鋁合金車體大部件焊接變形的影響因素

唐海鷹 程春磊 王方榮 張京文 解鵬

摘 要：車體大部件包括車頂、側(cè)墻、地板以及其他大部件，該文通過不同的試驗方法對車頂、側(cè)墻和地板這三大部件的焊接變形進(jìn)行同級對比和分類對比，從而得出影響車體大部件焊接變形的因素。通過試驗得出結(jié)論：車體大部件焊接變形與焊接順序有關(guān)；車體大部件焊接變形與部件本身外形輪廓有關(guān)；車體大部件焊接變形與自身設(shè)計結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

關(guān)鍵詞：車體大部件；焊接工藝；焊接變形；影響因素

中圖分類號：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在焊接過程中由于急劇的非平衡加熱及冷卻，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生焊接變形。焊接變形是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計完整性、制造工藝合理性和結(jié)構(gòu)使用可靠性的關(guān)鍵因素。根據(jù)多年的工程實踐經(jīng)驗，該文針對鋁合金車體所用型材6005A，結(jié)合車頂、側(cè)墻、地板等各大部件的實際生產(chǎn)焊接工藝進(jìn)行分析總結(jié)，探索車體各大部件焊接變形的影響因素以及變化規(guī)律，為得出與部件相匹配的反變形量提供依據(jù)，從而縮短工藝準(zhǔn)備周期，節(jié)約工藝試驗成本；減少實際生產(chǎn)中焊接變形造成焊件尺寸、形狀的變化，減少焊后調(diào)修工作，提高生產(chǎn)效率。

1 車體大部件焊接變形

車體大部件焊接完成后，主要產(chǎn)生2個方向的變形，分別為縱向收縮引起的撓曲變形以及橫向收縮引起的彎曲變形。由于車體大部件縱向長度約為部件本身橫向?qū)挾鹊?倍以上，且所有大部件焊接過程中采用壓緊裝置在通長范圍內(nèi)均布壓緊，因此縱向焊縫收縮引起的撓曲變形在實際焊接過程中可以忽略不計。該文主要試驗分析車體大部件橫向焊接變形的影響因素。

2 車體大部件試驗工藝

2.1 試驗材料

試驗涉及車體大部件車頂、側(cè)墻、地板，各大部件所用型材材質(zhì)均為6005A-T6。所有大部件均由5塊擠壓型材通長焊接而成，各部件長度均為25 m。

車頂、側(cè)墻、地板，各大部件均為8條焊縫；按統(tǒng)一規(guī)律對各焊縫編號，先進(jìn)行反位焊接，編號5～8，后進(jìn)行正位焊接，編號1～4，如圖1所示。

2.2 焊接工藝

車頂、側(cè)墻、地板，各大部件均采用雙手臂自動焊接設(shè)備進(jìn)行焊接；采用同樣的焊接順序，均為先反位，后正位，先中間，后兩側(cè)，即依次為6＼7、5＼8、2＼3、1＼4；各大部件所有焊縫焊接方向均相同。所有部件均采用MIG焊，雙絲焊接，焊接規(guī)范見表1。

保護(hù)氣體采用99.999%的高純氬，所有焊縫采用相同的坡口形式，如圖2所示。

2.3 試驗方法

該試驗采用反變形試驗法以及經(jīng)驗值類比法進(jìn)行，即分別給車頂、側(cè)墻、地板在焊前預(yù)制反變形，對比試件焊后變形與理論輪廓差值的大小，找出合適的反變形數(shù)值，再通過數(shù)據(jù)對比，從而得出焊接變形的影響因素和變化趨勢。

3 焊接變形的影響因素

3.1 焊接順序?qū)ψ冃瘟康挠绊?/p>

焊接順序?qū)圀w大部件焊接變形量影響的分析，以地板為例進(jìn)行試驗。采用理論平面，先進(jìn)行反位焊接，焊后測得向反位翹曲5 mm；而后進(jìn)行正位焊接，焊后測得向正位側(cè)翹曲10 mm。如圖3所示。

由此得出結(jié)論，車體大部件后焊接面變形大于先焊接面。

3.2 輪廓形狀對變形量的影響

工件輪廓形狀對車體大部件焊接變形量影響的分析，采用反變形試驗法。

車頂、側(cè)墻、地板各大部件的預(yù)制反變形量和焊后變形量見表2。

根據(jù)表2，我們可以得出結(jié)論，車頂、側(cè)墻、地板等各大部件的輪廓形狀對變形量有影響，且輪廓曲率越大，變形越大。

3.3 母材設(shè)計結(jié)構(gòu)對變形量的影響

母材設(shè)計結(jié)構(gòu)對車體大部件焊接變形量影響的分析，以側(cè)墻為例進(jìn)行試驗。

對不同型材截面的側(cè)墻2采用反變形法，以現(xiàn)有側(cè)墻的最佳反變形量為基礎(chǔ)，對比分析2種側(cè)墻的試驗數(shù)據(jù)。側(cè)墻與側(cè)墻2型材內(nèi)筋分布位置大體相同，接頭形式相同，但型材截面內(nèi)筋板厚不相同，如圖4所示。

側(cè)墻2反位焊接完成以后，使其處于正位放置狀態(tài)，對其在焊接面的5～8#焊縫位置預(yù)制反變形，焊接前預(yù)制反變形位置及工件狀態(tài)與之前試驗的側(cè)墻完全相同，測量并記錄側(cè)墻2的焊后變形量，兩種側(cè)墻的預(yù)制反變形和焊后變形量對比值見表3。

根據(jù)以上表格，我們可以得出結(jié)論，大部件設(shè)計結(jié)構(gòu)對變形量有影響，且型材截面型腔內(nèi)筋壁厚越大，變形越大。

4 結(jié)論及應(yīng)用

根據(jù)上述車頂、側(cè)墻、地板等車體大部件焊接變形的試驗，分析得出結(jié)論，如下因素對車體大部件焊接變形有影響：

（1）車體大部件焊接順序影響焊后工件變形量；且車體大部件后焊接面變形量大于先焊接面變形量。

（2）車體大部件外形輪廓影響焊后工件變形量；且車體大部件外形輪廓弧度曲率越大，焊接變形量越大。

（3）車體大部件的型材截面內(nèi)筋尺寸影響焊后工件變形量；且型材截面內(nèi)筋板厚越大，焊接變形越大。

通過上述車體大部件焊接變形影響因素的試驗可知，車體大部件焊接變形是有一定規(guī)律可循的，并且反變形方法是對車體大部件進(jìn)行焊接變形控制的最有效工藝方法之一，只要根據(jù)相應(yīng)的變形規(guī)律，采用合適的反變形量，可以保證車體大部件焊后變形與理論輪廓差值控制在1mm以內(nèi)。

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