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铝合金部件焊接变形的产生及控制
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:2/2/2008 阅读:9620

 

 

 

铝合金部件焊接变形的产生及控制

 

 

刘志平,王立夫

 

(中国北车集团  唐山轨道客车有限责任公司  焊接中心,河北  唐山  063035

 

 

摘要:  铝合金在焊接后会产生变形,这在很大程度上增加了焊后调修量,浪费了很多工时,严重时会导致生产进度延期。为了进一步解决铝合金焊接变形的问题,通过对焊接变形的影响因素进行分析,提出了防止焊接变形的方法及焊接顺序制定原则,对今后铝合金的焊接起到了一定的借鉴作用。

关键词:铝合金;焊接变形;焊接顺序

中图分类号: TG404    文献标识码:B

 

铝合金广泛应用于航天、造船、铁道车辆等工业领域。随着我国经济的迅速增长,铁路的发展已是大势所趋。开发制造铝合金动车组项目已经作为国家“十一五”的重点规划项目。近年来,北车集团的几家大型客车制造企业先后与国外知名企业合作,共同生产时速达到200km/h以上的铝合金高速动车组。青岛四方与庞巴迪公司合作生产的时速200km/h CRH1动车组已经开始在沪杭线上运行;长客与阿尔斯通公司合作生产的时速200km/h CRH5动车组也已经在京哈线上运行;唐车与西门子公司合作生产的时速300km/h CRH3动车组正在制造中。铝合金动车组的出现已经成为国家铁路第六次大提速的主导力量,标志着中国铁路已经迈进了高速铁路时代。

1  焊接变形产生的原因

铝合金在焊接过程中,不均匀的加热使得焊缝及其附近的温度很高,冷却后,焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力(纵向内应力和横向内应力),致使焊接结构产生各种变形。由于铝的热导率是钢的3倍,因此铝合金焊接变形的控制要比碳钢结构难度大。铝合金内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形,这是产生焊接应力与变形的根本原因。

2  焊件的残余变形和应力的危害性

在一般铝合金焊接结构中,残余变形的危害性比残余应力大得多,它使焊接部件的尺寸改变而无法组装,使整个构件丧失稳定性而不能承受载荷,使产品质量大大降低,而矫正却要消耗大量的人力和物力,有时甚至会导致产品报废。同时焊接裂纹的产生往往也和焊接残余变形和应力有着密切的关系。因此,在制造铝合金焊接结构时,必须充分了解焊接时内应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律,以控制和减小其危害性。

3  影响铝合金焊接结构变形的主要因素及变形的种类

1)影响铝合金焊接结构变形的主要因素有:焊缝在结构中的位置;结构刚性的大小;装配和焊接顺序;焊接工艺参数的选择。

2)焊接变形的种类有:纵向收缩和横向收缩、角变形、波浪变形;扭曲变形。

3)焊接工艺对焊缝收缩的影响

在焊接铝合金长焊缝时,一般在焊前沿焊缝进行点固焊。焊接铝合金自带垫板的型材时,一般在背部垫板处进行点固焊。这不仅有利于减小焊接变形,还有利于减小焊接内应力。此外装配质量、工装精度以及焊接预留量对焊接变形也会产生影响。对于厚8mm以上铝合金焊接时,焊前需要进行预热,以避免出现焊接裂纹,一般预热温度在100℃左右,这样势必会导致工件收缩变形。除了要有高精度、卡紧力强的工装保证工件焊后尺寸合格之外,V形焊缝坡口也要预留间隙,一般厚8mm的铝合金焊缝间隙要留出45mm,这样既保证焊接时能够焊透,同时又可以减小工件的收缩变形。

在铝合金的焊接过程中,通过分析发现,焊接工艺中影响焊缝收缩量的因素主要有:①焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加;②对接焊缝的横向收缩比角焊缝的横向收缩大;③间断焊缝比连续焊缝的收缩量小;④多层焊时,第1层引起的收缩量最大,以后各层逐渐减小。因此,在打底焊时,对接焊缝V形坡口的间隙要留得稍大些;⑤在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小,约减小40%~70%。

4  防止焊接变形的方法

通过以上的分析,基本了解了铝合金焊接变形的产生原因及变形的种类,针对焊接变形的原因和种类从焊接工艺上进行改进,可以有效防止和减小焊接变形所带来的危害。以下主要介绍几种常见的控制焊接变形的方法。

1)反变形法

在焊前进行装配时,预置反方向的变形量以抵消(补偿)焊接变形。

2)利用装配和焊接顺序来控制变形

采用合理的装配和焊接顺序来减小变形,这在生产实践中是行之有效的好办法。在实际铝合金焊接生产中有许多结构截面形状对称,焊缝布置也对称,但焊后却发生变形或扭曲变形,这主要是装配和焊接顺序不合理引起的,也就是各条焊缝引起的变形未能相互抵消,以致发生变形。

焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一,安排焊接顺序时应注意下列原则:

所有的焊缝必须都焊到(包括被遮盖焊缝)。

焊枪可达到的焊缝才可以被焊接。

对于有焊缝收缩现象的工件,要先焊成组装件,并在图样上标注工艺放量。

尽量让焊缝无拘束收缩,焊接方向由内向外,由中间向两端。

对接焊缝先于角焊缝焊接。

Y形坡口不允许有间隙,先焊Y形坡口,再焊V形坡口。

对于长焊缝,尽量采用对称焊接,需要2名焊工从两侧同时对称施焊,这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。也可以采用对角线焊法或从中间向两边焊。

对于双面焊,焊接顺序以根部清理难易为依据,后焊的一侧应便于前道焊缝的根部清理。

尽量避免工件的不必要的多次翻转。

先焊接截面较大的焊缝,再焊接截面较小的焊缝。

对某些焊缝布置不对称的结构,应该先焊接焊缝少的一侧。

先焊短焊缝,后焊长焊缝;先焊横焊缝,后焊纵焊缝。

当存在焊接应力时,先焊拉应力区,后焊剪应力和压应力区。

位于构件钢性最大的部位最后焊接(尽量能使构件能够自由收缩)。

3)刚性固定法

刚性固定法能有效减小变形,且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大工件不易固定,且焊后撤除固定后,焊件还有少许变形和较大的残余应力。如果与反变形法配合使用则效果更好。对于形状复杂、尺寸不大、又是成批生产的焊件,可设计一个能够转动的专用焊接胎具,既可以防止变形,又能提高生产率。当工件尺寸较大,数量又不多时,可在容易发生变形的部位临时加上一些支撑,增大工件的钢性,也能有效地减小焊接变形。

5  结论

铝合金结构的焊接变形较碳钢结构变形更难控制,制定合理的焊接技术文件尤为重要。通过介绍铝合金结构焊接变形产生原因及影响因素,提出了控制焊接变形的方法及制定焊接顺序的原则,以便有效地控制焊接变形。

 
 
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