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序論：在您撰寫鋁合金論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
1鋁合金與氧的親和力很強鋁與氧的親和力比較強，極易與氧結合生成致密而結實的氧化鋁薄膜，厚度約為0.1μm，熔點高達2050℃，且密度很大，約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，氧化鋁薄膜嚴重阻礙金屬之間的結合，形成夾渣。同時氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫形成氣孔。這些缺陷，都會降低焊接接頭的性能。為了保證焊接質量，焊前必須嚴格清理焊件表面的氧化物，同時防止在焊接過程中再次氧化。焊接時，一般采用直流反接氣體保護焊，利用陰極清理來有效清理表面氧化膜，同時保護氣體并對其實施保護。
2鋁合金的導熱率和比熱大鋁及鋁合金的導熱系數、比熱容都很大，在焊接過程中大量的熱能被迅速傳導到金屬內部，為了獲得高質量的焊接接頭，必須采用能量集中、功率大的熱源在較短時間內以精確實施焊接。特別是對于8mm及以上厚板，焊接前需采用預熱等工藝措施。
3鋁合金部件焊接時容易形成氣孔鋁及鋁合金焊接時極易產生氣孔，尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。焊接時產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，液體熔池在高溫下溶入大量氣體，在凝固時，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）根據焊接車間和焊接場地的可能性和焊接足夠移動距離來選擇焊接設備及方法；
2）焊接后零件的性能是否滿足使用要求來選擇焊接方法：如焊縫強度、沖擊韌性、疲勞強度和抗腐蝕性能等；
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境以及焊接接頭設計等。
2大截面鋁合金焊接常用的焊接方法惰性氣體保護焊(TIG與MIG)是應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，由于鋁合金的熱導率比較大，必須采用較大的熱輸入，焊接時很容易發生變形，這是鋁合金焊接時要非常注意的問題。這里主要采用反變形法來控制變形。具體實施過程為：在選用合理的焊接順序的同時，預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)焊前清理焊接前應對母材接頭處的表面氧化物及其它油污等附著物進行打磨清理，并進行點焊固定。清理的方法一般采用有機溶劑進行表面去污，同時采用電動鋼絲刷去除表面氧化物。選取有代表性的點進行點焊固定，同時為了焊縫美觀，要及時打磨焊點。
3)焊接工藝規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上，選用能夠保證良好焊接質量的焊接材料。焊接電流和焊接速度根據焊接成型要求設定。焊縫坡口一般為對接接頭。為了消除水汽并達到理想的熔深，選取合適的焊前預熱溫度。
三結語
1．1鋁合金輪轂的特點
隨著科技的不斷進步，汽車越來越多地使用鋁合金輪轂。鋁合金輪轂相比鋼制車輪有如下4大特點：（1）節能。鋁合金密度低，輪轂質量輕，加工精度高，高速轉動時的阻力小、變形小，可提高汽車的行駛性能，減少油耗。（2）安全。鋁合金的導熱系數是鋼的3倍，散熱效果非常好，可增強制動性能，提高使用壽命，保障汽車行駛安全。（3）舒適。一般與鋁合金輪轂配用的是扁平輪胎，其緩沖和吸震性能均優于普通輪胎，使汽車坎坷道路上或快速行駛時，舒適性提高。（4）美觀。鋁合金輪轂外觀設計精美，造型多樣化，可做到對比突出、車轂合一，提高整車的視覺效果。
1．2輪轂的結構特點
輪轂由輪輞、輪輻、輪芯及輪轂蓋、附件等組成，如圖1所示。輪轂一方面通過輪輞與輪胎配合，另一方面通過輪輻與車橋相連，發揮其承載、行駛、轉向、驅動和制動等作用［2］。其中，輪輞的設計應按照標準規定選用與整車要求相配的輪輞規格，尤其是寬度和直徑尺寸應嚴格按標準檢測，以確認輪輞能否滿足與輪胎的配合要求。輪芯的設計則根據輪轂與車橋車軸上的安裝盤等安裝定位要求進行?？梢娸嗇炘煨椭凶铌P鍵的是輪輻，其造型可隨意變化，無標準和規律可循。輪輻作為輪輞與輪芯的中間連接件，主要起到支承和傳遞載荷的作用，在保證具有足夠的承載、抗彎、抗沖擊強度性能前提下，其造型應具有美觀、動感和時尚性。而附件、輪轂蓋對輪轂造型美觀起襯托、輔助的作用，可根據情況適當添加。
1．3輪轂造型設計目標
輪轂造型設計應以輪轂的材質、輪轂造型數量、輪轂的尺寸、輪轂外觀工藝的設定和輸入為指導［2］。結合輪轂的結構特點、配套車型、目標客戶群的審美特點和汽車品牌的文化特征，確定輪轂造型設計的目標：（1）滿足結構性能要求；（2）按車型選定車輪結構尺寸；（3）結合品牌文化的美觀造型；（4）彰顯用戶心理特征；（5）可制造加工性。
2造型與結構一體化設計
2．1性能要求
根據輪轂裝配于整車后的功能，針對鑄鋁合金輪轂各國均有相應的標準，考慮輪轂使用中的功能需求，SAE，JASO及ISO等標準和我國標準主要對輪轂的強度及疲勞性能提出了具體要求［3］，輪轂制造企業必須要對每一批制造出的產品進行如表1所示的性能試驗。
2．2尺寸設計
汽車輪轂的主要參數有胎環直徑、胎環寬度、螺栓孔節圓直徑、偏距、中心孔等，一般常根據胎環直徑和胎環寬度來劃分不同尺寸型號。直徑和寬度通常是在整車設計方案中確定的，綜合考慮了汽車動力、自身質量及阻力等方面因素，選擇使車輛性能最優的輪轂尺寸，轎車原車輪轂主要的直徑尺寸為381mm（15inch），406．4mm（16inch）和431．8mm（17inch），也有越野型轎車的輪轂直徑達到508mm（20inch），533．4mm（21inch）和558．8mm（22inch）。直徑和寬度確定后，輪轂的輪輞部分便可根據標準進行造型設計。螺栓孔節圓直徑、偏距及中心孔的尺寸亦由整車設計中輪轂的安裝要求確定，從而決定了輪轂的輪芯部分的造型要求。因此，輪轂的造型以輪輻部分的設計為主。
2．3造型與結構一體化設計
隨著計算機技術的飛速發展和廣泛應用，有限元法已成為求解科學技術和工程問題的有力工具［4］。將有限元分析方法應用于工業產品設計，用仿真引領設計，改變傳統仿照設計的方法，可增強產品設計的創新性。在輪轂的造型設計中，由于輪輻是造型的關鍵，也是承受載荷的關鍵部位，因此，非常適合將有限元分析的方法引入輪轂的造型設計中來，進行造型與結構的一體化設計。傳統的輪轂造型設計，首先進行二維造型草圖設計，設計中融入品牌文化及車型特征，經過反復在整車模型側面上的貼圖評審確定下來；其次進行三維模型的構建，根據車輪尺寸設計要求構建輪輞的三維模型，根據車輪的安裝配合尺寸設計輪芯的三維造型，主要是根據評審確定下來的二維造型草圖進行輪輻部分的三維模型設計，此階段更多考慮的是外觀造型；再次根據三維數據制作油泥模型，反復調整模型，更新三維數據，甚至在實車上評審造型；最后是制作硬質輪轂樣件，通常用ABS工程塑料，進一步檢驗輪轂設計的細節，完成造型設計。之后整車廠會將以上完成的造型設計提供給輪轂供應商制作小批真實樣件，通常這時輪轂制造廠在試制生產前會對客戶提供的模型進行有限元分析以保證樣件的試驗通過率，避免直接開模、試制、試驗不通過造成的報廢、修模、重新試制等過程的浪費，主要是針對結構性能的分析?？梢?，傳統設計中造型設計與結構設計是分開進行的，有限元分析并未發揮其最大的作用，沒能用于指導造型設計，因此可能會導致后期有限元分析驗證結構設計合理性時對前期造型設計方案的，或者獨立的造型設計導致結構的安全裕度過大，造成材料的浪費，不能實現最優的輕量化設計。因此，將有限元分析提前到造型設計的過程中，一旦二維造型方案確定，構造出三維模型就對其進行有限元分析，將避免一些不必要的嘗試，并帶來更加創新優化的設計結果。造型與結構一體化設計方法的流程如圖2所示。
3案例
以福特2015年新款Focus車型431．8mm×177．8mm（17inch×7．0inch）的輪轂設計為例，展示由于有限元分析方法的引入而形成的造型與結構一體化設計方法的應用。輪轂造型效果如圖3所示。采用福特產品設計通用的I－DEAS有限元分析軟件在輪轂造型設計的各階段對其進行有限元分析，分析中采用10節點四面體單元進行網格劃分，材料屬性取鋁合金材料的機械性能參數，彈性模量6．9×1010Pa，泊松比0．33。對13°沖擊試驗，根據前述試驗條件，在輪轂安裝盤面及5個PCD孔錐面上施加6個自由度的全約束，使車輪相對于水平o-xy平面旋轉翹起13°，在最高輪輞邊緣向輪芯偏移19mm的位置以外的輪輞上施加載荷，沖擊試驗的載荷是使質量為547kg的沖擊錘自230mm高度落下。彎曲疲勞試驗則根據前述試驗條件，在無輪輻支撐側的輪輞邊緣施加固定約束，在輪芯的安裝面及PCD孔上通過建模添加加載臂結構，加載臂長度為660mm，根據試驗要求的載荷3587N•m計算出加載臂末端應施加的力為5435N，根據不同的輪型結構通常根據旋轉一周的情況選定幾個方向進行加載計算，取分析所得最危險的結果進行評判。徑向載荷疲勞試驗按前述試驗條件，分析中對輪芯的安裝盤面和PCD孔錐面分別進行全約束，在60°夾角范圍內的輪輞兩側胎圈座上分別施加呈半正弦函數分布的徑向載荷q1和q2，根據試驗要求徑向載荷15007N和輪轂尺寸參數由以下公式計算得到，并在整個外輪輞上施加充氣壓力300kPa，同彎曲疲勞試驗，根據輪型結構選取幾個位置分別加載分析，取最危險的分析結果進行評判。該型輪轂最終造型設計在三性能試驗條件下的有限元分析結果分別如圖4a，4b，4c所示。其中，圖4a為在以上沖擊試驗約束和載荷條件下的vonMises應力分析結果，其最大值為56．8MPa，發生在沖擊部位正對的輻條根部；圖4b為以上彎曲試驗約束和載荷條件下的vonMises應力分析結果，其最大值為105MPa，發生在輻條背面根部位置；圖4c為以上徑向載荷試驗約束和載荷條件下的vonMises應力分析結果，其最大值為40．7MPa，發生在無輻條支撐側的輪輞外緣處。鋁合金材料的屈服強度為178MPa，根據文獻［3］中通過實驗驗證建立的分析模型和評價標準，以上3個性能試驗有限元分析的vonMises應力最大值分別小于70MPa，110MPa（30萬轉）和70MPa（100萬轉）為合格。從有限元分析的結果可以看出該設計可全部通過標準要求的輪轂性能試驗，在達到造型設計的同時滿足了結構設計的要求。在結合車型特點等因素確定初步的設計方向和設計尺寸后，首先根據標準要求的輪輞形狀、尺寸進行輪輞造型設計，其次進行輪輻的造型設計，設計中通過以上有限元分析結果，逐步實現了輪轂的最終造型設計。
4結論
關鍵詞：鋁合金;預處理;化學鍍鎳;附著力
1引言
化學鍍Ni-P具有厚度均勻、硬度高、抗蝕性優異等特點，因此鍍層廣泛被應用于需耐磨的工件。但是，鋁合金表面即使在空氣中停留時間極短也會迅速地形成一層氧化膜，以致影響鍍層質量，降低鍍層與基體的結合力。
本項研究得出了比較好的預處理方案，從而得到結合力良好，表面比較光亮的Ni-P鍍層。
2實驗方法
2.1實驗工藝流程
試樣制備配制除油溶液化學除油水洗侵蝕水洗超聲波水洗去離子水洗一次鋟鋅水洗退鋅水洗超聲波水洗去離子水洗二次鋟鋅水洗去離子水洗堿性鍍水洗酸性鍍去離子水洗吹干冷卻
2.2除油配方及工藝
除油：Na3PO4•12H2O(30g/L)NaCO3(30g/L)溫度（65℃）時間（3min）
2.3浸鋅配方及工藝
ZnSO4(40g/l)NaOH(90g/l)NaF(1g/l)Fecl3(1g/l)KNaC4O4H406(10g/L)
溫度（42℃）一次浸鋅時間（90S）二次浸鋅時間（18S）
2.4鍍液配方與工藝
堿性預鍍液NiSO4•6H2O（30g/l）NaH2PO2•H2O（25g/l）NH4C6H5O7•H2O（100g/l）溫度（65℃）PH值（8.2）施鍍時間（8min）
酸性鍍液NiSO4•6H2O（30g/l）NaH2PO2•H2O（25g/l）NH4C6H5O7•H2O（10g/l）
乳酸C3H6O3（40ml/l）NaC2H302（10g/L）溫度（85℃）PH值（4.8）施鍍時間（120min）3實驗結果與分析
3.1鍍層表面形貌及硬度
鍍層表面為致密的胞狀、非晶態結構。小胞之間有明顯的界線，界線基本為直線，說明小胞在長大的過程中相互受到擠壓而發生了變形，鍍層中存在應力。鍍層的含磷量為13.1%，鍍層硬度可達686HV。
溫度是影響化學鍍沉積速率的最重要因?；瘜W鍍的催化反應一般只能在加熱條件下發生，溫度升高，離子擴散速度加快，反應活性增強，當溫度高于50℃時，基體表面才有少量氣泡生成，化學鍍鎳磷合金才能進行，隨溫度升高基體表面可見明顯鍍層。反應溫度低于80℃時，沉積速率較慢；溫度高于80℃，基體表面有大量氣泡生成，沉積速率變快；當溫度高于95℃時，鍍液發生分解，鍍液迅速變黑，產生大量氣泡，在燒杯底部出現黑色沉淀。
3.2pH值對鍍速的影響
在酸性化學鍍液中，pH是影響沉積速率的重要因素之一。在化學鍍過程中，隨著反應的進行，H+不斷的生成，鍍液的pH值不斷降低，使沉積速率受到影響，因此在施鍍過程中必須隨時補充堿液來調整pH值在正常的工藝范圍內。pH值升高使Ni2+的還原速度加快，沉積速率變快。
4結語
(1)通過實驗研究得到比較適宜的鋁合金基材化學鍍鎳的前處理工藝,并得出了一套完整的鋁合金基材表面化學鍍鎳工藝條件及配方。
(2)溫度和pH值是影響反應速度重要的因素，溫度的最佳工藝范圍為85～95℃，超過95℃，鍍液自分解現象嚴重；pH值的最佳范圍是4.5～5.5，pH值超過5.5沉積速度開始下降。
(3)通過性能檢測表明此工藝獲得的鍍層,鍍層硬度可達686hHV,含磷量為11.17%且表面光亮、均勻、結合力好。
參考文獻
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［3］ColaruotoloJF.TrendsInElectrolessNicklePlating.PlatingandSurfaceFinishing，1985，27(12)：22-25.
在鋁合金焊接過程中，由于材料的種類、性質和焊接結構的不同，焊接接頭中可以出現各種裂紋，裂紋的形態和分布特征都很復雜，根據其產生的部位可分為以下兩種裂紋形式：
（1）焊縫金屬中的裂紋：縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋、發狀或弧狀裂紋、焊根裂紋和顯微裂紋（尤其在多層焊時）。
（2）熱影響區的裂紋：焊趾裂紋、層狀裂紋和熔合線附近的顯微熱裂紋。按裂紋產生的溫度區間分為熱裂紋和冷裂紋，熱裂紋是在焊接時高溫下產生的，它主要是由晶界上的合金元素偏析或低熔點物質的存在所引起的。根據所焊金屬的材料不同，產生熱裂紋的形態、溫度區間和主要原因也各有不同，熱裂紋又可分為結晶裂紋、液化裂紋和多邊化裂紋3類。熱裂紋中主要產生結晶裂紋，它是在焊縫結晶過程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足不能及時填充，在凝固收縮應力或外力的作用下發生沿晶開裂，這種裂紋主要產生在含雜質較多的碳鋼、低合金鋼焊縫和某些鋁合金；液化裂紋是在熱影響區中被加熱到高溫的晶界凝固時的收縮應力作用下產生的。
在試驗過程中發現，當填充材料表面清理不夠充分時，焊接后焊縫中仍存在較多的夾雜和少量的氣孔。在三組號試驗中，由于焊接填充材料為鑄造組織，其中夾雜為高熔點物質，焊接后在焊縫中仍將存在；又，鑄造組織比較稀疏，孔洞較多，易于吸附含結晶水的成分和油質，它們將成為焊接過程中產生氣孔的因素。當焊縫在拉伸應力作用下時，這些夾雜和氣孔往往成為誘發微裂紋的關鍵部位。通過顯微鏡進一步觀察發現，這些夾雜和氣孔誘發的微觀裂紋之間有明顯的相互交匯的趨勢。然而，對于夾雜物在此的有害作用究竟是主要表現為應力集中源從而誘發裂紋，還是主要表現為脆性相從而誘發裂紋，尚難以判斷。此外，一般認為，鋁鎂合金焊縫中的氣孔不會對焊縫金屬的拉伸強度產生重大影響，而本研究試驗中卻發現焊縫拉伸試樣中同時存在著由夾雜和氣孔誘發微裂紋的現象。氣孔誘發微裂紋的現象是否只是一種居次要地位的伴生現象，還是引起焊縫拉伸強度大幅度下降的主要因素之一，亦還有待進一步的研究。
2熱裂紋產生的過程
目前關于焊接熱裂紋理論，國內外認為較完善的是普洛霍洛夫理論。概括地講，該理論認為結晶裂紋的產生與否主要取決于以下3方面：脆性溫度區間的大??；在此溫度區間內合金所具有的延性以及在脆性溫度區間金屬的變形率大小。
通常人們將脆性溫度區間的大小及在此溫度區間內具有的延性值稱為產生焊接熱裂紋的冶金因素，而把脆性溫度區內金屬的變形率大小稱為力學因素。焊接過程是一系列不平衡的工藝過程的綜合，這種特征從本質上與焊接接頭金屬斷裂的冶金因素和力學因素發生重要的聯系，如焊接工藝過程與冶金過程的產物即物理的、化學的與組織上的不均勻性、熔渣與夾雜物、氣體元素與處于過飽和濃度的空位等。所有這些，都是與裂紋的萌生與發展有密切聯系的冶金因素。從力學因素方面看，焊接熱循環特定的溫度梯度與冷卻速度，在一定的拘束條件下，將使焊接接頭處于復雜的應力-應變狀態，從而為裂紋的萌生與發展提供必要的條件。
在焊接過程中，冶金因素和力學因素的綜合作用將歸結為兩個方面，即是強化金屬聯系還是弱化金屬聯系。如果在冷卻時，焊接接頭金屬中正在建立強度聯系，在一定剛性拘束條件下能夠順從地應變，焊縫與近縫區金屬能夠承受外加拘束應力與內在殘余應力的作用時，裂紋就不容易產生，焊接接頭的金屬裂紋敏感性低，反之，當承受不住應力作用時，金屬中強度聯系容易中斷，就會產生裂紋。在這種情況下，焊接接頭金屬的裂紋敏感性較高。焊接接頭金屬從結晶凝固的溫度開始，以一定的速度冷卻到室溫，其裂紋敏感性決定于變形能力和外加應變的對比以及變形抗力與外加應力的對比。然而在冷卻過程中，在不同的溫度階段，由于晶間強度與晶粒強度增長的情況不同、變形在晶粒間和晶粒內部的情況分布不同、由應變所誘導的擴散行為不同、應力集中的條件以及導致金屬脆化的因素不同，焊接接頭具體的薄弱環節以及它弱化的因素和程度也是不同的。
導致焊接接頭金屬產生裂紋的冶金因素和力學因素有著較為密切的聯系，力學因素中的應力梯度和熱循環特征所確定的溫度梯度有關，而后者與金屬的導熱性密切相關，如金屬的熱塑性變化特征、熱膨脹性以及組織轉變等構成的冶金因素，在很大程度上對焊接接頭金屬所處的應力-應變狀態起到重要作用，此外，隨著溫度的降低與冷卻速度的變化，冶金因素和力學因素也都是在變化著的，在不同的溫度區間對焊接接頭金屬的強度聯系作用各不相同，如結晶溫度區間大，固相線溫度低，在晶粒間殘存的低熔液態金屬處，更容易引起應力集中，導致固相金屬產生裂紋；同樣，隨著溫度降低，如果收縮量較大，特別是在快速冷卻條件下，當收縮應變速率高，應力-應變狀態比較苛刻時也容易產生裂紋等等。
在鋁合金焊接時焊縫金屬凝固結晶的后期，低熔共晶體被排擠在晶體交遇的中心部位，形成一種所謂的“液態薄膜”，此時由于在冷卻時收縮量較大而得不到自由收縮產生較大的拉伸應力，這時候液態薄膜就形成了較為薄弱的環節，在拉伸應力的作用下就可能在薄弱地帶開裂而形成裂紋。
3熱裂紋產生的機理
為了研究鋁合金焊接時那個時候最容易產生熱裂紋，把鋁合金焊接時焊接熔池的結晶分為3個階段。
第一個階段是液固階段，焊接熔池從高溫冷卻開始結晶時，只有很少數量的晶核存在。隨著溫度的降低和冷卻時間的延長，晶核逐漸長大，并且出現新的晶核，但是在這個過程中液相始終占有較多的數量，相鄰晶粒之間不發生接觸，對還未凝固的液態鋁合金的自由流動不形成阻礙。在這種情況下，即使有拉伸應力存在，但被拉開的縫隙能及時地被流動著的鋁合金液態金屬所填滿，因此在液固階段產生裂紋的可能性很小。
第二階段是固液階段，在焊接熔池結晶繼續進行時，熔池中固相不斷增多，同時先前結晶的晶核不斷長大，當溫度降低到某一數值時，已經凝固的鋁合金金屬晶體相互彼此發生接觸，并且不斷傾軋在一起，這時候液態鋁合金的流動受到阻礙，也就是說熔池結晶進入了固液階段。在這種情況下，由于液態鋁合金金屬較少，晶體本身的變形可以強烈發展，晶體間殘存的液相則不容易流動，在拉伸應力作用下產生的微小縫隙都無法填充，只要稍有拉伸應力的存在就有產生裂紋的可能性。因此，這個階段叫做“脆性溫度區”。
第三階段是完全凝固階段，熔池金屬完全凝固之后所形成的焊縫，受到拉應力時，就會表現出較好的強度和塑性，在這一階段產生裂紋的可能性相對來說較小。因此，當溫度高于或者低于a-b之間的脆性溫度區時，焊縫金屬都有較大的抵抗結晶裂紋的能力，具有較小的裂紋傾向。在一般情況下，雜質較少的金屬（包括母材和焊接材料），由于脆性溫度區間較窄，拉應力在這個區間作用的時間比較短，使得焊縫的總應變量比較小，因此焊接時產生的裂紋傾向較小。如果焊縫中雜質比較多，則脆性溫度區間范圍比較寬，拉伸應力在這個區間的作用時間比較長，產生裂紋的傾向較大。
4鋁合金焊接裂紋的防止措施
根據鋁合金焊接時產生熱裂紋的機理，可以從冶金因素和工藝因素兩個方面進行改進，降低鋁合金焊接熱裂紋產生的機率。
在冶金因素方面，為了防止焊接時產生晶間熱裂紋，主要通過調整焊縫合金系統或向填加金屬中添加變質劑。調整焊縫合金系統的著眼點，從抗裂角度考慮，在于控制適量的易熔共晶并縮小結晶溫度區間。由于鋁合金屬于典型的共晶型合金，最大裂紋傾向正好同合金的“最大”凝固溫度區間相對應，少量易熔共晶的存在總是增大凝固裂紋傾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超過裂紋傾向最大時的合金組元，以便能產生“愈合”作用。而作為變質劑向填加金屬中加入Ti、Zr、V和B等微量元素，企圖通過細化晶粒來改善塑性、韌性，并達到防止焊接熱裂紋的目的嘗試，在很早以前就開始了，并且取得了效果。圖3給出剛性搭接角焊縫的條件下Al-4.5%Mg焊絲中加入變質劑的抗裂試驗結果。試驗中加入的Zr為0.15%，Ti+B為0.1%?？梢?，同時加入Ti和B可以顯著提高抗裂性能。Ti、Zr、V、B及Ta等元素的共同特點，是都能同鋁形成一系列包晶反應生成難熔金屬化合物（Al3Ti、Al3Zr、Al7V、AlB2、Al3Ta等）。這種細小的難熔質點，可成為液體金屬凝固時的非自發凝固的晶核，從而可以產生細化晶粒作用。
在工藝因素上，主要是焊接規范、預熱、接頭形式和焊接順序，這些方法都是從焊接應力上著手來解決焊接裂紋。焊接工藝參數影響凝固過程的不平衡性和凝固的組織狀態，也影響凝固過程中的應變增長速度，因而影響裂紋的產生。熱能集中的焊接方法，有利于快速進行焊接過程，可防止形成方向性強的粗大柱狀晶，因而可以改善抗裂性。采用小的焊接電流，減慢焊接速度，可減少熔池過熱，也有利于改善抗裂性。而焊接速度的提高，促使增大焊接接頭的應變速度，而增大熱裂的傾向?？梢?，增大焊接速度和焊接電流，都促使增大裂紋傾向。在鋁結構裝配、施焊時不使焊縫承受很大的鋼性，在工藝上可采取分段焊、預熱或適當降低焊接速度等措施。通過預熱，可以使得試件相對膨脹量較小，產生焊接應力相應降低，減小了在脆性溫度區間的應力；盡量采用開坡口和留小間隙的對接焊，并避免采用十字形接頭及不適當的定位、焊接順序；焊接結束或中斷時，應及時填滿弧坑，然后再移去熱源，否則易引起弧坑裂紋。對于5000系合金多層焊的焊接接頭，往往由于晶間局部熔化而產生顯微裂紋，因此必須控制后一層焊道焊接熱輸入量。
而根據本文試驗所證明，對于鋁合金的焊接，母材和填充材料的表面清理工作也相當重要。材料的夾雜在焊縫中將成為裂紋產生的源頭，并成為引起焊縫性能下降的最主要原因。
參考文獻
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鋁的化學性質活潑，表面易形成氧化膜，在焊接時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，易產生氣孔缺陷；另外，還出現裂紋、接頭軟化和耐蝕性降低等問題。
1.1氣孔
鋁合金焊接時主要產生的氣孔是氫氣孔，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）適當預熱，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的氧化膜、水、油等污物。
1.2裂紋
鋁合金焊接中產生的裂紋主要是熱裂紋，其中大部分是產生在焊縫中的結晶裂紋，有時在熱影響區也出現液化裂紋。除了接頭中拘束力的影響之外，結晶裂紋的產生主要是受鋁合金化學成分和高溫物理性能的影響。當焊接線能量過大時，在鋁合金多層焊的焊縫中，或與熔合線毗連的熱影響區，常會產生顯微液化裂紋。防止裂紋的主要途徑是：
a）選配合適的焊絲和盡可能優選母材成分；
b）正確選擇焊接方法和工藝參數，宜采用功率大、加熱集中的熱源；
c）應避免不合理的工藝和裝配所引起的應力增大，盡量將焊接應力降低到最??；
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
鋁合金管焊接后會產生明顯的軟化現象，其主要原因是由于焊縫和熱影響區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力等有關。采取的措施有：
a）選用高純度的焊絲；
b）調整焊接工藝可以減小熱影響區，并防止過熱，同時應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）減少焊接應力。
2焊接工藝
2.1焊接方法
通過以上分析和結合現場實際情況，確定焊接方法采用交流鎢極氬弧焊。其優點是：具有陰極破碎作用；設備結構和線路簡單，不易出現故障；TIG保護性好，電弧穩定、熱量集中、焊縫成形美觀、強度和塑性高、管材變形??；現場地面施焊，管材可以轉動，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焊前準備
2.2.1焊接設備與焊材的選用：采用交直鎢極氬弧焊機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，保護比較好，為了避免碰損和油污，在組裝焊接時才拆除包裝?，F場使用坡口機開坡口，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外壁30mm范圍、襯管和加強孔附近，之后再用丙酮擦拭，如圖1所示。焊絲用化學方法進行清理。管母、襯管、焊絲的清理應根據焊接進度完成，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，安裝可轉動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動管子時，使高溫的焊縫不受外力而產生缺陷。
2.3焊接工藝參數
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，易產生氣孔、未焊透和熔合不良等缺陷?？赏ㄟ^適當提高預熱溫度來補償焊接區熱源不足，使焊接順利進行。具體焊接工藝參數見附表。焊接Φ110mm×4mm鋁合金管母線時，焊接電流可適當減小，為160~170A，焊加強孔選擇電流200~210A。
3結束語
隨著我國汽車總量的不斷增加，我國已經成為世界第三大汽車生產國，和世界第二大汽車消費國。鋁合金汽車輪轂的年產量超過六千萬件，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構和生產設計上都有很多形式。外觀造型上有寬輪輻、窄輪輻、多輪輻、少輪輻等設計，外觀式樣有拋光涂透明漆、亮面涂透明漆、電鍍等。涂抹的顏色也根據客戶的要求有多重形式，不同的色彩、不同的設計、不同的外觀是發展的趨勢。
2鋁合金汽車輪轂的優點
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。經計算鋁輪轂的重要減輕在40%左右，90km/h到120km/h車速時，油耗可減少0.05L/100km,城市內行駛，可減少的油耗量略少些，如果按每十萬公里節油計算，大約節約在40~50L。其次，鋁合金汽車輪轂能夠改善汽車的行駛性能，使行駛過程中的振動減小，讓駕駛員駕車更加舒適。鋁合金汽車輪轂采用數控設備進行加工，平衡性能比鋼優越。車輪如果是鋼車輪，平衡性比較差，高速性能不穩定，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生和車胎與路面的摩擦產生。在汽車高速行駛中，車輪如果溫度持續過高，就會有出現爆胎的可能性。因為鋁的導熱性能比鋼的導熱性能好，而且鋁合金汽車輪轂表面的設計也有利于散熱，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，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在汽車的輪轂設計中，一個不可缺少的設計就是汽車的輪轂的設計。汽車輪轂的造型直接關系到汽車的車身設計的檔次，也可以突顯出汽車的品味。制造廠商和設計者在車轂的風格設計上下了不少功夫，不單在顏色上進行設計加工，還給車轂加了花紋結構，不同的花紋有著不同的顏色，再經過電鍍，添加了很多個性化的設計，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計開發
隨著現在人民的生活水平的提高，同時汽車品種的增多，和汽車價格的下調。汽車已經成為大眾消費的熱點產品。從大眾對汽車的認知和實用性，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良的性能，方便的駕駛，還會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，就需要輪轂的設計開發，汽車部件的設計開發也是企業發展的關鍵所在。
4鋁合金汽車輪轂的生產工藝流程
4.1生產廠家對汽車輪轂的生產設計進行研究。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市場調研?？疾焱惼嚨妮嗇炘谑袌龅母偁幥闆r，根據目標汽車輪轂的市場分析潛在的競爭環境，同時也要了解當前政府政策，和其他環境因素。
4.3管理定位。由管理層對汽車輪轂的價格、設計、風格、功能、性能、主導方向進行定位。各項指標均以數字化形式體現。
4.4根據產品需求進行概念設計。綜合汽車輪轂的技術質量要求更進一步構思，在風格、設計定位的基礎上繪制出不同款式的輪轂圖，對所設計出來的輪轂圖進行比較，篩選出最完美的設計稿，然后對設計稿進行優化，形成機構圖紙，再用建模技術進行建模，利用分析軟件對所設計出的鋁合金汽車輪轂進行應力分析，根據分析出來的結果進行完善和修改，再重新設計模型，并了解客戶需求，選出最理想方案。
1.1焊接變形原因
焊接的熱過程是導致殘余應力和塑性應變的根源。在焊接過程中,焊接熱過程對焊接質量和焊接效率的影響,主要來自以下幾個方面的深層次原因:(1)在焊接件上,熔池的形狀和尺寸直接影響焊接質量,而熔池大小與尺寸作用到焊接件上的熱量分布和大小息息相關;(2)焊接的熱過程包含加熱和冷卻兩個過程,這兩個過程中的加熱和冷卻參數會直接影響熔池的相變過程,對金屬的凝固產生重要的影響,對熱影響區的金屬組織產生一定的破壞;(3)焊接中的熱過程直接決定熱量的輸入過程和熱量的傳遞效率,這直接導致焊接的母材的熔化速度;(4)焊接的熱過程如果不均勻,會對金屬構件各部分產生不同的熱響應,導致出現不同的應力,產生應力形變。從以上理論探討,我們可知在金屬構件焊接過程中出現變形,主要是由于焊接熱源是處于局部加熱,使得鋁合金構件上的熱量分布存在差異,在構件與母材之間的焊縫區域附近熱量吸收的較多,引起周圍鋁合金材料和母材都出現一定程度的受熱膨脹,而遠離焊縫區域的鋁合金材料和母材材料由于吸收到的熱量相對較少,發生的體積膨脹相對較小甚至不發生體積膨脹,使得焊縫區域的體積膨脹過程受到一定的抑制,導致焊接過程中,焊接構件和母材之間出現瞬間的熱變形,但是當鋁合金構件在焊接過程中產生的內應力超過了自身材料的彈性極限后,會出現一定的塑性應變,當焊接過程結束之后,焊接件又逐步冷卻而產生殘余變形。
1.2焊接變形分類
從機械領域考慮整個焊接過程,可以將焊接過程中出現的變形分為瞬間變形和殘余變形。其中,焊接過程瞬間熱變形分為三種,依次是面內位移、面外位移和相變組織形變。焊后殘余變形分為面內變形和面外變形兩大類,面內變形又分為焊縫縱向收縮、焊縫橫向收縮、回轉變形;面外變形又分為角變形、彎曲變形、扭曲變形。
1.3鋁合金的焊接性能分析
熟悉化學原理的人都清楚,各種鋁合金的化學成分并不一致,導致不同鋁合金的物理性能和化學性能存在一定的差異,但是,由相關研究試驗并結合以上的焊接熱理論和焊接應力應變理論分析可知,鋁合金的焊接性能主要與鋁合金中的含鋁量和含鎂量有關。隨著含鎂量的增高,鋁合金強度增高,焊接性能改善;但是,當含鎂量超過7%的極限值之后,鋁合金容易出現應力集中,降低焊接性能。但是,鋁合金與其他金屬相比,由于在空氣中或者是進行焊接時,比較容易與氧反應被氧化,生產的氧化鋁薄膜由于熔點高,在焊接時會阻礙焊接過程;焊接過程中,在接頭內容以出現一些焊接缺陷,因此,在焊接前需要進行表面處理后盡快進行焊接。此外,由于鋁合金的其他物理化學性能如熱導率、比熱等比鋼大,在焊接時容易造成較多的焊接熱量的流失,因此,在焊接時需要采用高度集中的熱源進行焊接,才能有效提升焊接質量,降低應力形變的出現。
1.4鋁合金構件焊接變形控制措施
從上述對鋁合金構件焊接性能和焊接熱過程的分析,對于鋁合金構件在焊接過程中出現的瞬間變形和焊接結束后出現的殘余變形,需要采取一定的控制措施,減少變形甚至是消除變形,促進鋁合金構件在裝備整體結構中發揮應用的作用。在鋁合金構件設計階段結合整體裝備,做好其結構設計并采取優質的焊接技術,能夠顯著減小焊接變形量。為此,我們可以從兩個階段進行鋁合金焊接變形量的控制。一個階段是設計階段,另一個是制造階段。在設計階段,主要遵循如下幾個原則即可實現在設計過程做好對鋁合金焊接變形的有效控制:首先是要對焊接的工藝進行有效的設計與選擇,一般在這個過程中,遵循的原則就是盡量選擇那些實踐反饋效果好應用成熟的焊接工藝;其次,對于焊接過程中,鋁合金構件和主體裝備結構之間焊接縫隙的尺寸、形狀、布局以及位置都應進行有效的設計,盡量通過好的焊縫設計鋁合金構件在主體結構上的位置,控制好焊縫的布局和位置,然后減少焊縫的數量,選擇最優的焊縫尺寸,實現對焊接結束之后可能出現的殘余形變;最后,在設計過程中,需要做好一系列的仿真實驗和小比例模型的模擬實驗,在實驗檢驗的基礎之上,確定最終的設計方案,以便正確指導鋁合金的焊接,減小甚至防止鋁合金構件的焊接變形。在制造階段對鋁合金構件焊接變形的控制,主要是指焊接準備過程、焊接過程和焊接結束之后的過程中進行控制。首先,在焊接準備過程中,需要對焊接工藝設計到的參數進行詳細的熟記,并對相關的理論知識做到熟記于心。另外,在焊接準備過程中,需要預先對焊接構件進行一定的拉伸然后再采取剛性固定措施進行組裝拼接,做好這些準備工作是控制變形的前提;其次,在焊接過程中,除了要嚴格按照設計的焊接工藝進行焊接之外,還應按照優秀的焊接工藝實現對瞬時變形的控制,例如,采取那些能量密度高的熱源,對焊接過程中的焊接受熱面積進行技術控制;最后,在焊接結束之后,應加強對鋁合金構件焊接水平的檢測,一旦發現存在著殘余變形,及時采取加熱矯正或者是利用機械外力作用進行矯正,達到對變形量的減小。
2鋁合金構件焊接工藝優化
對于鋁合金構件在焊接過程中出現的焊接變形,可采取多種手段進行。如在結構設計階段,可通過相關的應力形變實驗,分析應力出現的大小,結合設計的允許值,調節焊縫的尺寸,盡量降低焊縫的數量,對焊接后出現的殘余變形進行控制;在焊接過程中,采取一定的反變形或者是剛性固定組裝的方法在焊前進行預防;焊接結束之后,為了減小已經出現的殘余變形,可以采取加熱矯正或者是利用機械外力進行矯正的方法。當然,最為有效的方法還是在相關變形研究理論的基礎之上,結合焊接試驗,對焊接工藝進行一定的優化,結合實際的鋁合金構件進行參數的設定,科學控制鋁合金構件的焊接應力變形,最終生產出符合設計要求的產品。對于鋁合金構件的焊接,在焊接過程中,焊絲直徑、成分和表面質量關系到焊縫金屬及熱影響區的力學性能,尤其是焊接變形。因此,選取合理的焊絲直徑,選擇表面質量上等和化學成分達標的焊絲就是優化焊接工藝的主要步驟之一。在通常的情況下,為了保證焊接的質量,主要選擇焊絲直徑大的焊絲。不過,由于焊絲直徑選擇太大,對于薄板鋁合金構件的焊接并不利。因此,在現有實踐的基礎之上,對于焊絲直徑的選擇一般是隨著鋁合金構件厚度的增加而逐步增加。此外,在進行平焊時,焊絲直徑應相對選大一點;立焊或橫仰焊時,則選擇較小直徑的焊絲。焊接電源作為焊接過程中的主要能量來源,為了使焊接質量達標,在選擇電源種類與極性時,需要選取那些既能夠滿足焊接工藝需求,又能夠符合用戶物質、經濟和技術等條件的電源。
一般,由于直流電源的電弧具有較好的穩定性、焊接質量優和飛濺少等特點,在鋁合金構件的焊接時是作為首選的。選擇直流反接電源進行焊接,能夠借助焊件金屬為負極的電弧產生的陰極霧化效果,對鋁合金構件表面致密的氧化鋁薄膜產生快速熔化,而且在焊接過程中,能夠避免產生大量的焊渣和污染性氣體,不僅方便了焊工對反應熔池的觀察,及時調整焊接的速度和角度,而且還能對焊工的職業健康危害程度有所下降。例如,在焊接6毫米的鋁合金薄板構件時,一般主要采用直流反接電源進行焊接。對焊接工藝進行優化,目的就是為了使鋁合金構件焊接的質量和焊接形變在允許的范圍之內。由以上對鋁合金焊接熱過程和變形理論的分析和探討之后,我們發現選擇適宜的焊接電流,是優化焊接的重要考慮方向。在焊接過程中,焊接電流是指流經焊接回路的電流,這個電流的大小對焊接生產效率和焊接質量有著直接的影響。一般為了提高焊接生產效率,在質量保證前提下,選擇盡可能大的焊接電流,以達到提高焊接效率的目的。不過,由于電流過大,引起熱量輸入過大和較大的電弧力存在而導致的焊縫熔深和余高增大,而且還會使熱影響區的晶粒變得粗大,出現應力集中區,使接頭的強度和承載能力下降。同時,由于電流鍋小,電弧燃燒不充分不穩定,容易形成氣孔和夾渣等焊接缺陷,使得焊接接頭的沖擊韌性降低,不利于焊接質量的提升,因此,在焊接電流選擇上,還是需要通過實踐選取適宜的電流。由于電弧長短對焊接質量也有顯著影響,而電弧電壓決定電弧長短,因此,在焊接時,依據焊接試驗,需要控制好電弧電壓,產生適宜長度的電弧長度進行焊接。例如,對于6mm厚度的鋁合金板材進行焊接時,焊接電流定義為170A,焊接電弧電壓為25V,通過實驗論證,焊接接頭強度可以達到良好的效果。由焊接熱過程分析得到,在鋁合金構件焊接過程中,為了實現對焊接變形量的控制與減小,一般應采用能量密度高的焊接熱源,同時,對焊接速度進行優化,保證焊接速度既不會過快也不會過慢。例如,從相關實踐表明,對于6mm厚度的鋁合金板材進行焊接時,焊接電流定義為170A,焊接電弧電壓為25V,通過此實驗論證,焊接接頭強度可以達到良好的效果。
3總結
