5×××系铝合金焊丝的研究

摘要

随着高速铁路在中国的迅速发展，高速火车的制造量也越来越大，时速200km以上的高速火车车厢外皮几乎全是由铝合金板及大型铝合金型材焊接而成，因此需要大量的铝合金焊丝。目前引进的进口焊丝主要是针对时速300km以下的列车，但随着火车速度的提高(超过300km/h)，需要研发具有高强度和更好焊接性能的焊丝来保障列车的安全。
　　本文通过制备13种合金焊丝，并运用手工交流TIG焊用其焊接厚度为2.8mm的退火态5083铝合金薄板，利用金相显微观察、室温拉伸力学性能试验和扫描电子显微镜等手段研究焊丝制备过程中不同阶段显微组织和力学性能，研究了原材料、坩埚涂层、Mg元素含量、不同Mn含量下Zr元素和不同Fe含量下Mn元素含量对焊丝性能的影响，得到如下研究成果:
　　(1)证明原材料纯度对焊丝的焊后性能有明显的影响，提高纯度能使焊丝获得更好的性能，另外熔炼工具涂TiO2也可保证合金在熔炼过程不受污染，保证合金具有高的纯度。
　　(2)当Mg含量在4.5％-5.5％之间变化时，Mg含量达到5.5％的焊丝焊接的焊口力学性能有所提高，强度超过母材的90％(达到287.0MPa)，其延伸率达到14.0％。
　　(3)在不同Mn含量条件下，加入Zr元素制备的铝合金焊丝焊接5083板材时，其焊口均比未加Zr元素制备的铝合金焊丝焊接的焊口具有更高的力学性能。其中，在高Mn含量条件下，加入Zr元素制备的铝合金焊丝焊口强度超过母材的93％(达到295.7MPa)，其延伸率达到16.4％，而未加Zr元素制备的铝合金焊丝焊口强度超过母材的90％(达到286.0MPa)，其延伸率达到14.5％。
　　(4)在不同Fe含量条件下，高Mn含量的铝合金焊丝焊接5083板材时，其焊口均比低Mn含量的铝合金焊丝焊接的焊口具有更高的力学性能。其中，在高Fe含量条件下，高Mn含量的铝合金焊丝焊口强度超过母材的92％(达到293.4MPa)，其延伸率达到15.9％，而低Mn含量的铝合金焊丝焊口强度超过母材的90％(达到285.9MPa)，其延伸率达到13.8％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 铝合金材料在车体上的应用

1．2．1 铝合金车体的发展趋势

1．2．2 铝合金车体在国外的发展

1．2．3 铝合金车体在国内的发展

1．2．4 铝合金材料在车体上的应用

1．3 铝及铝合金焊丝的发展与应用

1．3．1 国内外铝及铝合金焊丝的发展

1．3．2 锅及铝合金焊接材料的选用

1．3．3 铁路车辆用铝合金焊丝的选用

1．4 合金元素对铝及铝合金组织与性能的影响

1．4．1 Mg对铝及铝合金组织与性能的影响

1．4．2 Mn对铝及铝合金组织与性能的影响

1．4．3 Zr对铝及铝合金组织与性能的影响

1．4．4 Cr、Ti对铝及铝合金组织与性能的影响

1．4．5 稀土元素对铝及铝合金组织与性能的影响

1．4．6 其他杂质元素对铝及铝合金组织与性能的影响

1．5 本课题的研究意义及内容

第2章 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．1．1 焊接母材

2．1．2 母材的制备与加工

2．1．3 实验焊丝制备

2．2 焊接实验

2．2．1 焊接方法选择

2．2．2 焊接接头设计

2．2．3 焊前清理

2．2．4 焊接设备

2．2．5 焊接参数

2．3 组织性能检测分析

2．3．1 铸锭低倍组织观察

2．3．2 金相显微组织观察

2．3．3 扫描电子显微镜组织观察

2．3．4 力学性能拉伸试验

第3章 工业纯铝及高纯铝制备的Al-5Mg焊丝组织性能的研究

3．1 低倍组织研究

3．2 挤压线坯金相组织研究

3．3 成品焊丝性能与组织研究

3．3．1 成品焊丝力学性能研究

3．3．2 成品焊丝金相组织研究

3．4 焊接接头组织与性能研究

3．4．1 焊接区宏观形貌研究

3．4．2 焊接接头力学性能研究

3．4．3 焊接接头金相显微组织研究

3．4．4 焊接接头扫描显微组织研究

3．5 本章小结

第4章 熔铸时坩埚涂层对Al-5Mg合金焊丝组织性能影响的研究

4．1 低倍组织研究

4．2 挤压线坯金相组织研究

4．3 成品焊丝性能与组织研究

4．3．1 成品焊丝力学性能研究

4．3．2 成品焊丝金相组织研究

4．4 焊接接头组织与性能研究

4．4．1 焊接区宏观形貌研究

4．4．2 焊接接头力学性能研究

4．4．3 焊接接头金相显微组织研究

4．4．4 焊接接头扫描显微组织研究

4．5 本章小结

第5章 Mg含量对Al-5Mg合金焊丝组织性能影响的研究

5．1 低倍组织研究

5．2 挤压线坯金相组织研究

5．3 成品焊丝性能与组织研究

5．3．1 成品焊丝力学性能研究

5．3．2 成品焊丝金相组织研究

5．4 焊接接头组织与性能研究

5．4．1 焊接区宏观形貌研究

5．4．2 焊接接头力学性能研究

5．4．3 焊接接头金相显微组织研究

5．4．4 焊接接头扫描显微组织研究

5．5 本章小结

第6章 在不同Mn含量条件下比较添加Zr对Al-5Mg合金焊丝组织性能的影响

6．1 低倍组织研究

6．2 挤压线坯金相组织研究

6．3 成品焊丝性能与组织研究

6．3．1 成品焊丝力学性能研究

6．3．2 成品焊丝金相组织研究

6．4 焊接接头组织与性能研究

6．4．1 焊接区宏观形貌研究

6．4．2 焊接接头力学性能研究

6．4．3 焊接接头金相显微组织研究

6．4．4 焊接接头扫描显微组织研究

6．5 本章小结

第7章 在不同Fe含量条件下比较不同Mn含量对Al-5Mg合金焊丝组织性能的影响

7．1 低倍组织研究

7．2 挤压线坯金相组织研究

7．3 成品焊丝性能与组织研究

7．3．1 成品焊丝力学性能研究

7．3．2 成品焊丝金相组织研究

7．4 焊接接头组织与性能研究

7．4．1 焊接区宏观形貌研究

7．4．2 焊接接头力学性能研究

7．4．3 焊接接头金相显微组织研究

7．4．4 焊接接头扫描显微组织研究

7．5 本章小结

第8章 结论

参考文献

致谢