前盖焊接工艺与焊接质量气密性检验工装设计模板.doc

1 绪论1.1 设计目标和意义导弹武器系统最终目标是有效摧毁目标或使目标丧失作战能力。战斗部则是导弹武器系统中直接完成作战使命部分，是导弹唯一有效载荷，所以，战斗部终点毁伤效应对整个导弹武器系统作战效能至关关键2。就防空反导导弹武器系统而言，怎样对敌方作战飞机和来袭导弹等空中目标形成高效毁伤是这类武器中战斗部研究方向3。在现代高技术战争中，首选方案就是对目标实施空中打击。从海湾战争以来几次局部战争中能够看出，利用对陆攻击正确制导武器进行远程纵深正确打击是美国等西方国家作战关键形式4。对陆打击武器既能够有效打击敌方纵深指挥控制中心、机场、防空阵地、桥梁、集群坦克、炮兵阵地等军事设施，也能够打击转入地下指挥、控制、通讯设施等含相关键战略价值目标5。战斗部是武器(导弹或炸弹)最终起作用部件，假如没有有效战斗部，即使打得很准，其效能也会大打折扣。它直接用于摧毁、杀伤目标，完成战斗使命6。所以，欧美国家十分重视对陆攻击正确制导武器战斗部发展，多种战斗部技术发展使得对陆攻击正确制导武器不仅能够有效摧毁地面目标，也能够有效摧毁地下目标7。导弹前盖就是用来封盖装弹药壳体和连接导流罩连接体。所以其存在也是必需，导弹前盖研究关键方向应为其材料比重，前盖本身焊接气密性。铝合金是工业中应用较为广泛一类有色金属结构材料，有质量轻，易加工，机械性能好等特点。在航空航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用8。尤其是近些年来科学技术及工业经济快速发展，对铝合金焊接构件需求日益增多，使铝合金焊接性研究日益深入。铝合金广泛应用促进了铝合金焊接技术发展，同时焊接技术发展又拓展了铝合金应用领域，所以，铝合金焊接问题正成为现今焊接技术研究热点之一9。和钢焊接相比，铝合金焊接有其复杂焊接特征：高热导率和导电性、高凝固速率、一般焊接时表面易形成氧化层、轻易形成气孔及较大凝固温度范围10。而现在铝合金焊接方法中，熔化极氩弧焊(MIG焊)自动化焊接含有高生产率和很好适应性，和对表面母材氧化膜有阴极雾化处理作用，在铝合金焊接中得到广泛应用11。1.2 中国外中国外焊接发展现实状况及前景1.2.1 焊接发展现实状况中国焊接起步较晚，五六十年代中国关键企业大型焊接装备大部分从原苏联引进。部分由使用厂自行设计制造。到了70年代，中国陆续组建一批专门生产焊接装备制造厂，如上海、成全部相继成立了成套焊接设备厂，“六五”期间，原机械工业部拨专款将长春第二机床厂改建成中国第一家俱有批量生产能力，制造专用摩擦焊机和焊接装备长春焊机制造厂。进入80年代，伴随中国焊接装备需求量增加，各地相继建立了多家中小型成套焊接装备生产厂企业。迄今为止，中国已经有10多家焊接装备生产企业，一些企业已含有相当大规模，已实现焊接装备批量生产。比如无锡阳通机械设备，销售总额达1.2亿元，创历史最高统计，列同行业前茅，估计总产量可达1.8亿元。在发展早期，中国生产焊接装备大多是较简单焊接操作机、滚轮架、变位机、翻转机和回转平台等，成套性较差，自动化程度低。焊接操作机和配套设备基础上不能联动控制，用户必需自行改造。进入80年代以后，因为国外优异成套焊接设备大量引进，促进国产焊接装备不管在成套性和自动化程度，还是设备精度和制造质量方面全部有不一样程度提升。现在已能生产6m6m以上大型立柱横梁埋弧焊或窄间隙埋弧焊操作机，400t重型滚轮架及重型、轻型自动防窜滚轮架(防窜精度为 1.5mm)，100t大型变位机和大、中型翻转机等。批量生产H型钢和箱形梁焊接生产线和多种类型按用户需要定制专用成套焊接设备，并大量采取交流电机变频调速技术、PLC控制技术、伺服驱动及数控系统，焊接装备自动化程度有了很大提升，一些操作机还配置了焊缝自动跟踪系统和工业电视监控系统。但从整体水平来说，和优异国家同行业相比，还有较大差距。在中国对铝合金脉冲焊接电弧研究很多，但研究方向集中于研究电弧稳定性，对电弧形态研究比较少。学者丁伟、侯启孝等对SA1SiS和SAlMg5两种铝合金焊丝熔化特征和不一样电源外特征对脉冲MIG焊电弧稳定性影响进行了分析，试验结果表明，平外特征焊接铝合金板材时电弧不稳定，焊丝干伸长部分常常忽然烧断，而用垂直加外拖电源时，电压呈有规律周期性改变，电弧比较稳定12。 在薄板铝合金变极性脉冲熔化极惰性气体保护焊中，采取全桥高压脉冲双向稳弧方法，经过调压器改变高压稳弧脉冲电压值，研究了铝合金VPPMIG焊电弧再引燃和稳弧脉冲电压关系。结果表明，铝合金VP-PMIG焊中，在小基值电流过零时，稳弧脉冲电压对电流过零稳定性影响比基值电流影响大13。杭争翔、殷树言等在高速摄像基础上，研究了AC-PMIG焊接铝合金电弧形态。电弧EN极性时，电弧达成115倍焊丝直径高度，焊丝端被电弧阴极斑点包围且展现亮区，弧展现经典钟罩形烁亮区14。能够实现稳定焊接过程。最近，在世界工业发达国家，现代焊接装备发展速度十分惊人，在英、美、德、法、意和日本等国全部有相当规模、开发能力很强焊接装备生产企业。第十五届世界焊接和切割博览会上参展焊接装备厂商近百家。近期生产自动化焊接装备设备精度和制造质量已靠近现代金属切削机床。最值得注意是，大多数焊接装备采取了最优异自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等。广泛采取焊接机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、柔性制造系统和集成制造系统。早在80年代，国外焊接装备已向大型化和精密化发展。现在国外生产重型焊接滚轮架最大承载能力达1600t，自动防窜滚轮架最大承载能力达800t，采取PLC和高精度位移传感器控制，防窜精度为 。变位机最大承载能力达400t，转矩可达450000Nm。框架式焊接翻转机和头尾架翻转机最大承载能力达160t。焊接回转平台最大承载能力达500t。立柱横梁操作机和门架式操作机最大行程达12m。龙门架操作机最大规格为8m8m。国外很多学者认为，对于脉冲焊接来说，通常首先要实现喷射过渡从而得到一系列脉冲参数。文件15基于高速摄影基础上进行高强度铝合金双丝MIG焊接，从而得到了不一样焊接参数下不一样熔滴过渡形式，实现了tandem MIG焊接一脉一滴协同控制16。因为现在对于一脉多滴过渡形式研究较少，P.K.Ghosh经过试验对此进行了研究。在Al-Mg合金脉冲MIG一脉多滴过程中，熔滴尺寸比较小，通常在脉冲电流条件下产生熔滴脱离焊丝进入熔池现象，假如选择较长高基值电流，熔滴脱离过程也可能发生在基值电流时间。P.K.Ghosh等建立了一个数学模型用来分析Al-Mg合金P-MIG焊接过程中熔滴过渡行为，在不一样和Im条件下，能够依据该数学模型算出每一个脉冲过程中过渡熔滴大小和数量，不过该数学模型是否能够完全适用，需进行大量试验来考证17。1.2.2 焊接发展前景今天，焊接数值模拟技术正进入到焊接过程模拟耦合集成阶段，它能够处理现在难度较大专用特征问题，包含处理特种焊接变形及工艺优化问题。现在，中国已经形成了一批较成熟准商品化软件，但和发达国家相比，有较大差距。所以，应尽可能以国外成熟商业软件为基础，将改善提升和普及应用相结合，加紧数值模拟软件开发；要在工厂及科研单位普及这项技术，使之成为优化工艺设计、科技攻关和技术创新关键手段；要重视和物理模拟和测试技术配合使用，提升数值模拟精度和速度；要加强焊接数值模拟基础理论及缺点形成原理研究；要多渠道集资，支持数值模拟研究工作18。另外，中国现在研究工作，有部分已靠近或达成国际优异水平，应瞄准目标，集中优势力量，争取做出更大成绩。焊接变形数值模拟和理论估计在研究和设计领域已得到了广泛应用，它为处理焊接残余应力和变形这一难题带来了新思绪和新方法，但仍存在很多问题19。首先，在建立科学而正确物理模型方面还需要做大量基础性研究工作，其对应模拟技术和检测技术也有待于向更为正确方向发展。其最关键问题是在高温时对材料性能认识还很不足，给数值模拟带来了不少困难，所以必需建立对应材料特征数据库；其次，因为焊接应力场计算是属于包含相变、塑性、非线性等多方面原因影响热弹塑性问题，尤其是焊后冷却过程中发生相变体积膨胀，严重影响残余应力分布20。所以，在相关焊接残余应力数值分析中应该充足考虑到相变作用影响；再次，因为计算过程复杂，步骤很多，造成了较大累积误差，难以确保精度。但数值模拟研究结果已使大家对复杂焊接物理现象本质和规律和焊接变形发展有了深入了解，伴随计算机硬件环境不停提升，软件技术和数值模拟方法改善，将大型复杂结构焊接残余应力和变形数值模拟估计技术全方面利用于实际生产，并用来指导设计，制订和优化焊接工艺愿望，相信在未来技术高速发展和大家对焊接变形过程认知深入深入焊接变形数值模拟技术必将含有宽广应用前景。2 零件工艺分析及生产类型确实定2.1 零件作用该零件是某型号导弹战斗部前盖，它在战斗部顶端，是战斗部关键保护部件，预防沙尘、水汽和多种腐蚀性物质进入，及避免多种人为原因对战斗部造成损坏，确保战斗部正常工作及和其它部件连接。2.2 零件工艺分析零件视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全，整体形状为桶盖形状。要求仅为焊接质量要求，和焊接后气密性检验，应该说该零件工艺性很好。2.3 零件生产类型因为该零件年产量为30000件，已经将备品率考虑进去了，所以结合生产实际，废品率取1，代入公式得该零件生产量为N=Q(1+1)=30000(1+1)=30300件年零件是火箭前盖，属轻型零件，生产类型为大批量生产。3 选择焊接方法、确定焊接参数及焊接质量检验方法3.1 选择焊接方法3.1.1 铝合金焊接加工特征21铝合金含有优异物理特征和力学性；密度低、比强度高、热导率高、电导耐蚀能力强，已广泛应用于机械、电工、轻工、航空、航天、铁道、舰船、工业内焊接结构产品上，比如飞机、火箭、导弹、高速铁道机车和车辆、艺船和双体船、鱼雷和鱼雷快艇、轻型自行车和赛车、大小化工容器、空调交换器、雷达天线、微波器件等，全部铝及铝合金材料、制成了多种熔焊、钎焊结构。1) 铝物理特征及焊接工艺特点 铝多和其它金属不一样物理特征，如表1-1所表示，由此造成铝及铝合金含有和其它同焊接工艺特点。 铝在空气中及焊接时极易氧化，生成氧化铝（AL2O3)熔点高、很稳定、能吸潮、不易去除，可妨碍焊接及钎焊过程进行，可在焊接或钎焊接头内生成气孔、夹杂、未融合、未焊透等缺点，需在焊接及钎焊前对其进行严格表面清理，清除其表面氧化膜，凄及钎焊过程中继续预防其氧化或清除其新生氧化物。铝比热容、电导率、热导率比钢大，焊接时热输入将向母材快速流失，所以，熔焊时需采取高度集中热源，电阻焊时需采取特大功率电源。铝线膨胀系数比钢大，焊接时焊件变形趋势较大。所以，需采取预防焊接变形方法铝对光、热反射能力较强，熔化前无显著色泽改变，人工操作熔焊及钎焊作业时会感到判定困难。现代焊接技术发展促进了铝及铝合金焊接技术进步。可焊接铝合金材料范围扩大了，现在不仅掌握了热处理不可强化铝及铝合金焊接技术，而且已经能处理热处理强化高强度硬铝合金焊接时多种难题；适适用于铝及铝合金焊接方法增多了，现在不仅掌握了传统熔焊、电阻点、缝焊、钎剂钎焊方法、而且开发并推广应用了脉冲氩(氦)弧焊、极性参数不对称方波交流钨极氩弧焊及等离子弧焊、真空电子束焊、真空及气保护钎焊及扩散焊等。铝及铝合金焊接结构生产已不限于传统航空、航天等国防军工行业，现在它已经扩散到多个民用工业及和人民群众生活亲密相关家电及日用具生产中。表1-1 铝物理特征 (2)铝及铝合金牌号、成份及性能 铝及铝合金按成材方法可分为变形铝及铝合金和铸造铝合金。按合金化系列，铝及铝合金可分为1系(工业纯铝)、2系(铝一铜)、3系(铝一锰)、4系(铝一硅)、5(铝镁)、6系(铝镁硅)、7系(铝一锌镁铜)、8系(其它)等八类合金。按强化方法，可分为热处理不可强化铝及铝合金及热处理强化铝合金。前者仅可变形强化，后者既可热处理强化，亦可变形强化。国家标准GBT3 1 90一1 996及GBT3880I 997、GBT11 731 995分别要求了变形铝合金牌号、化学成份、力学性能和铸造铝合金牌号及化学成份。(3) 铝及铝合金对多种焊接方法适应性几乎多种焊接方法均可用于焊接铝及铝合金，不过，铝及铝合金对多种焊接方法适应性不一样，多种焊接方法有其各自应用场所。3.1.2 铝合金焊接方法22选择焊接方法时，应考虑产品结构特点、制造工艺需求、焊件厚度、铝合金类别、牌号及其焊接性、对焊接接头质量及性能要求、和用户单位物质、技术、经济等多方面条件。多种焊接方法特点可简述以下：1)熔焊氧燃气火焰气焊 此法热效率低，焊接热输入不集中，焊接时需采取焊剂，焊接后需清除焊剂残渣，接头质量及性能不高，所以，不甚适合焊接铝尤其是热处理强化铝合金，此法应用较少，但因设备简单、无需电源及氩气，使用方便。所以，有时仍用于焊接质量要求不高铝焊件或补焊铝铸件。碳极电弧焊 此法以碳棒或石墨棒作电极，在电极和焊件间产生电弧，焊接热输入比氧燃气火焰气焊较为集中，但仍需采取焊剂，焊后仍需清除焊剂残渣，此法不甚适合焊铝，应用较少，但其设备简单，使用方便，有时仍用于物质条件较差，对焊接质量要求不高焊件生产中。药皮焊条电弧焊 此法焊接热输入较为集中，但需药皮焊条、药皮易吸潮、焊后仍需清除残余焊渣。此法亦不甚适合焊铝，但有时可用于补焊铝合金铸件。钨极气体保护电弧焊(TIG) 钨极气体保护电弧焊是应用最为广泛铝及铝合金熔焊方法之一。此法在近代发展很快，已经深化和完善。钨极交流氩弧焊(TIGAC)此法电弧稳定，熔池保护好，电弧有阴极清理作用，能在焊接过程中清除氧化膜，无需配用焊剂，无需焊后清除熔渣，可焊接薄件，焊接质量及接头性能好。但此法深熔能力弱，零件不开坡口单层焊时，其适焊厚度通常为1O30mm，厚度增大时，需开坡口实施多层焊、生产效率低。钨极直流氦弧焊(TIG DC)此法采取氮气保护和直流正接(DCSP)，电弧无阴极清洗作用，但氦弧发烧及母材受热大，可短弧深熔，可焊接厚件、焊接效率高、母材热影响轻微，零件不开坡口实施单层焊时，其适焊厚度达1 2mm；零件不开坡口实施双面焊时，其适焊厚度可达20mm；即使开坡口，坡口亦可显著减小。此法尤其适于焊接厚件及对热敏感热处理强化铝合金结构。氩氦混合钨极气体保护电弧焊 氩及氦各有优缺点，工程上常采取Ar+He混合保，可增大氩弧焊深熔能力、可改善氦弧焊起弧特征、节省氦弧焊时氦气消耗、降低成本。钨极脉冲氩弧焊(TIG-p) 此法焊接电流由基值电流(恒定小电流)和脉冲电流（脉冲大电流)组合而成，焊接薄件时，电弧更为稳定，可调参数增多，便于焊接热循环调整和控制，零件适焊厚度范围增大，焊接变形减小，母材热影响区变窄，它尤其适于薄型零件焊接、全位置焊接、对热敏感热处理强化铝合余焊接。按其频率高低、此法又可分为低频脉冲钨极氩弧焊(f=110Hz)、高频脉冲钨极氩弧焊(125kHz)，后者电弧挺度大、热输入集中、电弧熔透能力强，熔深不随电弧长度改变而改变，不过，后者电弧过程伴有尖锐噪声，可能影响操作人员情绪。熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG)熔化极惰性气体保护电弧焊也是应用最为广泛铝及铝合金熔焊方法之一。此法在近代发展也很快、已不停深化和完善。熔化极氩弧焊 采取直流反接，电弧有阴极清理作用，可使用比钨极氩弧焊更大焊接电流，电弧功率大，焊接效率高，生产效率比手工钨极氩弧焊提升23倍。零件不开坡口时，对接焊零件厚度范围为26mm，零件开剖口时，零件适焊最大厚度可达5060mm。因为熔化极氩弧焊属熔滴过渡过程，不如钨极氩弧焊过程那样安宁和稳定，其焊缝金属生成气孔敏感性较高。熔化极氦弧焊 氦气作为MIG焊保护气体可短弧深熔，增大适焊厚度，但氦气价格昂贵，且流量消耗较大。氩氦混合熔化极气体保护电弧焊 此法对氩及氦扬长避短，既可增大深熔能力，又可节省氦气。熔化极脉冲惰性气体保护电弧焊 此法焊接电流平均值较小，参数调整范围广，有利于预防焊缝气孔、减小母材热影响、减小焊接变形、适于薄件焊接及全位置焊接。惰性气体保护电弧点焊 当不可能从连接部位两面安排电极实施接触电阻点焊时，即可对连接部位实施单面钨极(或熔化极)氩(或氦)弧点焊。因为定点起弧及熄弧，电弧点焊过程极短，极易出现熔深不足，造成焊点关键小，或出现焊缝气孔及裂纹。此法有时符合结构工艺需要，但技术难度较大。等离子弧焊(PLW) 等离子弧焊利用压缩电弧，弧温高，能量密度大，穿透力强，加热范围小，焊接效率高，焊接变形小，适适用于焊接厚壁零件及对热敏感热处理强化铝合金结构及缺点补焊。近代等离子弧焊发展很快，已出现多个方案，焊接电源可为直流或交流，焊缝成形方法有小孔型及熔透型。变极性等离子弧焊(VPPA) 此法以交流等离子弧焊法为基础，采取交流方波电源，可对正反极性两半波参数(电流幅值及其连续时间)实施不对称调整：反极性半波时，电流幅值大、连续时间短，既可确保足够阴极清理作用，又可减轻钨极烧损；正极性半波时，电流幅值小，连续时间长，母材受热大，可确保深熔。用此法进行平焊时，单层适焊厚度达6mm；用此法进行立焊时，单层适焊厚度可达25mm。变极性等离子弧立焊铝合金时，零件无需开坡口，节省了零件焊前制备时间；焊道窄，焊接变形小；有利于排除焊缝中夹气和夹杂物，可取得无缺点焊缝。真空电子束焊(EBW)这是一个高能束精密焊接法，通常在整体式固定真空室内进行，室内真空度通常不低于13 31 O_2Pa。EBW能量密度高，熔透能力强。母材无需坡口，单层焊可熔透最大厚度达1 50mm。焊缝成形窄而深，焊接速度高，母材热影响区窄。不过焊接设备投资大，焊件尺寸受真空室尺寸限制。还有一个组合式真空室内进行铝合金大型构件真空电子束焊接方法。此种真空室底部开口，其内或其上安装电子枪，将此种开口真空室搬运到大尺寸构件上，其内空间将包容焊件焊接部位(纵缝或环缝)及其邻近区域，用真空静密封、真空动密封技术使开口真空室和构件组合成一个“临时”密封真空室。真空电子束焊接后，即可撤去密封，撤离开口真空室。这种真空电子束焊接方法适适用于大尺寸构件，设备可自行设计制造。激光焊(LW) 激光焊也是一个高能束焊接方法，但无需在真空室内进行，仅需用惰性气体保护焊接部位。激光焊能量密度高，深熔能力强，焊接速度高，焊件变形小，是一个使用方便、优质高效焊接方法。不过，铝材对激光反射率高(90左右)，焊接时需大功率激光器，或需在铝材表面上施加特殊表面材料，以减小反射率，提升吸收率。现在，铝及铝合金激光焊技术正在研究发展中。电阻点(缝)焊 铝及铝合金能适应电阻点(缝)焊，但其导电性及导热性好，焊接时需大功率电源，通常只用于点(缝)焊厚度为4mm以下铝材薄件，部分大功率点焊机可用以点焊厚达7mm铝材。点焊过程连续时间短，过程中伴有锻压，对母材热影响小，适于焊接包含硬铝合金在内多种铝及铝合金。电阻点(缝)焊设备投资大、耗电量大，多用于航空、航天、汽车、车辆等铝材结构焊接生产中。2)固态焊 固态焊是焊接时不加热、母材呈冷态，或焊接时加热至母材不熔化但已发生塑性变形状态下实现固态结合焊接过程。电阻对焊 电阻对焊是一个对电阻加热至高温塑性状态下零件加压顶锻而实现其连接固态焊接方法。因为铝材电导率高，且氧化膜在对焊过程中不易去除，铝材电阻对焊应用较少，但电阻加热闪光对焊方法可使铝材对接表层熔化、挤出并随即使铝材发生高温塑性变形而实现锻焊连接，此法尤其适于焊接厚大截面铝合金棒材、板材及型材，但需要大功率焊接电源。冷压焊 冷压焊是在冷态下借助压力使待焊金属产生塑性变形而实现连接固态焊接方法。因为塑性变形可破碎和排出连接部位界面上氧化膜，所以可焊接延展性良好铝及铝合金。焊接时无需加热，对母材无热影响，但其应用范围受到焊件结构形式、接头形式及结构尺寸限制。超声焊 这是一个利用超声(频率超出16kHz)机械振动能量转变为零件间摩擦功、形变能及有限升温而实现连接固态焊接方法，尤其适适用于焊接由高热导率及电导率铝及铝合金制成小型器件。扩散焊 这是一个经过加热和加压使两铝材相互接触，经过微观塑性变形或经过界面产生微量液相而扩大接触，再经长时原子相互扩散而实现冶金结合焊接方法。在预先以完善表面清理方法根本清除铝材表面氧化膜基础上，使焊接过程中再生氧化膜破碎，以复合形态被挤出接头外。现在铝材扩散焊技术仍在研究发展中。3)钎焊 钎焊是加热零件至钎焊温度，但母材不熔化，仅钎料熔化并在母材表面润湿、铺展、填充毛细间隙和母材发生相互作用而实现连接过程。使用液相线温度低于450钎料钎焊过程称为软钎焊，高于450者称为硬钎焊。因为铝材表面氧化膜极易生长且极难去除，所以，有些钎焊方法需配用钎剂，有些钎焊方法已无需配用钎剂。前者为火焰钎焊、浸渍钎焊、空气炉中钎焊，后者如超声钎焊、刮擦钎焊、气保护炉中钎焊、真空炉中钎焊。火焰钎焊 火焰钎焊热源为氧燃气火焰。燃气种类很多，对铝及铝合金来说，可供选择适用燃气有乙炔、天然气、氢气。铝及铝合金火焰钎焊时必需配用钎剂，钎焊后通常需清理钎剂残渣。因为铝及铝合金加热过程中无颜色改变，手工火焰钎焊时不易掌握钎焊加热温度，操作技术难度较大。浸渍钎焊 这是一个将组装有钎料待钎焊件浸入熔融钎剂槽中加热和钎焊方法。此法加热快速，钎焊过程中零件不再发生氧化，钎焊变形小，钎焊质量好，铝合金结构钎焊生产率高。此法仅适于连续作业大批量生产，浸渍钎焊后需清理残留钎剂及钎剂残渣，现场及其周围环境有严重腐蚀及污染。空气炉中钎焊 空气炉中钎焊铝合金时必需配用钎剂，用腐蚀性钎剂钎焊后需清除钎剂残渣。气保护炉中钎焊 气保护炉中钎焊铝及铝合金制件时，如采取惰性气氛保护，则钎焊前需对连接表面进行根本清洗，炉内气氛先需置换然后连续通吹，制造成本高；如采取氮气保护，即需采取无腐蚀性钎剂。此法较为适用、高效，已获推广应用。刮擦钎焊 这是一个无需配用钎剂软钎焊铝及铝合金组件方法。刮擦钎焊时，钎料在加热组件表面刮擦、熔化，即完成软钎焊过程。此法限于手工操作，通常见于小型简单组件钎焊。真空炉中钎焊 这是一个无需配用钎剂炉中钎焊方法。真空钎焊时，炉中真空度通常不低于1331 O-2Pa。对铝及铝合金来说，仅有此种真空加热条件，尚难顺利发生钎焊过程。不过，采取金属镁作为活化剂等一系列工艺方法已使铝及铝合金真空钎焊技术走向广泛实用。3.1.3 焊接方法确实定综合上述焊接方法:1、固态焊是焊接时不加热、母材呈冷态，或焊接时加热至母材不熔化但已发生塑性变形状态下实现固态结合焊接过程。2、钎焊是加热零件至钎焊温度，但母材不熔化，仅钎料熔化并在母材表面润湿、铺展、填充毛细间隙和母材发生相互作用而实现连接过程。使用液相线温度低于450钎料钎焊过程称为软钎焊，高于450者称为硬钎焊。因为铝材表面氧化膜极易生长且极难去除，所以，有些钎焊方法需配用钎剂，有些钎焊方法已无需配用钎剂。所以结合零件形状，尺寸，焊接要求，选择熔焊。再从熔焊中选择钨极交流氩弧焊(TIGAC)此法电弧稳定，熔池保护好，电弧有阴极清理作用，能在焊接过程中清除氧化膜，无需配用焊剂，无需焊后清除熔渣，可焊接薄件，焊接质量及接头性能好。但此法深熔能力弱，零件不开坡口单层焊时，其适焊厚度通常为1O30mm，厚度增大时，需开坡口实施多层焊、生产效率低。3.2 焊接参数确实定3.2.1 焊接保护气体气体保护下焊接铝及铝合金时，只能采取惰性气体，即氩气或氦气。惰性气体纯度(体积分数)通常应大于998，其内含氮量应小于O04，含氧量应小于O03，含水量应小于O07。当含氮量超标时，焊缝表面上会产生淡黄色或草绿色化合物氮化镁及气孔。当含氧量超标时，在熔池表面上可发觉密集黑点、电弧不稳、飞溅较大。含水量超标时，熔池将沸腾、焊缝内生成气孔20。航空航天工业用惰性气体纯度通常应大于999。氩和氦虽同为惰性气体，但其物理特征各异，见表12 。表12 惰性气体物理特征由表1-2可见，氦密度、电离电位及其它物理参数均比氩高，所以，氦弧发烧大、利于熔焊时深熔，但消耗量大，更稀贵。选择氩气为保护气体。3.2.2 焊接电极电极 钨极氩弧焊时用电极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨，其成份和特点如表13所表示。表13 钨极成份及特点纯钨极熔点及沸点高，不易熔化及挥发，电极烧损及对铝污染较小，但接收铝污染，且电子发射能力较差。钍钨极电子发射能力强，电弧较稳定但钍元素含有一定放射性，不推荐广泛使用。铈钨极电子逸出功低，易于引弧，化学稳定性高，许可电流密度大，无放射性，已广泛推广。锆钨极不易污染基体金属，电极端易保持半球形，适于交流氩弧焊。钨极许用电流范围如表14所表示。表1-4 钨极许用电流范围3.2.3 焊接焊剂在气焊、碳弧焊过程中熔化金属表面轻易氧化，生成一层氧化膜。氧化膜存在会造成焊缝产生夹杂物，并妨碍基体金属和填充金属熔合。为确保焊接质量，需要焊剂去除氧化膜及其它杂质。气焊、碳弧焊用焊剂是多种钾、钠、锂、钙等元素氯化物和氟化物粉末混合物。表1-5列出了气焊、碳弧焊常见焊剂配方。表1-5 气焊用焊剂用气焊、碳弧焊方法焊接角接、搭接等接头时，往往不能完全清除掉留在焊件上熔渣。在这种情况下，提议选择表1-5中第8号焊剂。铝镁合金用焊剂，不宜含有钠组成物，通常可选择第9、10号焊剂。3.2.4 接头设计 设计焊接结构时，应充、分考虑其制造工艺性：焊缝分布应合理，施焊操作时可达性要好，焊接后要便于实施焊、接质量试验，关键焊缝要便于实施X射线检验。接头设计时，应尽可能采取对接或锁底对接形式。当材料及焊接接头断裂韧度较低，承受拉伸载荷(或动载荷)较大，结构刚性较强或零件厚度差大时，则只应采取对接形式，不宜采取搭接、T形接、角接、锁底对接形式，因为在这些接头内应力集中或较严重，承载能力低；或难以实施X射线摄影检验，或采取熔剂焊接后难以完全清除残余熔渣。假如碰到图1-4a中非对接接头形式，宜改为图1-4b中所表示接接头形式，当确已无法避免非对接接头形式时，可将其安置在承载不大、不太关键，无需X射线摄影检验结构部位。1-4焊接接头形式a、非对接接头b、对接接头设计焊接接头形式及其基础尺寸时，可参考中国外相关标准或手册资料内数据，但尚需征求制造厂工艺人员意见和提议，必需时需进行工艺评定试验，以验证资料上信息数据是否适合实际结构和焊接工艺具体条件。3.2.5 焊接工装及焊接装备焊接参数确实定23待焊接两个零件分别为一个盖状件和一个顶柱。所以我提出两个加紧方法，分别以下图所表示： a、 从盖体上部往下压进行夹紧b、 从盖体两侧进行加紧对上述两种夹紧方法进行筛选，a用两个直板分别从两侧往下压，能让盖体和顶柱水平接触，确保焊接时二者接触，不会有间隙。b从两次进行加紧时，不能确定和顶住接触没有，此夹紧方法有缺点。综上：选择图a夹紧工装。选择焊接参数表1-5交流TUG自动氩弧焊工艺参数焊件厚度/mm焊接层次钨极直径/mm焊丝直径/mm喷嘴孔径/mm氩气流量/(L/mm)焊接电流/A送丝速度/(m/h)111.521.681056120160-2131.62810121418022065703124210141418220240657041252310141418240280707552523121616202803207075682356314181824280320758081223634141818242803208085选择氩弧焊机（TIG-WP-300）依据零件厚度要求3mm，选择焊接层次为1次，钨极直径4mm，喷嘴直径12mm，氩气流量14L/mm，焊接电流220240A。未选择焊丝，故没有焊丝直径及送丝速度。3.3 焊接质量检验焊接完成后首优异行外观检验观察焊接表面是否有气孔、黑点和焊接表面纹路是否均匀。此检验过程可经过目测完成。检验焊接质量，检验焊接完成后焊件能否承受足够拉伸。拉伸拘束裂纹试验法(TRC) 拉伸拘束裂纹试验(Tensile Restraint Cracking Test)简称TRC试验，是一个大型定量评定冷裂纹试验方法。试验机整套装置包含拉力机、自动送进焊条机、应变仪、传感器和自动统计仪等。TRC试验机简图图1-6所表示。 1-6 TRC试验机简图 TRC试验基础原理是采取恒定载荷来模拟焊接接头所承受平均拘束应力。当试件焊接以后，冷却到某一温度(通常低合金钢为1 50I 000C)施加一拉伸载荷，并保持恒载，通常保持24h，假如不裂，则增加试验过程中恒载，直至产生裂纹或断裂，统计启裂或断裂时间。对应一定时间产生裂纹或断裂应力，即为对应该断裂时间临界应力。TRC试验和插销试验一样，能够定量地分析被焊钢(碳钢和低合金高强钢等)产生冷裂纹多种原因，如化学成份、焊缝含氢量、拘束应力、预热、后热及焊接工艺参数等。能够测定出对应条件下产生焊接冷裂纹临界应力。大吨位TRC试验机可对厚板多层焊冷裂纹敏感性进行测试。4 焊接工艺路线制订4.1 焊前准备4.1.1 焊前清理 铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺和接头质量，如焊缝气孔产生倾向和力学性能等。常采取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，适适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产工件。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40705%10%NaOH溶液碱洗3 min7 min（纯铝时间稍长但不超出20 min），流动清水冲洗，接着用室温至6030%HNO3溶液酸洗1 min3 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，常采取机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随即直接用直径为015 mm02 mm铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。通常不宜用砂轮或一般砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺点。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，尤其是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染环境中，氧化膜成长得愈加快。所以，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前存放时间应尽可能缩短，在气候潮湿情况下，通常应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长（如超出24 h）应该重新处理。4.1.2 垫板 铝及铝合金在高温时强度很低，液态铝流动性能好，在焊接时焊缝金属轻易产生下塌现象。为了确保焊透而又不致塌陷，焊接时常采取垫板来托住熔池及周围金属。垫板可采取石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。垫板表面开一个圆弧形槽，以确保焊缝反面成型。也能够不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等优异工艺方法。4.1.3 焊前预热 薄、小铝件通常不用预热，厚度10 mm15 mm时可进行焊前预热，依据不一样类型铝合金预热温度可为100200，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、降低气孔等缺点。4.2 焊后处理4.2.1 焊后清理 焊后留在焊缝及周围残余焊剂和焊渣等会破坏铝表面钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理洁净。形状简单、要求通常工件能够用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而形状复杂铝件，在热水中用硬毛刷刷洗后，再在6080左右、浓度为2%3%铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5 min10 min，并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。4.2.2 焊后热处理 铝容器通常焊后不要求热处理。假如所用铝材在容器接触介质条件下确有显著应力腐蚀敏感性，需要经过焊后热处理以消除较高焊接应力，来使容器上应力降低到产生应力腐蚀开裂临界应力以下，这时应由容器设计文件提出尤其要求，才进行焊后消除应力热处理。如需焊后退火热处理，对于纯铝、5052、5086、5154、5454、5A02、5A03、5A06等，推荐温度为345；对于、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推荐温度为415；对于、2A11、6A02等，推荐温度为360，依据工件大小和要求，退火温度可正向或负向各调2030，保温时间可在05 h2 h之间。4.3 焊接工艺工序05：从零件周转箱中取出待焊接顶住和前盖。工序10：对取出来焊件进行表面清理，依次处理步骤：拿出工件用油刷刷上汽油，把工件放在塑料盆中用碱水冲洗，放在塑料盆中用自来水冲洗，对带焊接顶柱表面进行中和光化，放在自来水中进行涮洗，用烘干机对进行完表面处理前盖及顶住烘干。工序15：外观检验，观察表面处理完后零件是否达成要求，及准备焊接状态是否达成要求。工序20：对已经准备好焊接零件进行焊接，根据设计装夹方法装夹零件，开始焊接，焊接参数：焊接层数：1 （意思为焊接1次完成）焊接电流/A：220240钨极直径/mm：4 喷嘴直径/mm：12氩气流量/（L/min）：14。无焊丝，故此无焊丝直径和进丝速度。工序25：进行焊接质量检验，首优异行外观检验观察是否有气孔、观察是否有黑点、观察焊接表面纹路是否均匀。检验焊接后要求检验垂直度要求，利用设计密封性检验工装检验气密性，若上述检验有不合格，能够而且只能进行一次补焊，若进行2次补焊，零件毁坏。工序30；包装下转，把焊接好检验合格零件打好印记，每5个一组，10组为一箱放入周转箱中。5 气密性工装设计5.1 检验气密性意义气密性试验关键是检验容器各联接部位是否有泄漏现象。介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不许可有微量泄漏压力容器，必需进行气密性试验。压力容器应按以下要求进行气密性试验：（1） 气密性试验应在液压试验合格后进行。对设计要求作气压试验压力容器，气密性试验可和气压试验同时进行，试验压力应为气压试验压力。 （2） 碳素钢和低合金钢制成压力容器，其试验用气体温度应不低于5其它材料制成压力容器按设计图样要求。（3）气密性试验所用气体，应为干燥、清洁空气、氮气或其它惰性气体。 （4）进行气密性试验时，安全附件应安装齐全。（5）试验时压力应缓慢上升，达成要求试验压力后保压不少于30分钟，然后降至设计压力，对全部焊缝和连接部位涂刷肥皂水进行检验，以无泄漏为合格。如有泄漏，修补后重新进行液压试验和气密性