大型鋁合金構(gòu)件的焊接工藝設(shè)計

撰文/臧鐵軍

■130062 中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春

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大型鋁合金構(gòu)件的焊接工藝設(shè)計

撰文/臧鐵軍

■130062 中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春

進入21世紀以來，社會現(xiàn)代化水平不斷提高，我國開始注重現(xiàn)代裝備業(yè)的發(fā)展，與此同時，工業(yè)發(fā)展在我國經(jīng)濟比重中所占的比例越來越大。在這樣的背景下，鋁合金構(gòu)件在整個機械制造業(yè)中所起的作用也越來越明顯。而且隨著鋁合金材料使用量的不斷擴大，為了使得鋁合金構(gòu)件能夠更好的應(yīng)用到現(xiàn)代高端設(shè)備中，需要在使用過程中對其各種性能進行不斷優(yōu)化。但是與其他金屬材料相比，鋁合金材料具有傳熱性強、膨脹系數(shù)大的特點，所以這就導致了該材料在焊接的過程中具有較快的散熱速度，所以鋁合金材料在焊接的過程中容易出現(xiàn)各種變形問題。所以，為了使鋁合金材料能夠更好的適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需求，需要我們在進行鋁合金焊接時注重其變形研究，要通過合理的控制進而使得鋁合金構(gòu)件的各項性能大大提高，同時這也是保證我國裝備制造技術(shù)水平不斷提高的前提。關(guān)鍵詞：鋁合金構(gòu)件；焊接工藝；性能優(yōu)化

引言

在工業(yè)行業(yè)迅速發(fā)展的今天，為滿足生產(chǎn)需求通常都需要耗費較多的鋼材，而且在傳統(tǒng)的焊接鑄造過程中，一般采用鋼材進行焊接鑄造，這往往會造成較大的鋼材消耗，而且生產(chǎn)過程中還會造成大量的能源消耗。近年來，我國的能源消耗量逐漸變大，再加上國家環(huán)保政策的大力推崇，在工業(yè)生產(chǎn)中鋁合金材料的應(yīng)用也越來越普遍。鋁合金材料生產(chǎn)出的構(gòu)件不僅重量較輕，而且具有漂亮的外觀和較強的散熱性，這些優(yōu)良性能受到了消費者的廣泛歡迎，這也為該行業(yè)的迅速發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。但是由于鋁合金材料應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域中才剛剛開始，鋁合金在實際應(yīng)用中的生產(chǎn)手段還不夠完善，焊接工藝還有待優(yōu)化。下面，本文就現(xiàn)階段如何做好大型鋁合金構(gòu)件的焊接工藝優(yōu)化設(shè)計工作作具體闡述。

鋁合金構(gòu)件在焊接過程中的難點分析

a焊接變形是鋁合金構(gòu)件在焊接過程中所面臨的主要難點之一

而產(chǎn)生焊接變形的原因是多方面的，其中，無外乎以下幾種；第一，鋁合金構(gòu)件在焊接過程中所傳遞的熱量是有一定界限的，如果鋁合金構(gòu)件單位時間內(nèi)所傳遞的熱量超出了這個范圍，就有可能發(fā)生焊接變形，而且特別是對于一些傳導效率較大的鋁合金材料，如果處理不當，就很有可能加速母材的熔化，這不僅會導致焊接失敗，而且這也是產(chǎn)生焊接變形的重要原因。第二，為了滿足焊接過程中的性能需求，需要交替的進行冷工藝和熱工藝操作，其中，熱加工是為了對焊接部位的軟化，而冷加工則是為了更好的滿足模具定型。由于冷熱加工的工序較為復雜，所以經(jīng)常會出現(xiàn)一些不符合操作流程的現(xiàn)象，這也是導致焊接構(gòu)件變形的重要原因。第三，焊接過程中熱量不均勻也是導致焊接變形的重要原因；這是因為如果焊接過程中出現(xiàn)受熱不均勻的話，那么不同的鋁合金構(gòu)件會根據(jù)熱量的不同而產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，進而導致鋁合金變形。

b焊接過程中會由于氧化作用而產(chǎn)生二次污染

鋁合金材料中富含鐵、鎂、鋅、鋁等活潑金屬材料，而且金屬材料一般都長期暴露在空氣中，在一定的溫度條件下，鋁合金中的鋁元素很容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，而且氧氣具有較強的氧化性，進而把鋁單質(zhì)氧化成三氧化二鋁，而該種材料很容易在鋁合金表明形成一種薄膜，該薄膜的熔點能夠超過2000攝氏度，而鋁合金材料的熔點大約600攝氏度，三氧化二鋁薄膜的熔點遠遠超過鋁及鋁合金的熔點，這就為鋁合金構(gòu)件的焊接造成了更大的難點。同時，這也是導致產(chǎn)生二次污染的重要原因；為此，應(yīng)該在焊接前對所要焊接部位進行認真的清除，進而保證焊接部位的清潔性，進而避免二次污染的產(chǎn)生，同時，這也是避免焊接缺陷產(chǎn)生、保證焊接質(zhì)量、提升焊接性能的重要措施。

c鋁合金材料在焊接過程中容易產(chǎn)生氣孔，進而降低材料性能

氫氣是對鋁合金進行焊接過程中所必須的氣體材料，而正是由于氫氣的存在，導致鋁和鋁合金焊接時產(chǎn)生大量的氣孔。在對鋁合金材料進行焊接時，在高溫條件下鋁合金材料會融化成液態(tài)鋁，而液態(tài)鋁材料則能溶解大量的氫，固態(tài)鋁幾乎不溶解氫，為了滿足生產(chǎn)需求需要對熔池溫度進行調(diào)控，進而滿足快速冷卻與凝固的要求，而在這個過程中氫氣不能夠及時逸出，就會停留在焊縫中，等到焊接完成，材料冷卻下來以后，則容易在焊縫中聚集形成氣孔。經(jīng)過多年的實踐表明，焊接過程中氣孔的存在是影響鋁合金構(gòu)件性能的重要因素。而由于氫氣是焊接過程中的必須材料，所以氫氣孔難于完全避免，只能通過一定的技術(shù)操作使其盡可能的降低。氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。所以，為了滿足鋁合金構(gòu)件的性能要求，必須不斷優(yōu)化其焊接過程，進而滿足性能要求。

優(yōu)化鋁合金焊接工藝的措施

a制定合理的焊接設(shè)計方案

隨著機械生產(chǎn)制造業(yè)的不斷發(fā)展，近年來形成了許多新的焊接工程技術(shù)。而且目前社會上盛行的工藝手段也越來越多，為此，焊接人員應(yīng)該在根據(jù)實際的工藝需求情況選擇合理的焊接手段，焊接工藝選擇的合理與否至關(guān)重要，因為這關(guān)系著日后的實際操作。其次，在焊接手段確定后，焊接人員需要確定好鋁合金構(gòu)件的尺寸、規(guī)格和形狀等要素，并且對其進行細致的規(guī)劃，并且對每一件構(gòu)件的各種要素都要做好細致的說明，構(gòu)件和母材之間的縫隙越小越好，所以對于焊縫較大的材料應(yīng)該對其進行仔細的研究分析，盡可能的將不良影響降低到最低。最后，在實際的焊接工藝進行前，應(yīng)該對其進行模擬焊接，這是提高焊接施工有效性的重要保障，而且經(jīng)過近些年的實踐表明。該方法值得被進一步推廣使用。

b應(yīng)在焊接過程中不斷提高其焊接技能

焊接技術(shù)人員在具體的焊接過程中要按照嚴格的步驟來執(zhí)行，并且在要不斷提高焊接技藝，從焊接施工的準備階段開始，防止焊接過程中出現(xiàn)瞬間變形以及焊接結(jié)束之后的殘余變形。首先，在焊接工作進行前，技術(shù)人員應(yīng)該對構(gòu)件的規(guī)格和標準進行仔細確認，并且通過具體實驗來觀察鋁合金材料的性能是否滿足要求。其次，在焊接時，技術(shù)人員應(yīng)該按照嚴格的標準進行實際焊接，而且要保證機械設(shè)備的完備性，盡可能的保持各個部位受熱均勻，進而減少那些瞬間出現(xiàn)的變形現(xiàn)象。

c加強焊接技術(shù)的研究

鋁合金材料是目前設(shè)備制造行業(yè)最常使用的金屬材料，而焊接變形則是鋁合金材料在使用過程中最常出現(xiàn)的問題，所以為了滿足性能要求，技術(shù)人員應(yīng)該在實際工程中加強對焊接技術(shù)的研究。在進行焊接操作前，焊接人員應(yīng)該對焊接部位可以承受的熱量值進行準確的測定，而且還應(yīng)該準確的把握焊接縫隙的尺寸，進而全方面的把握殘余變形發(fā)生的可能性，滿足性能要求。

結(jié)語

綜上所述，在設(shè)備制造行業(yè)發(fā)展迅速的今天，鋁合金材料已經(jīng)成為目前設(shè)備制造行業(yè)最常使用的金屬材料，為此，做好鋁合金構(gòu)件的焊接工藝設(shè)計至關(guān)重要；為此，工藝人員應(yīng)該制定出具有針對性的焊接技術(shù)優(yōu)化措施，如此，才能夠為裝備制造行業(yè)提供高性能的鋁合金構(gòu)件產(chǎn)品。

參考：

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