铝合金薄板焊接变形预防措施

铝合金薄板焊接变形预防措施2015-04-16一、铝合金薄板焊接研究现状•铝合金薄壁焊接结构因重量轻、耐腐蚀、加工性能优异、易于连接而在高速列车车体大量应用。但由于铝合金的热膨胀系数大、弹性模量小，焊接变形问题相当突出，严重影响结构的制造精度和使用性能。一、铝合金薄板焊接研究现状•铝合金车体用薄板自身拘束度小，再加上铝合金热膨胀系数较大，传统的热输入量较大的焊接方法容易出现熔池下塌或烧穿，容易产生难以矫正的波浪变形。1.铝合金薄板的TIG焊•TIG焊接在铝合金焊接方面应用较多，技术成熟的一种焊接方法。有研究通过手工TIG、自动TIG、脉冲TIG自动焊三种焊接方法的对比试验发现，针对铝合金薄板长焊缝焊接脉冲TIG自动焊较为理想，焊缝接头性能良好，生产效率较手工焊提高了三倍多。为了有效地清除铝合金表面的氧化膜，减少钨极的烧损，焊接薄板铝合金常采用交流TIG焊的方法。2.铝合金薄板的MIG焊•目前，国内高速列车厂家大量采用MIG焊接方法对铝合金车体进行焊接。有人对2mm厚的5052铝合金薄板的MIG焊技术进行研究，通过优化焊接工艺参数，解决了铝合金薄板焊接过程中容易出现的气孔和焊缝成形不良等难题，生产效率是TIG焊的2倍多，焊接质量达到了国际先进水平。还有人对2.5mm厚的1060铝合金薄板进行双脉冲MIG焊实验，提出应使低能脉冲阶段弧长修正值要略高于高能脉冲阶段值，才能获得良好的焊缝。3.铝合金薄板的激光焊•激光焊是一种先进的焊接方法，具有能量集中、焊接变形小，焊缝质量优良和生产效率高等优点。有人通过对激光填丝焊和激光焊未添丝进行薄板焊接对比试验发现，激光填丝焊接工艺参数对5A06铝合金焊接的影响，送丝方式、光丝间距和焊接热输入是影响焊缝成形的主要因素。3.铝合金薄板的激光焊•有人通过铝台金薄板激光单光点和双光点焊接两种焊接工艺进行比较发现，与激光单光点焊接相比，激光双光点焊接铝合金可以明显改善焊缝质量。填加焊丝可以改善激光单光点焊接铝合金焊缝的表面质量但将增大焊缝产生大气孔的倾向。3.铝合金薄板的激光焊•有人提出利用多光路系统对薄板进行激光焊接可以提高激光焊接质量，得到质量优良的焊缝。有人对5A02铝合金薄板的激光焊焊接接头力学性能进行了研究，结果表明激光焊焊缝力学性能仅能达到母材的60％左右。•激光焊接对接头间隙要求严格，焊接铝合金时过程不稳定，容易造成焊接缺陷，铝合金薄板的激光焊焊接接头强度低，焊接缺陷多，不能满足高速列车行业对焊缝质量的要求，难以在高速列车行业应用。4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接•搅拌摩擦焊是一种新型固相焊接技术。铝合金搅拌摩擦焊接接头可以避免产生气孔和凝固裂纹等熔化焊中的常见缺陷，焊接变形小，接头强度高。由于搅拌摩擦焊在轻金属连接中的优势，近年来成为工程研究的焦点。4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接•有人对1.4mm的LF21铝合金薄板进行搅拌摩擦焊焊接实验，焊接强度达到母材的78-83％。有人对于lmm厚度6061-T6铝合金的搅拌摩擦焊工艺展开了相关研究，在优化焊接工艺参数下，接头的抗拉强度可以达到母材的103％。4.铝合金薄板搅拌摩擦焊接•有人对5052铝合金薄板搅拌摩擦焊工艺也进行了研究，取得了很好的焊接效果。搅拌摩擦焊在铝合金薄板的焊接中较其他传统焊接方法体现出明显的优势，是今后高速列车用大幅铝合金薄板焊接的发展趋势之一。二、铝合金薄板焊接变形产生原因•1.焊接热量与焊接变形的关系•焊接是一个金属熔化和再结晶的冶金过程，焊接过程中，容易误认为金属受热膨胀导致焊接变形，但金属的均匀膨胀和冷却不能形成焊接变形，焊接热量的输入只是导致焊接变形的外部条件，但不是焊接变形的直接原因。•2.热膨胀受阻和冷却受阻会导致应力和变形的产生•3.焊接的不均匀受热是导致应力和焊接变形产生的主要原因三、铝合金薄板焊接变形预防措施•控制焊接变形，可在设计部件结构时就考虑，如在保证结构有足够强度的前提下，适当采用部分冲压结构来代替焊接结构，以减少焊缝的数量和尺寸；尽量使焊缝对称布置，以使焊接时产生均匀的变形，防止弯曲变形。在生产实践中，控制变形的措施主要有以下几种：1.焊接顺序•对称焊接是用来克服或减小由于先焊的焊缝在焊件刚性较小时造成的变形。先焊接焊缝少的一侧，后焊接焊缝多的一侧，使后焊缝的变形足以抵消前焊缝的变形，以使总体变形减小。对于较长的焊缝，如果采用连续的直线焊接，将会引起较大的变形，这除了焊接方向因素之外，焊缝受到长时间加热也是一个主要原因。1.焊接顺序•如果在可能的情况下，将连续焊改成分段焊，并适当地改变焊接方向，以使局部焊缝造成的变形适当减小或相互抵消，以达到减小总体变形的目的。在采用分段焊后，由于接头增多，应特别注意焊缝接头的质量。2.反变形法•根据生产实践中已经发生焊接变形的规律，预先把焊件人为地制成一个变形，使其与焊后发生的变形方向相反而大小相近，以达到变形抵消的目的。3.刚性固定法•使用工装将焊件固定，使焊件在非自由状态下焊接，完成后再将其放开，这时焊件的变形较其在自由状态下焊接时的变形小，缺点是这种焊接方式产生的应力较大。4.散热法•散热法即强迫冷却法，是把焊接产生的大量热量迅速散走，使焊缝附近金属受热区域大大减小，以达到减小变形的目的。5.温差拉伸控制法•采用整体式底板并做均匀预热，随焊激冷能够造成一定的温差拉伸，减小焊接变形的效果明显提高；采用分体式底板并进行静态温差拉伸，能够造成显著的马鞍形温度场，有效地降低了焊接残余应力和变形，适当提高预热峰值，温差增大，控制焊接变形的效果提高。四、参考文献•1.6061-T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接；•2.薄板铝合金激光填丝焊组织性能分析；•3.薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制；•4.车用5A02铝合金薄板激光焊接性及接头力学性能研究；•5.动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术；•6.弧长控制对铝合金双脉冲MIG焊的影响；•7.夹具约束对铝合金薄板焊接变形的影响；四、参考文献•8.铝合金薄板激光焊接工艺及YAG激光器多光路系统设计；•9.铝合金薄板脉冲MIG焊技术；•10.铝合金变极性TIG/PAW焊接技术及其应用；•11.温差拉伸控制铝合金薄板的焊接变形。谢谢！