時(shí)主要產(chǎn)生的氣孔是氫氣孔，而氫的來源有三：空氣中的水分侵入熔池；保護(hù)氬氣中含水分大；坡口及焊絲清理不干凈。因此，解決氣孔的主要措施是：
a）適當(dāng)預(yù)熱，降低熔池的冷卻速度，有利于氣體逸出；
b）制定合理的焊接工藝，采用短弧焊接；
c）提高氬氣的純度；
d）清除焊絲和母材坡口及其兩側(cè)的氧化膜、水、油等污物。
1.2裂紋
鋁合金焊接中產(chǎn)生的裂紋主要是熱裂紋，其中大部分是產(chǎn)生在焊縫中的結(jié)晶裂紋，有時(shí)在熱影響區(qū)也出現(xiàn)液化裂紋。除了接頭中拘束力的影響之外，結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生主要是受鋁合金化學(xué)成分和高溫物理性能的影響。當(dāng)焊接線能量過大時(shí)，在鋁合金多層焊的焊縫中，或與熔合線毗連的熱影響區(qū)，常會(huì)產(chǎn)生顯微液化裂紋。防止裂紋的主要途徑是：
a）選配合適的焊絲和盡可能優(yōu)選母材成分；
b）正確選擇焊接方法和工藝參數(shù)，宜采用功率大、加熱集中的熱源；
c）應(yīng)避免不合理的工藝和裝配所引起的應(yīng)力增大，盡量將焊接應(yīng)力降低到最小；
d）避免接頭在高溫下受力，人為地造成裂紋。
1.3焊接接頭軟化
鋁合金管焊接后會(huì)產(chǎn)生明顯的軟化現(xiàn)象，其主要原因是由于焊縫和熱影響區(qū)的組織與性能變化引起的。防止焊接接頭軟化的主要方法是：
a）采用加熱迅速、熱量集中的焊接方法，以減小接頭的強(qiáng)度損失；
b）選擇合適的焊絲。
1.4焊接接頭的耐蝕性
鋁合金接頭耐蝕性降低的原因，主要與接頭的組織不均勻、焊接缺陷、焊縫鑄造組織和焊接應(yīng)力等有關(guān)。采取的措施有：
a）選用高純度的焊絲；
b）調(diào)整焊接工藝可以減小熱影響區(qū)，并防止過熱，同時(shí)應(yīng)盡可能減少工藝性焊接缺陷；
c）碾壓或錘擊焊縫有利于提高焊接接頭的耐蝕性；
d）減少焊接應(yīng)力。
2焊接工藝
2.1焊接方法
通過以上分析和結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，確定焊接方法采用交流鎢極氬弧焊。其優(yōu)點(diǎn)是：具有陰極破碎作用；設(shè)備結(jié)構(gòu)和線路簡單，不易出現(xiàn)故障；TIG保護(hù)性好，電弧穩(wěn)定、熱量集中、焊縫成形美觀、強(qiáng)度和塑性高、管材變形小；現(xiàn)場地面施焊，管材可以轉(zhuǎn)動(dòng)，以平焊位為主，操作容易；可形成較大的熔池，有益于氣體逸出，故焊縫中氣孔極少。
2.2焊前準(zhǔn)備
2.2.1焊接設(shè)備與焊材的選用：采用交直鎢極氬弧焊機(jī)WSE-315，焊材選用HS5356，直徑5mm。
2.2.2清理鋁合金管母和襯管都有包裝，保護(hù)比較好，為了避免碰損和油污，在組裝焊接時(shí)才拆除包裝?，F(xiàn)場使用坡口機(jī)開坡口，用丙酮擦拭坡口及其附近處，然后用銅絲刷清理管母坡口及其內(nèi)外壁30mm范圍、襯管和加強(qiáng)孔附近，之后再用丙酮擦拭，如圖1所示。焊絲用化學(xué)方法進(jìn)行清理。管母、襯管、焊絲的清理應(yīng)根據(jù)焊接進(jìn)度完成，不要一次清理過多，以免造成再次氧化和污染。
2.2.3組裝對口制作焊接支架如圖2所示，要求管母的軸心線重合，安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)膠輪可使管母免受損傷，且焊接位置一直處于水平位置便于焊工施焊，減小了操作難度，保證了焊接質(zhì)量。襯管的加工要求見圖3。制作對口卡具如圖4所示，便于定位焊和焊接過程中轉(zhuǎn)動(dòng)管子時(shí)，使高溫的焊縫不受外力而產(chǎn)生缺陷。
2.3焊接工藝參數(shù)
鋁合金管母焊接電流與加熱溫度的選擇尤為重要，如果焊接電流過大，熔池形成速度較快，容易造成燒穿、塌陷等缺陷；如果焊接電流過小，母材較難熔化，熔深淺，易產(chǎn)生氣孔、未焊透和熔合不良等缺陷?？赏ㄟ^適當(dāng)提高預(yù)熱溫度來補(bǔ)償焊接區(qū)熱源不足，使焊接順利進(jìn)行。具體焊接工藝參數(shù)見附表。焊接Φ110mm×4mm鋁合金管母線時(shí)，焊接電流可適當(dāng)減小，為160~170A，焊加強(qiáng)孔選擇電流200~210A。
3結(jié)束語
1.1成分控制
6082鋁合金型材的力學(xué)性能要求很高，其抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa。Mg2Si含量從0.5%增加至1.0%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度可提高一倍，繼續(xù)提高M(jìn)g2Si含量可使抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步提高，但是合金的淬火敏感性和擠壓變形抗力也隨之增加，故Mg2Si含量宜控制在1.3%～1.5%。另過剩Si對合金的強(qiáng)度提高有很大幫助，但同時(shí)也會(huì)增加脆性，降低合金的擠壓塑性，一般過剩Si含量控制在0.2%～0.4%為宜。6082合金還需添加一定量的Mn元素，以提高合金的再結(jié)晶溫度，阻礙擠壓時(shí)發(fā)生再結(jié)晶或再結(jié)晶晶粒長大，細(xì)化晶粒。但Mn含量過高會(huì)增加合金的淬火敏感性，同時(shí)會(huì)形成粗大的含Mn第二相，降低其對再結(jié)晶過程的抑制作用，還會(huì)影響到合金鑄造性能，隨著Mn含量增加其粘度增大，流動(dòng)性下降，因此Mn含量應(yīng)控制在0.4%～0.6%的范圍內(nèi)。
1．2鑄造生產(chǎn)工藝
由于6082合金的特點(diǎn)是含難熔金屬M(fèi)n，Mn的存在易引起晶內(nèi)偏析及固液區(qū)塑性降低，導(dǎo)致抗裂能力不足，故熔鑄工藝主要注意兩點(diǎn):第一，選擇合適鑄造溫度，溫度過高會(huì)使液穴加深，溫度梯度加大，導(dǎo)致鑄造應(yīng)力增加，產(chǎn)生鑄造裂紋;溫度過低將降低金屬流動(dòng)性，易產(chǎn)生冷隔、夾渣、不易于氣體逸出，因此熔煉溫度應(yīng)控制在730～750℃內(nèi)，且攪拌均勻保證金屬完全熔化、成分均勻;第二，控制鑄造速度，鑄造速度較高，會(huì)使液穴加深，延伸到結(jié)晶槽之外，易形成中心裂紋，同時(shí)鑄造凝殼層變薄，偏析瘤加大;鑄造速度較低，同液穴在結(jié)晶槽之內(nèi)，易產(chǎn)生表面裂紋及冷隔等缺陷;鑄造速度也要適當(dāng)降低，控制在80～100mm/min內(nèi)。
2均勻化生產(chǎn)工藝
2．1鑄態(tài)組織
合金鑄態(tài)金相顯微組織可知合金的鑄態(tài)組織主要由樹枝狀α(Al)固溶體、骨骼狀非平衡共晶相β(AlMnFeSi)和晶界組成。樹枝狀晶晶內(nèi)偏析嚴(yán)重，成分不均勻，晶界處的骨骼狀非平衡共晶對合金的塑性有不利影響，鑄態(tài)合金必須進(jìn)行均勻化處理才有良好的擠壓性能。
2．2均勻化
均勻化保溫后的冷卻速度對型材的最終力學(xué)性能有重要影響，隨著冷卻速度提高，型材力學(xué)性能逐漸升高。當(dāng)冷卻速度低于100℃/h時(shí)，抗拉強(qiáng)度只有180MPa，遠(yuǎn)低于工業(yè)型材的要求;當(dāng)冷卻速度為200℃/h時(shí)，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到300MPa，基本滿足工業(yè)型材的要求，冷卻速度繼續(xù)提高，抗拉強(qiáng)度還有一定幅度的提高。均勻化后，冷卻速度不僅對鑄錠的組織產(chǎn)生影響，也對擠壓在線熱處理后型材的組織產(chǎn)生重要影響。鑄棒經(jīng)過擠壓在線熱處理時(shí)，由于擠壓變形熱的作用，合金溫度可以上升至強(qiáng)化相的固溶溫度，但由于持續(xù)時(shí)間很短(一般只有幾十秒)，鑄棒緩慢冷卻產(chǎn)生的粗大析出相來不及充分固溶，型材冷卻后固溶體的過飽和度不足，甚至還有粗大析出相在基體中分布嚴(yán)重消弱了時(shí)效處理后型材的力學(xué)性能;而鑄棒快速冷卻產(chǎn)生的細(xì)小顆粒狀彌散分布則可以快速充分固溶，型材冷卻后得到過飽和固溶體，對強(qiáng)化合金起到主要作用。經(jīng)過這些變化，6082合金擠壓性能得到很大改善，晶內(nèi)偏析消失降低了擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的不均勻性，提高了擠壓型材的表面光潔度;組織中片狀粗大Al-Fe-Si相的轉(zhuǎn)變和細(xì)化減輕了型材表面裂紋傾向，改善了合金的可擠壓性，提高了擠壓速度。為保證擠壓型材有足夠高的力學(xué)性能，合理的均勻化工藝為:2.5h升溫至580℃，保溫1h，然后降溫至570℃，保溫8h，均勻化后冷卻速度≥200℃/h。
3擠壓生產(chǎn)工藝
3．1鋁棒溫度
6082合金變形抗力大，強(qiáng)化相Mg2Si的含量較高，鋁棒溫度要求盡量高一些，但是溫度過高則型材側(cè)邊出現(xiàn)裂紋的傾向增加，不利于提高擠壓速度，生產(chǎn)效率較低。所以鋁棒溫度一般控制在470～500℃為宜。
3．2擠壓速度
6082合金中Si含量較高，除與Mg元素以1∶1．73的比例形成強(qiáng)化相Mg2Si以外，還含有大概0.3%的過剩Si，導(dǎo)致合金的脆性明顯增加。擠壓速度提高以后，很容易在型材的側(cè)邊出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，所以擠壓速度一般選擇在10～15m/min，寬展擠壓取下限。
3．3淬火生產(chǎn)工藝
6082合金強(qiáng)化相Mg2Si的含量較高(一般在1.3%～1.5%)，要使其完全固溶，須保證型材出口溫度(淬火溫度)在固溶度曲線以上，否則由于固溶不充分，降低冷卻后的過飽和度，進(jìn)而影響時(shí)效后的力學(xué)性能。反應(yīng)了出口溫度對力學(xué)性能的影響，可以看出，隨著出口溫度的升高，合金的力學(xué)性能逐漸提高，當(dāng)出口溫度達(dá)到550℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到峰值345MPa，而當(dāng)出口溫度低于500℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度只有275MPa。為得到較高的力學(xué)性能，型材出口溫度應(yīng)大于530℃。由于合金中含有Mn元素，促進(jìn)晶內(nèi)金屬間化合物形成，對淬火性能有不利影響，導(dǎo)致6082合金淬火敏感性增加，要求淬火冷卻強(qiáng)度大且冷卻速度快。本試驗(yàn)中所提到的6082鋁合金工業(yè)型材，由于對表面質(zhì)量有特殊的要求，不能使用水淬進(jìn)行冷卻，而是采用強(qiáng)風(fēng)淬進(jìn)行冷卻，這就在一定程度上限制了冷卻速度。淬火冷卻速度越高，強(qiáng)化相Mg2Si越來不及析出，固溶體的過飽和度也就越高，對時(shí)效后型材的力學(xué)性能越有利。
4時(shí)效生產(chǎn)工藝
合金經(jīng)過擠壓在線熱處理后，只是得到溶質(zhì)為Mg2Si的過飽和固溶體，此時(shí)的力學(xué)性能遠(yuǎn)不達(dá)標(biāo)，必須進(jìn)行時(shí)效處理，使過飽和固溶體分解，在基體中沉淀析出細(xì)小彌散分布的強(qiáng)化相，以顯著提高合金的力學(xué)性能。合理的時(shí)效工藝既要保證產(chǎn)品性能，又要考慮生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)證明，時(shí)效溫度175～185℃，保溫時(shí)間6～7h，為6082型材最佳時(shí)效工藝，時(shí)效后抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa，延伸率δ≥10%。
5結(jié)論
1.1焊接材料
鈦合金焊接一般使用成分與母材相同的焊絲，有時(shí)為了提高接頭的韌性，在焊接接頭強(qiáng)度方面降低要求，應(yīng)當(dāng)選擇低于母材強(qiáng)度的焊絲。通常將在真空有條件下經(jīng)過退火處理TA1～TA6和TC3等焊絲用做鈦合金焊接，如果以上提到的焊絲無法供應(yīng)時(shí)，可將母材剪切成窄條作為焊絲。
1.2焊前清理
鈦合金的焊前清理工作非常重要，通常因?yàn)楦街畚飼?huì)引發(fā)氣孔和夾雜雜質(zhì)等問題影響焊絲焊接后焊縫的抗腐蝕性和強(qiáng)度，因而鈦合金在焊接前必須進(jìn)行清理。表面處理的常見方法為物理處理和化學(xué)處理法，物理處理主要包括表面污垢通過噴砂噴丸和拋光等方式的處理，化學(xué)處理主要是通過酸堿等化學(xué)物質(zhì)將鈦合金表面的污垢溶解，除去鈦合金表面的氧化物，直至表面為鈦合金基材為止。
1.3常見的鈦合金焊接方法
對于鈦合金的焊接方法一發(fā)展多年，眾多的研究主要集中在鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊等方法等常見的鈦合金焊接方法。
1.3.1鎢極氬弧焊工藝
對于焊接10mm以上的鈦合金母材通常選擇鎢極氬弧焊工藝，常采用直流正接。張裝生等研究人員對對鎢極氬弧焊工藝的研究結(jié)果表明，在母材焊接過程中要要使用氬氣保護(hù)氣氛來保護(hù)焊件的正面、背面，盡可能的使用拖罩保護(hù)進(jìn)行氣氛保護(hù)。
1.3.2熔化極氬弧焊工藝
MIG焊主要用于焊接鈦合金厚板，常采用直流反接。焊接方式依據(jù)焊接母材薄厚而不同，通常薄板采用工藝為短路過渡的熔滴過渡焊接方法，而厚板采用工藝為噴射過渡的熔滴過渡方法。該工藝對保護(hù)氣氛的要求很高，保護(hù)氣氛氣體純度、焊前清理的要求，MIG焊比TIG焊更為嚴(yán)格。
1.3.3等離子弧焊工藝
一般的等離子弧焊，除了使用熱壓縮、機(jī)械壓縮、磁壓縮三種基本手段收縮電弧外，是保護(hù)氣氛中該工藝一般使用氬氣與一定比例的氫氣來保護(hù)，該保護(hù)氣氛可以提高焊接過程中焊接電弧的收縮性，基于以上原因，使用等離子弧焊焊接工藝焊接鈦合金母材時(shí)，鈦很容易與保護(hù)氣中的氫形成氫化物，只能使用純氬氣或氬與氦的混合氣作為保護(hù)氣體。當(dāng)鈦板厚度為較薄時(shí)，通常采用小孔法焊接，而厚板母材使用熔入法加反面成形墊板焊接工藝。
1.3.4電子束鈦合金焊工藝
該工藝通常電子是以熱發(fā)射或場致發(fā)射的方式從發(fā)射體逸出功率密度很高的電子束撞擊到焊材表面，電子的動(dòng)能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬迅速熔化和蒸發(fā)。在高壓金屬蒸氣的作用下熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，很快在被焊工件上形成小孔，小孔的周圍被液態(tài)金屬包圍。隨著電子束與工件的相對移動(dòng)，液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部，逐漸冷卻、凝固形成了焊縫。但電子束焊焊接鈦合金會(huì)在接頭中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，并隨著焊接件厚度的增大而增加，只有焊后對焊件進(jìn)行完全真空退火方可消除。
1.3.5激光束鈦合金焊工藝
激光束焊接適合于某些特殊的焊接，已經(jīng)成為鈦合金焊接的重要手段。鄒世坤等采用激光焊接TC4鈦合金，獲得接頭性能與母材相當(dāng)。郭鵬等人對采用激光束焊接TC4鈦合金進(jìn)行焊接研究，研究結(jié)果表明TC4鈦合金通過焊接后焊縫平整光滑，外觀色澤漂亮，對焊接試樣通過無損檢測結(jié)果表明鈦合金焊縫質(zhì)量達(dá)到國標(biāo)Ⅱ級要求。
1.3.6摩擦焊工藝
鈦合金自身良好性能很適合摩擦焊，工藝若調(diào)整到合適的范圍，也可以在無特殊保護(hù)措施的條件下，獲得良好的焊接接頭。摩擦焊焊接鈦合金獲得的焊縫硬度略低于母材，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣斷裂于母材側(cè)，斷口呈現(xiàn)韌性斷裂特征。研究人員對TC4鈦合金進(jìn)行攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行焊接，研究結(jié)果表明焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的92%，焊接接頭的攪拌區(qū)域?yàn)楹附淤|(zhì)量最差區(qū)域，該區(qū)域韌性和強(qiáng)度都較差。
2、鈦及鈦合金焊接常見缺陷與防止措施
2.1鈦合金焊接常見缺陷
2.1.1脆化
高溫下鈦與氧、氮、氫很容易發(fā)生反應(yīng),而氧和氮在空氣中廣泛存在。因此，在焊接熱循環(huán)作用下鈦很難不受影響。因氧和氮固溶于鈦中，導(dǎo)致鈦金屬晶格畸變，因鈦合金晶格結(jié)構(gòu)的改變使鈦合金擁有高的強(qiáng)度，但塑韌性卻弱于母材。隨著氫含量在鈦合金焊縫中增加,會(huì)以片狀或針狀化合物形態(tài)析出，致使焊接接頭的沖擊韌性降低。焊接過程中焊縫金屬和高溫近縫區(qū)必須受到有效的保護(hù),正反面都很容易在焊接高溫下與空氣等雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致脆化。
2.1.2焊接裂紋
鈦合金因含有硫、磷、碳等雜質(zhì)很少，鈦合金具有很窄的有效結(jié)晶溫度區(qū)間，因而鈦合金低熔點(diǎn)共晶很難在晶界出現(xiàn)，因此對熱裂紋不敏感。但是焊接過程中保護(hù)不好，會(huì)有應(yīng)力裂紋和冷裂紋出現(xiàn)。焊接時(shí)由于焊接過程中母材中的氫會(huì)向熱影響區(qū)擴(kuò)散，導(dǎo)致影響區(qū)氫含量增加，在不當(dāng)?shù)膽?yīng)力情況下就會(huì)出現(xiàn)裂紋。另外在氣氛中氧氮含量高時(shí)，鈦合金焊接接頭產(chǎn)生一定程度的脆化，因而在出現(xiàn)的強(qiáng)焊接應(yīng)力導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。
2.1.3焊接氣孔
在鈦合金的焊接過程中，由于焊接母材和焊絲含有污染物、水或其他氣氛雜質(zhì)，很容易造成在焊縫中形成氣孔缺陷，在眾多的研究結(jié)果同樣表面母材或焊絲中的氫、水、氧都會(huì)使焊縫的氣孔產(chǎn)生率增加。因此，必須嚴(yán)格做好母材及焊絲的焊前清理工作，在焊接前要對母材進(jìn)行拋光打磨處理，務(wù)必保證基材和焊絲的干凈，確保焊接的質(zhì)量。
2.2缺陷的防止措施
隨著我國汽車總量的不斷增加，我國已經(jīng)成為世界第三大汽車生產(chǎn)國，和世界第二大汽車消費(fèi)國。鋁合金汽車輪轂的年產(chǎn)量超過六千萬件，有很大的出口額。為了滿足市場的需求，鋁合金汽車輪轂在結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)上都有很多形式。外觀造型上有寬輪輻、窄輪輻、多輪輻、少輪輻等設(shè)計(jì)，外觀式樣有拋光涂透明漆、亮面涂透明漆、電鍍等。涂抹的顏色也根據(jù)客戶的要求有多重形式，不同的色彩、不同的設(shè)計(jì)、不同的外觀是發(fā)展的趨勢。
2鋁合金汽車輪轂的優(yōu)點(diǎn)
首先，鋁合金汽車輪轂的重量比鋼輪轂的重量輕，這樣車整體的重量減少了，汽車的油耗也就相對的減少了。經(jīng)計(jì)算鋁輪轂的重要減輕在40%左右，90km/h到120km/h車速時(shí)，油耗可減少0.05L/100km,城市內(nèi)行駛，可減少的油耗量略少些，如果按每十萬公里節(jié)油計(jì)算，大約節(jié)約在40~50L。其次，鋁合金汽車輪轂?zāi)軌蚋纳破嚨男旭傂阅?，使行駛過程中的振動(dòng)減小，讓駕駛員駕車更加舒適。鋁合金汽車輪轂采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工，平衡性能比鋼優(yōu)越。車輪如果是鋼車輪，平衡性比較差，高速性能不穩(wěn)定，和鋁輪轂相比較，還是鋁輪轂的性能好。再次，鋁合金汽車輪轂的散熱性好，車輪的熱源主要由剎車產(chǎn)生和車胎與路面的摩擦產(chǎn)生。在汽車高速行駛中，車輪如果溫度持續(xù)過高，就會(huì)有出現(xiàn)爆胎的可能性。因?yàn)殇X的導(dǎo)熱性能比鋼的導(dǎo)熱性能好，而且鋁合金汽車輪轂表面的設(shè)計(jì)也有利于散熱，所以使用鋁合金汽車輪轂可以減少爆胎的可能，更易于散熱。然后，鋁合金汽車輪轂的美觀度也很不錯(cuò)，對于汽車整體形象，輪轂的美觀度也是對其有很大影響的?，F(xiàn)在汽車的輪轂設(shè)計(jì)中，一個(gè)不可缺少的設(shè)計(jì)就是汽車的輪轂的設(shè)計(jì)。汽車輪轂的造型直接關(guān)系到汽車的車身設(shè)計(jì)的檔次，也可以突顯出汽車的品味。制造廠商和設(shè)計(jì)者在車轂的風(fēng)格設(shè)計(jì)上下了不少功夫，不單在顏色上進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，還給車轂加了花紋結(jié)構(gòu)，不同的花紋有著不同的顏色，再經(jīng)過電鍍，添加了很多個(gè)性化的設(shè)計(jì)，也很大限度地滿足各類人群的審美要求。
3鋁合金汽車輪轂的設(shè)計(jì)開發(fā)
隨著現(xiàn)在人民的生活水平的提高，同時(shí)汽車品種的增多，和汽車價(jià)格的下調(diào)。汽車已經(jīng)成為大眾消費(fèi)的熱點(diǎn)產(chǎn)品。從大眾對汽車的認(rèn)知和實(shí)用性，到對汽車的審美和汽車的功能過度。大眾不僅要求汽車的優(yōu)良的性能，方便的駕駛，還會(huì)要求汽車符合自己身份地位，以及符合自己的審美品位。車轂對于汽車整體的形象有著重要的影響，如果想在市場上長期立足，就需要輪轂的設(shè)計(jì)開發(fā)，汽車部件的設(shè)計(jì)開發(fā)也是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
4鋁合金汽車輪轂的生產(chǎn)工藝流程
4.1生產(chǎn)廠家對汽車輪轂的生產(chǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。中層共同參與，通過了解大眾在汽車輪轂使用中遇到的問題及未能得到滿足的需求，挖掘大眾在汽車輪轂方面潛在的需求，提出問題解決問題。
4.2市場調(diào)研。考察同類汽車的輪轂在市場的競爭情況，根據(jù)目標(biāo)汽車輪轂的市場分析潛在的競爭環(huán)境，同時(shí)也要了解當(dāng)前政府政策，和其他環(huán)境因素。
4.3管理定位。由管理層對汽車輪轂的價(jià)格、設(shè)計(jì)、風(fēng)格、功能、性能、主導(dǎo)方向進(jìn)行定位。各項(xiàng)指標(biāo)均以數(shù)字化形式體現(xiàn)。
4.4根據(jù)產(chǎn)品需求進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。綜合汽車輪轂的技術(shù)質(zhì)量要求更進(jìn)一步構(gòu)思，在風(fēng)格、設(shè)計(jì)定位的基礎(chǔ)上繪制出不同款式的輪轂圖，對所設(shè)計(jì)出來的輪轂圖進(jìn)行比較，篩選出最完美的設(shè)計(jì)稿，然后對設(shè)計(jì)稿進(jìn)行優(yōu)化，形成機(jī)構(gòu)圖紙，再用建模技術(shù)進(jìn)行建模，利用分析軟件對所設(shè)計(jì)出的鋁合金汽車輪轂進(jìn)行應(yīng)力分析，根據(jù)分析出來的結(jié)果進(jìn)行完善和修改，再重新設(shè)計(jì)模型，并了解客戶需求，選出最理想方案。
1.1導(dǎo)向器機(jī)匣主要難點(diǎn)分析和加工工藝
導(dǎo)向器機(jī)匣結(jié)構(gòu)形式為薄壁環(huán)型機(jī)匣，其主要加工工藝和難點(diǎn)是機(jī)匣上葉型孔薄壁處的數(shù)控車加工和葉型孔的激光切割加工。加工時(shí)零件易橢圓變形，薄壁處出現(xiàn)弧形變形，加工表面振紋大，表面粗糙。通過合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對數(shù)控程序進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化加工參數(shù)，滿足了尺寸要求。薄壁處加工方案是：先對內(nèi)形進(jìn)行粗加工，并且為內(nèi)形薄壁處留出0.5mm的加工余量，這解決了在精加工時(shí)的變形和振紋，對外形進(jìn)行精加工后，再去除這一小部分余量并精加工內(nèi)形。加工葉型孔處的薄壁是一個(gè)帶有轉(zhuǎn)折的空間曲面，并且壁厚不均勻，用常規(guī)的加工方法難以加工，多方求證后，采用了激光切割的工藝方法進(jìn)行加工。通過分別為導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)定制檢測專用的葉型孔通止規(guī)，克服導(dǎo)向葉片一致性較差的問題，利于導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)上葉型孔進(jìn)行加工和檢測。
1.2導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)主要難點(diǎn)分析和加工工藝
導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)屬于薄壁環(huán)類零件，其主要加工難點(diǎn)是薄壁處的數(shù)控車成形加工。加工表面（特別是內(nèi)徑槽型面）易產(chǎn)生振紋，表面粗糙度差。如果粗精車加工余量和走刀方式安排不當(dāng)，容易使薄壁端面發(fā)生傾斜變形。通過合理安排粗精加工余量和走刀路線，多次對數(shù)控程序進(jìn)行更改和調(diào)整，取得了穩(wěn)定良好的加工效果。
1.3渦輪分瓣外環(huán)主要難點(diǎn)分析和加工工藝
渦輪分瓣外環(huán)結(jié)構(gòu)特殊，材料為K405，機(jī)加工藝性能不好，不易車削，從形狀看，零件為分瓣式結(jié)構(gòu)，不利車床回轉(zhuǎn)加工，工裝設(shè)計(jì)與使用均十分復(fù)雜，零件封嚴(yán)槽尺寸小，數(shù)量多，加工難度高，槽加工深度相對刀寬較深，對刀具要求較高，在加工時(shí)刀具維護(hù)困難。在加工過程中改進(jìn)了工裝的裝夾定位方式，將原來點(diǎn)壓緊的方式改為面壓緊方式，增加輔助支撐，并通過澆注低溫合金工藝，增強(qiáng)受力性能，改善了在加工時(shí)零件的承力性能；在對刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，探索并總結(jié)出了更為合理的加工參數(shù)，減少了刀具的損耗。提高了生產(chǎn)效率，并保證了尺寸要求，提高了零件的加工質(zhì)量。
2組件難點(diǎn)分析和加工工藝
渦輪機(jī)匣組件的加工工藝主要包括裝配和焊接工藝、焊接后的機(jī)加工藝、噴涂和渦輪分瓣外環(huán)的裝配工藝、噴涂后的機(jī)加工工藝。
2.1裝配、焊接難點(diǎn)分析和主要工藝
在渦輪機(jī)匣組件進(jìn)行裝配和焊接時(shí)存在的最主要問題是，由于導(dǎo)向器葉片與導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)相配合處的間隙產(chǎn)生較大偏差，而導(dǎo)致裝配后的葉片與機(jī)匣或內(nèi)環(huán)發(fā)生干涉或出現(xiàn)配合間隙過大的情況。設(shè)計(jì)圖紙關(guān)于導(dǎo)向器葉片與導(dǎo)向器機(jī)匣和導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)相配合處的間隙要求為單面0.05mm～0.1mm，而在實(shí)際加工中的間隙局部會(huì)達(dá)到最大0.4mm左右。通過在加工葉形孔時(shí)，沿葉形孔增加了4個(gè)高度近似配合間隙要求的工藝凸點(diǎn)，從而保證組件裝配和焊接時(shí)葉片位置能夠最大程度的接近于理論位置。隨著配合間隙要求的設(shè)計(jì)更改，以及工藝上更好的實(shí)現(xiàn)定位和受力方式的要求，工藝凸點(diǎn)的位置和高度也進(jìn)行了調(diào)整。
2.2焊接后機(jī)加難點(diǎn)分析和主要工藝
在機(jī)匣焊接為整體后，需機(jī)加去除各零件所留余量，加工至最終尺寸，為噴涂做好準(zhǔn)備。這部分工藝內(nèi)容的難點(diǎn)主要是組件加工后容易發(fā)生橢圓變形，以及保證機(jī)匣和內(nèi)環(huán)軸向尺寸關(guān)系并同時(shí)保證單件尺寸要求。由于渦輪機(jī)匣組件是一個(gè)較為復(fù)雜的高溫合金薄壁焊接件，在經(jīng)過多種焊接工藝后，薄壁處存在較大應(yīng)力，材料機(jī)加工藝性能不好，在加工中產(chǎn)生的抗力較大，組件加工時(shí)易產(chǎn)生受力變形。對最終各處跳動(dòng)量影響較大。在最終設(shè)計(jì)要求中多處對基準(zhǔn)A、B的跳動(dòng)要求易超差。在研制過程中，針對組件加工后容易橢圓變形的問題，首先逐步對各工序加工受力變形情況進(jìn)行了摸索，通過分析以往超差項(xiàng)目，綜合各種情況后，對工藝流程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，避免精加工要素的跳動(dòng)量受后續(xù)加工的影響，并進(jìn)一步對各工序裝夾系統(tǒng)及加工參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。
2.3噴涂和渦輪分瓣外環(huán)難點(diǎn)分析和裝配工藝
組件的噴涂工序安排在渦輪分瓣外環(huán)的裝配工序之前進(jìn)行，避免在噴涂過程中對渦輪分瓣外環(huán)的石墨涂層造成不利影響。在噴涂過程中出現(xiàn)的主要問題是組件在裝夾和受熱條件下，仍會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致加工基準(zhǔn)A，B橢圓變形，對后續(xù)加工中保證各涂層對基準(zhǔn)的跳動(dòng)要求造成影響。通過與噴涂承制單位的分析和研究，先后改進(jìn)了噴涂以及噴涂后加工的工裝，調(diào)整了噴涂加工的參數(shù)，兩次調(diào)整了余量分配，使發(fā)生基準(zhǔn)變形的情況和產(chǎn)生的變形量減少，最終在精加工后涂層對基準(zhǔn)的跳動(dòng)達(dá)到較好效果。
2.4噴涂后機(jī)加難點(diǎn)分析和主要工藝
噴涂后需對各涂層進(jìn)行最終機(jī)加，主要的難點(diǎn)在于如何避免裝夾時(shí)造成零件變形，以及在加工基準(zhǔn)存有輕微橢圓變形后對基準(zhǔn)進(jìn)行矯正。通過選用合理的裝夾定位方式，目前已經(jīng)保證了零件基準(zhǔn)在加工時(shí)不會(huì)受力變形。
3結(jié)束語
