铝合金薄板机器人TIG焊接工艺试验研究(2)

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1 引言

1.1 课题的意义

随着现代焊接技术的飞速发展，铝合金由于其质轻、延展性好、易成形、热稳定好、抗腐蚀和再生性好等一系列优点，在人们的日常生活和工业生产中得到越来越广泛应用，特别是在航空航天、汽车等领域有很好的应用前景。6061铝合金薄板，其镁、硅合金特性多，属热处理可强化合金，强度中等，具有良好的可成形性、可焊接性、可机加工性能，由于其优良的加工性能而得到广泛应用。论文网

TIG焊，即钨极氩弧焊，作为现代工业制造的一种重要的焊接方法，也日益得到重视。由于钨极所产生的电弧具有很好的稳定性，电流可调范围广，同时还具有很高的焊接可靠性并容易实现焊缝的高品质连接[25]，从而得到外观优质的焊缝，尤其对于铝合金具有很好的焊接工艺性。

由于铝合金化学性质活泼，表面易形成氧化膜，再加之导热性强，给其TIG 焊带来不少困难，所以，研究铝合金TIG焊接的技术和操作以及其优化是十分必要的。但是铝合金焊接过程中，受其物化性能和焊接冶金过程复杂性的影响，使焊接结构受热不均匀，产生的塑性变形和相变使焊接结构内部产生残余应力并产生焊接变形，也会产生气孔、夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。此外，焊接结构在焊接过程中受到的其他外力，同样会使得结构发生变形。焊接变形不仅影响了加工精度，而且影响了焊接结构的使用性能。选择不同的焊接工艺参数，对于减小铝合金的变形和焊接缺陷具有至关重要的作用。因此，研究铝合金TIG焊的适合的工艺参数也具有重要意义[8]。

随着生产技术的提高，以前的传统手工焊接方式已经不能满足制造业飞速发展的现状，实现焊接产品制造的自动化，柔性化与智能化已经成为必然趋势。机器人焊接作为自动化智能化焊接的主要技术，它的发展受到人们越来越多的关注。焊接机器人以它稳定高速的优点满足了现代制造业提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接的质量、实现量小而品种繁杂产品的焊接自动化的要求[11]。

1.2 铝合金焊接特点与难点分析

1.2.1 铝合金主要的焊接性

铝合金作为焊接用主要材料，具有质轻、延展性好、易成形、热稳定好、抗腐蚀和再生性好，化学性质活泼，表面易氧化，热导率大等特点，在焊接过程中，铝合金的主要焊接性有：

（1）铝合金的线膨胀系数大，在焊接时易产生变形。为避免或减小变形，需采用合理的焊接参数，如焊接电流，焊接速度等。另外，采用优化的接头也能减少变形；

（2）铝合金焊接接头在焊接热源的作用下热影响区易软化，使强度系数低，破坏其力学性能；

（3）铝合金表面易产生难熔的氧化膜，熔点为2060℃，需要采用大功率密度的焊接工艺；

（4）铝合金氧化能力强，焊接由于焊丝及母材表面氧化膜吸收水分等原因容易产生气孔和夹渣；

（5）铝合金焊接易产生热裂纹；

（6）铝合金导热率和导电率高（约为钢的4倍），比热容和熔化潜热大，相同焊接速度下，热输入量要比焊接钢材大2—4倍。所以焊接过程中产生的热量由母材很快的传递出去，则易产生未熔合、未焊透、气孔等缺陷；

（7）铝合金焊接熔化时焊缝没有明显的色泽变化，导致焊接温度不好掌握[26]。

1.2.2 TIG焊技术特点

TIG焊接作为最常用的焊接方法，具有焊接材料的种类范围广，操作容易的特点，由于TIG焊的电弧集中，热输入量可调整，产生窄的热影响区，适宜热导率大的铝合金薄板[20]。TIG焊的焊接部位机械性能好，且在不添丝的情况下也能进行焊接，并且焊接部位变形小。但同时，由于铝合金薄板表面易被氧化且热导率很大，在TIG焊过程中出现的主要问题有：