淺談鋁合金的焊接變形及糾正措施

安明明 魏同金

中車(chē)四方車(chē)輛有限公司 山東 青島 266200

鋁合金材料憑借其優(yōu)勢(shì)，在造船、鐵路車(chē)輛以及航天等領(lǐng)域得到了大范圍應(yīng)用，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要資源。作為一種自然界儲(chǔ)量較為豐富的金屬元素，自身的比重較輕，同時(shí)具有易成型、熔點(diǎn)低和熱傳導(dǎo)率高的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中可以滿(mǎn)足輕質(zhì)化鐵路車(chē)輛加工制造需要，有效抵御外界環(huán)境侵蝕。盡管鋁合金有著諸多的優(yōu)勢(shì)，但是在投入加工生產(chǎn)中由于熱傳導(dǎo)率較高，因此焊接變形問(wèn)題較為嚴(yán)峻，如何有效改善此類(lèi)問(wèn)題，成為加工制造的難點(diǎn)所在。

1 鋁合金焊接變形的原因

鋁合金焊接變形，不同角度劃分的類(lèi)型有所不同，從基本變形角度劃分，包含橫向變形、縱向變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等。從焊接結(jié)構(gòu)角度劃分，包含整體變形和局部變形。一般情況下，焊接結(jié)構(gòu)局部變形是指部件某部分發(fā)生變形，所產(chǎn)生的的影響較小，便于矯正。整體變形，則是程度較大的扭曲變形或是彎曲變形等，矯正難度較大。

1.1 縱向和橫向變形 縱向變形，是指鋁合金焊接后出現(xiàn)的縱向縮短，隨著焊縫長(zhǎng)度增減，縱向收縮量也會(huì)隨之增減，成正比例關(guān)系。由于鋁合金材料母材線膨脹系數(shù)較大，焊接后焊縫收縮量也將隨之?dāng)U大[1]。如果使用夾具固定焊件進(jìn)行焊接處理，可以減少收縮量大概40%～70%左右，但需要注意的是，焊接后所產(chǎn)生的焊接應(yīng)力較大。

橫向變形，主要是表現(xiàn)為鋁合金焊接后出現(xiàn)橫向縮短，是由于加熱不均勻，材料熱脹冷縮時(shí)存在拘束。一般情況下，焊接橫向收縮會(huì)隨著板厚增加隨之?dāng)U大。在具體生產(chǎn)中，如果焊接順序和方向存在偏差，同樣可能導(dǎo)致橫向焊接便攜性問(wèn)題出現(xiàn)，同一條焊縫中，最后焊接位置變形最大。

1.2 角變形 此類(lèi)變形，主要是由于鋁合金板較薄，如果厚度是均勻的，那么溫度分布也是均勻的，則不會(huì)有角變形出現(xiàn)。如果焊接鋁板較厚，溫度是不均勻的，溫度高的受熱膨脹系數(shù)較大，另一面膨脹系數(shù)較小。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，焊接面膨脹受阻，則會(huì)出現(xiàn)壓縮塑性變形情況[2]。

1.3 彎曲變形 彎曲變形，通常是在梁柱或是管道焊接中出現(xiàn)，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)危害較大。具體的彎曲大小，用撓度表示，數(shù)值越大，說(shuō)明彎曲變形程度越大。

1.4 波浪變形 波浪變形少見(jiàn)，主要是薄板焊接產(chǎn)生，主要是由于角焊縫橫向收縮導(dǎo)致，或是薄板結(jié)構(gòu)焊接中，受到縱向或是橫向預(yù)應(yīng)力作用下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失衡，進(jìn)而發(fā)生波浪變形。

1.5 扭曲變形 此類(lèi)變形原因多樣，可能是由于構(gòu)件零部件形狀不合理，但是為了趕進(jìn)度強(qiáng)行裝配；裝配質(zhì)量差，焊件尺寸和位置不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；焊件焊接位置或方向不合理[3]。

2 鋁合金焊接變形的糾正措施

針對(duì)鋁合金焊接變形問(wèn)題，如何有效改進(jìn)，應(yīng)從焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面綜合考量，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合要求，或是選擇沖壓結(jié)構(gòu)減少焊縫數(shù)量和大小。盡可能均勻?qū)ΨQ(chēng)布設(shè)焊縫，最大程度上降低彎曲變形幾率。具體生產(chǎn)中，嚴(yán)格把控焊接變形問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2.1 確定最佳的焊接裝配順序 焊接裝配順序是否合理，很大程度上影響到焊接質(zhì)量，是否會(huì)出現(xiàn)變形。通過(guò)對(duì)稱(chēng)焊接，可以有效改善以往最先焊接的焊縫在焊件剛性小時(shí)變形，最初焊縫少的一側(cè)，后期焊縫多的一側(cè)，后期焊縫變形可以抵消之前的變形，將總體的變形程度大大降低[4]。長(zhǎng)焊縫，連續(xù)直線焊縫變形較大，加之長(zhǎng)時(shí)間加熱因素影響，導(dǎo)致焊接變形較大。因此，可以推行分段焊接，調(diào)整焊接方向，減少局部焊縫的變形，相互抵消后有效控制總體鋁合金焊接變形問(wèn)題。但同時(shí)，分段焊接方式的應(yīng)用，一定程度上會(huì)增加接頭，因此要注意把控焊縫接頭質(zhì)量符合要求。

如果是雙面焊，根據(jù)根部清理難度來(lái)確定最佳的焊接順序，規(guī)避多次翻轉(zhuǎn)焊件的情況；短焊縫有限焊接，長(zhǎng)焊縫后焊接，如果發(fā)現(xiàn)有焊接應(yīng)力則要優(yōu)先對(duì)拉應(yīng)力區(qū)焊接，最后是剪應(yīng)力與壓應(yīng)力區(qū)焊接；剛性較大位置盡可能后焊接，以此來(lái)保證焊接件充分的收縮變化[5]。

2.2 選擇剛性固定法 鋁合金焊接變形問(wèn)題，通過(guò)剛性固定法可以有效處理，在非自由狀態(tài)下對(duì)焊件進(jìn)行焊接處理，然后完全放開(kāi)，在自由狀態(tài)下焊件變形則會(huì)小于焊接時(shí)的狀態(tài)，但同樣此種方式會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力。

2.3 反變形法 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況來(lái)看，鋁合金焊接變形問(wèn)題較為常見(jiàn)，應(yīng)遵循相應(yīng)變形規(guī)律基礎(chǔ)上，將焊件預(yù)制成變形，焊接后變形方向相反，實(shí)現(xiàn)作用力相互抵消。

2.4 散熱法 散熱法在實(shí)際應(yīng)用中，其原理是通過(guò)快速帶走焊接產(chǎn)生的熱量，減少焊縫周?chē)軣釁^(qū)域的作用力，以此來(lái)起到減小和規(guī)避焊接變形的作用。

3 結(jié)論

綜上所述，鋁合金屬于一種輕質(zhì)材料，在鐵路車(chē)輛生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，針對(duì)材料焊接時(shí)可能產(chǎn)生的焊接變形問(wèn)題，需要予以高度認(rèn)知和重視。并剖析不同變形產(chǎn)生原因，在此基礎(chǔ)上確定最佳的焊接順序和焊接方法，實(shí)現(xiàn)鋁合金焊接變形問(wèn)題有效控制，提升產(chǎn)品整體加工質(zhì)量。