课题名称

薄板单面焊双面成形技术研究

学生姓名

 

专业班级

 

课题类型

工程设计

指导教师

 

职称

教授

课题来源

工程设计

1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1.1国内外研究现状

    前苏联焊接工作者在20世纪50年代提出了用电弧作为热源， 60/40黄铜作为钎料、单面焊双面成形技术修复铸铁零件缺陷，并添加钎剂帮助润湿。随后，前苏联在20世纪70年代发明了真空弱氩气保护空心阴极单面焊双面成形技术，用来焊接钛合金和镍基合金。2000年乌克兰巴顿焊接研究所和乌克兰海洋技术大学发明了TIG氩弧钎焊镍基合金工艺，并对镍基合金叶片进行单面焊双面成形技术修复技术研究。研究重点是填充金属、钎焊工艺及设备。德国、美国、日本等国汽车部件制造及电器制造上，已经采用了这种方法，并认为在薄板焊接中具有广泛的应用前景。近几年，德国、日本研究了Al/钢薄板异种金属的MIG/TIG钎焊工艺，并应用在汽车行业。奥迪汽车车身框架及零部件制造中使用了MIG钎焊和等离子弧钎焊。美国福特公司也使用MIG单面焊双面成形技术连接以镀锌钢薄板料的汽车车身、车门、以及车门铰链与车身的连接。英国美洲豹汽车公司使用MIG钎焊和TIG钎焊连接美洲豹汽车构件，并用此工艺修复撞坏的汽车车身。  A. Frings研究了镀锌钢板、热浸镀铝钢板的MIG钎焊工艺，对比熔化焊与MIG钎焊接头宏观形貌，发现镀锌钢板熔化焊时在焊缝中易出现因Zn蒸发引起的气孔。另外A. Frings还对MIG钎焊镀锌钢板单面焊双面成形工艺及工装进行了研究，通过调节钎焊参数、装配间隙和工装夹持力进行试验，寻找成形好的工艺参数范围。T. Takemoto用P-Cu钎料进行TIG钎焊连接了铜合金，并进行抗H2S的腐蚀试验，认为TIG钎焊能量密度相对集中，可在小范围内加热到钎焊温度，使钎料熔化、润湿铺展、填缝， 避免大范围对铜合金母材加热引起母材晶粒长大，提高在运行中抗H2S的腐蚀能力。奥地利Fronius公司研制具有冷金属过渡技术（CMT- ColdMetalTransfer）的MIG焊机，它第一次将送丝与熔滴过渡过程进行数字化协调，为MIG焊的应用开拓了新领域，这种焊机保证了MIG钎焊时最小的焊接热输入和焊接过程无飞溅。 

    在国内高校中，哈尔滨工业大学焊接国家重点实验室较早地对单面焊双面成形技术技术进行了研究。研究内容包括单面焊双面成形技术镀锌钢板时镀锌层的反应机理，以及钎料的润湿铺展行为，铝合金及铝合金与镀锌钢薄板搭接异种材料单面焊双面成形技术，以及工艺参数对焊缝表面成形、接头组织结构及力学性能的影响。在企业中，长春第一汽车制造厂在20世纪90年代初将单面焊双面成形技术用于轻型车、油漆MIG钎焊线制造等生产中。到目前为止， 一汽大众、上海大众、上海通用已使用MIG钎焊方法焊接镀锌钢板。郑州机械研究所对厚度小于1mm镀锌钢板的直流正极性MIG钎焊进行了研究，认为正极性焊接时母材熔深明显比反极性时小，且正极性焊丝熔化系数约为反极性时的1. 5倍，有利于提高生产效率。黄钦筠和王少刚也对镀锌钢板的MIG钎焊工艺进行了初步研究。

1.2选题依据及意义

单面焊双面成形技术加热集中、热输入量小，对簿板及薄壁容器进行钎焊时变形量很小，焊接热影响区小，操作方便，节能高效又易于实现自动化。同时又因其电弧特有的去除氧化膜作用，带电粒子的冲击活化作用，克服钎剂对母材的腐蚀副作用，焊后不用清洗，这些都是常规电弧焊和钎焊难以解决的。  但是，单面焊双面成形技术钎缝的形成是在一非均匀热场作用下完成的，其温度分布的不均匀性使得钎料与母材的润湿铺展行为呈现一定的差异。单面焊双面成形技术所用钎料的Si、Mn活性元素易在界面偏析厦富集，Si以Fe-Sl相存在而Mn以固溶存在，活性元素在单面焊双面成形技术条件下易于形成的偏析对钎缝与基体金属结合有影响。 单面焊双面成形技术技术应用范围越来越广，在航空航天、空间技术、核工业、微电子、汽车、石油化工等领域得到了日益广泛的应用。对于单面焊双面成形技术的研究也日渐趋于成熟， 从单面焊双面成形技术原理分析、单面焊双面成形技术专机研制，到钎焊焊丝的配制、钎料润湿铺展试验等方面都进行了较为系统的研究，具有广泛的应用。

 

2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 

  研究内容：

  1）概述单面焊双面成形技术的概念、应用及发展；                            

  2）单面焊双面成形常见的焊接缺陷及其引发的问题；                          

  3）产生这些缺陷的原因分析；                                               

  4）如何防止缺陷产生的措施；                                              

  5）试焊及检验，得出结论；  

  6) 撰写毕业设计论文。

  拟解决主要问题：

    1）尺寸上的要求和缺陷

    2）结构上的缺陷

    3）性质上的缺陷

3. 研究步骤、方法及措施

根据专业学科的各种教材以及查阅各种相关资料来对单面焊双面成 形出现质量差的原因进行分析，从而找出防止单面焊双面成形中容易出现的各种缺陷的方法和措施。 

在条件允许的情况下，我还会动手进行一次实验，用低碳钢开V型坡口的工 件焊出试件。然后在校实验室中进行实验，检验其中存在的缺陷，并分析其产生原因，再提出相关防止措施。

4. 研究工作进度

    第1~2、6~7周 确认选提及毕业设计（论文）要完成的工作内容，调查研究、资料查阅评述，编写开题报告并答辩；

    第8～9周     进行工艺方案的分析论证、确定工作；

    第10～11周   通过进行工艺试验，找出最佳工艺路线，绘制薄板和微细材料的单面焊双面成形工艺流程图；

    第12～13     薄板和微细材料的单面焊双面成形工艺的设计；

    第14-15周    撰写毕业论文；

    第16-17周    准备进行毕业答辩。