鋁合金構(gòu)件焊接變形研究及焊接工藝優(yōu)化

殷圓淋

摘 要：鋁合金構(gòu)件在現(xiàn)代工業(yè)制造中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，但是鋁合金材料存在導(dǎo)熱系數(shù)大、分散速度快的缺陷，因此加強(qiáng)對(duì)鋁合金構(gòu)件焊接變形的研究并且提出優(yōu)化焊接工藝對(duì)提高我國(guó)焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：鋁合金；焊接；變形；工藝

在我國(guó)大力發(fā)展現(xiàn)代裝備業(yè)背景下，鋁合金構(gòu)件在機(jī)械制造行業(yè)發(fā)揮了巨大的作用，尤其鋁合金應(yīng)用到現(xiàn)代高端設(shè)備中實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備性能的進(jìn)一步完善，但是鋁合金材料由于具有傳熱性強(qiáng)、膨脹系數(shù)大一級(jí)散熱速度快的特點(diǎn)，因此其在焊接的過(guò)程中容易出現(xiàn)變形量超過(guò)允許值的問(wèn)題，因此需要我們?cè)谶M(jìn)行鋁合金焊接時(shí)注重其變形研究，通過(guò)合理的控制措施，提高鋁合金構(gòu)件焊接工藝，以此提升我國(guó)裝備制造技術(shù)水平。

一、鋁合金構(gòu)件焊接變形的表現(xiàn)形式及原因

鋁合金構(gòu)件焊接是鋁合金應(yīng)用到裝備制造業(yè)中的重要形式，由于鋁合金材料導(dǎo)熱性強(qiáng)、散熱快的特點(diǎn)使得在焊接過(guò)程中極容易出現(xiàn)鋁合金構(gòu)件變形的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的外觀及性能的應(yīng)用。結(jié)合實(shí)際鋁合金構(gòu)件焊接變形主要分為：瞬間變形和殘余變形。瞬間變形就是在鋁合金構(gòu)件焊接過(guò)程中由于鋁合金焊接溫度超過(guò)鋁合金自身的結(jié)構(gòu)極限而出現(xiàn)的變形。殘余變形則是在經(jīng)過(guò)焊接之后，余熱導(dǎo)致鋁合金構(gòu)件出現(xiàn)變形，因此導(dǎo)致焊接變形的主要根源是殘余應(yīng)力和塑性應(yīng)變，影響鋁合金構(gòu)件變形的因素包括：（1）焊接熱過(guò)程的參數(shù)會(huì)影響焊池的相變過(guò)程，從而對(duì)熱區(qū)金屬的組織結(jié)構(gòu)形成一定的影響；（2）焊接過(guò)程熱不均勻?qū)е落X合金構(gòu)件產(chǎn)生的熱響應(yīng)不同，從而產(chǎn)生應(yīng)力變形；（3）熔池大小與尺寸影響焊接件的焊接質(zhì)量。

導(dǎo)致焊接變形的原因是多方面的，根據(jù)焊接變形類(lèi)型的不同導(dǎo)致其變形的原因也是不同。實(shí)踐中由于焊縫區(qū)域的溫度高于焊接周?chē)臏囟龋虼艘矔?huì)造成焊接縫變形量比較大，以此產(chǎn)生偏心拉應(yīng)力，該力會(huì)造成出現(xiàn)縱向繞曲。而錯(cuò)邊變形主要發(fā)生在焊接的初期階段，一旦出現(xiàn)焊接錯(cuò)邊問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致焊接無(wú)法繼續(xù)的問(wèn)題。

二、鋁合金焊接焊接變形的誘發(fā)機(jī)制

根據(jù)鋁合金焊接變形的產(chǎn)生原因，導(dǎo)致焊接變形出現(xiàn)的誘發(fā)機(jī)制主要是：一是接頭中間與周?chē)a(chǎn)生的溫度差導(dǎo)致出現(xiàn)殘余應(yīng)力；二是接頭兩邊的溫度不同而導(dǎo)致變形；三是焊接力導(dǎo)致彈塑性形變；四是金屬流變阻力和焊接牽引力同時(shí)作用導(dǎo)致變形。

三、鋁合金構(gòu)件焊接工藝優(yōu)化的舉措

（一）做好焊接準(zhǔn)備工作。一是要選擇與焊接質(zhì)量要求相適應(yīng)的電源，電源作為提供焊接的能量來(lái)源，合理選擇電源，一般直流電源的電弧具有良好的穩(wěn)定性以及能夠避免出現(xiàn)焊接過(guò)程中的飛濺問(wèn)題，因此一般選擇直流電弧作為焊接電源的首選。而直流反接電源能夠避免在焊接張出現(xiàn)大量焊渣以及污染氣體的現(xiàn)象，這樣便于對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行觀察，根據(jù)焊池及時(shí)調(diào)整焊接速度與角度；二是清理鋁合金構(gòu)件的表面，保證其干凈；三是選擇合理的焊絲直徑。焊絲直徑、成分等都會(huì)影響到焊接縫金屬的力學(xué)性能，因此要選擇合理的焊絲，選擇表明質(zhì)量與化學(xué)成分達(dá)標(biāo)的焊絲。

（二）做好焊接設(shè)計(jì)。對(duì)于鋁合金構(gòu)件焊接變形問(wèn)題主要舉措就是做好設(shè)計(jì)，降低焊接變形量。為此我們從兩個(gè)方面入手：一是做好焊接設(shè)計(jì)。在進(jìn)行焊接工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要采取比較成熟的方案，并且合理布局焊接的位置，尤其是要對(duì)鋁合金構(gòu)件與主體裝備結(jié)構(gòu)之間的焊接縫隙的大小、形狀等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低焊接縫的數(shù)量，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接結(jié)束后可能出現(xiàn)的殘余變形問(wèn)題；二是做好產(chǎn)品制造階段的設(shè)計(jì)。對(duì)制造產(chǎn)品焊接的設(shè)計(jì)主要是對(duì)焊接工藝的參數(shù)等進(jìn)行熟記，并對(duì)相關(guān)的理論知識(shí)做到熟記于心。并且做好焊接的檢查工作，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)殘余變形之后，要及時(shí)的采取相應(yīng)的措施給予矯正，達(dá)到對(duì)變形量的控制，達(dá)到焊接要求。

（三）加強(qiáng)對(duì)焊接過(guò)程的工藝控制。在焊接過(guò)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(jìn)行預(yù)防；焊接結(jié)束之后，為了減小已經(jīng)出現(xiàn)的殘余變形，可以采取加熱矯正或者是利用機(jī)械外力進(jìn)行矯正的方法。另外在焊接過(guò)程中，除了要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的焊接工藝進(jìn)行焊接之外，還應(yīng)按照優(yōu)秀的焊接工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)變形的控制，例如，采取那些能量密度高的熱源，對(duì)焊接過(guò)程中的焊接受熱面積進(jìn)行技術(shù)控制。

（四）優(yōu)化焊后檢查工作。首先工件焊接完畢之后，在進(jìn)行焊縫無(wú)損檢查之前，應(yīng)及時(shí)清除焊縫及焊縫兩側(cè)的焊渣、殘存焊劑，預(yù)防因焊渣、殘存焊劑腐蝕工件表面而出現(xiàn)不良影響；其次焊接完畢后，若出現(xiàn)焊瘤或焊接接頭余高過(guò)高等問(wèn)題，必須及時(shí)去除缺陷。應(yīng)通過(guò)射線(xiàn)探傷或超聲波確定返修范圍，具體返修范圍應(yīng)超過(guò)缺陷部位面積，通?？上蛉毕輧深^分別擴(kuò)展

80-100mm。如果探測(cè)結(jié)果明確指出缺陷靠近外側(cè)或內(nèi)側(cè)，可先返修該側(cè)。另外由于電弧長(zhǎng)短對(duì)焊接質(zhì)量也有顯著影響，而電弧電壓決定電弧長(zhǎng)短，因此，在焊接時(shí)，依據(jù)焊接試驗(yàn)，需要控制好電弧電壓，產(chǎn)生適宜長(zhǎng)度的電弧長(zhǎng)度進(jìn)行焊接。

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