【鋁合金的焊接變形的影響因素及應對對策3500字（論文）】

鋁合金的焊接變形的影響因素及應對策略目錄前言 前言焊接技術作為一種先進的制造工藝在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟建設中起著舉足輕重的作用。新的焊接工藝方法不斷涌現(xiàn)，專業(yè)焊接設備日新月異。與此同時，國內外焊接設備生產(chǎn)企業(yè)也紛紛通過各種方式展示自身的實力。實現(xiàn)高效焊接主要依賴于兩種方式：一是大幅提高焊接速度，二是大幅提高熔敷率，提高焊速的同時熔滴過渡和熔池流動狀態(tài)的不穩(wěn)定會導致焊縫咬邊甚至“駝峰”焊道，加大焊接電流會導致作用于熔滴和熔池的電弧力急劇增加，破壞焊接過程的穩(wěn)定性并使母材熱輸入升高而導致焊縫組織變差、焊接變形變大[9]。1、現(xiàn)代焊接技術相關介紹1.1激光焊接技術激光焊接顧名思義就是傳統(tǒng)焊接技術與現(xiàn)代激光科技的結合[1]，其主要是利用利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，利用激光本身的高度聚焦，在短時間內形成強烈的脈沖，從而對材料進行加工和切割。激光焊接技術借助于特定的戒指的往復振蕩，并且對這一輻射能量進行聚焦，由此超過材料的燃點，最終實現(xiàn)不同材料之間的粘連。激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件，亦可相互接合各種異質材料。1.2遠程激光焊接工藝RLW的理念并不是特別新奇，其原理主要是通過掃描儀，在工件上方一定距離對聚焦的激光光束進行反射和定位，焦距通常在1000~1600mm之間[2]。掃描儀能夠幫助激光光束正確投射在面積為1m×1m，甚至是超過2m3的大型工件上，焊接速度可達30m/min。焊接速度可以從6m/min提高到30m/min，具體焊接速度取決于所配置激光器的輸出功率。掃描頭的不間斷運動與快速定位，使RLW系統(tǒng)在焊縫之間移動所需的時間僅為50ms，而機器人定位通常需要2-3s。圖1.1RLW應用于可達性差的工件焊接1.3電子束焊電子束焊是一種高能束流焊接方法。一定功率的電子束經(jīng)電子透鏡聚焦后，其功率密度可以提高到106W/cm2以上。電子束傳送到焊接接頭的熱量和其熔化金屬的效果與束流強度、加速電壓、焊接速度、電子束斑點質量以及被焊材料的熱物理性能等因素有密切的關系。可以焊難熔金屬、化學活潑性強的金屬以及復合材料、異種金屬。焊接工藝參數(shù)易于調節(jié)，工藝適應性強，重復性和再現(xiàn)性好。真空電子束所具有的攪拌作用，打碎了枝晶，使得焊縫區(qū)晶粒的取向沒有方向性，并且使晶核數(shù)目增加，從而細化了晶粒，使得焊接接頭性能有顯著提高。1.4超聲波焊一種以機械能為能源的固相焊接方法。進行超聲波焊時，焊接工件在較低的靜壓力下，由聲極發(fā)出的高頻振動能使接合面產(chǎn)生強裂摩擦并加熱到焊接溫度而形成結合。超聲波焊可以用于大多數(shù)金屬材料之間的焊接，能實現(xiàn)金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接。可適用于金屬絲、箔或2～3mm以下的薄板金屬接頭的重復生產(chǎn)。焊縫金屬的物理和力學性能不發(fā)生宏觀變化，其焊接接頭的靜載強度和疲勞強度都比電阻焊接頭的強度高，且穩(wěn)定性好。被焊金屬表面氧化膜或涂層對焊接質量影響較小，焊前對焊件表面準備工作比較簡單。2、摩托車車架的高效電弧焊接2.1焊條電弧焊的原理焊條電弧焊是最常用的熔焊方法之一。在焊條末端和工件之間燃燒的電弧所產(chǎn)生的高溫使藥皮、焊芯和焊件熔化，藥皮熔化過程中產(chǎn)生的氣體和熔渣，不僅使熔池和電弧周圍的空氣隔絕，而且和熔化了的焊芯、母材發(fā)生一系列冶金反應，使熔池金屬冷卻結晶后形成符合要求的焊縫。2.2焊接設備的選擇選用推絲式半自動CO2氣體保護焊機，型號為JC-350，可適用于厚度為2～8mm材料的全位置焊接。采用直徑為1.2mm的H08Mn2Si焊絲[5]，單面焊雙面成形焊縫的熔滴過渡形式為短路過渡。在焊接時適當降低規(guī)范，選用較低的線能量，可以有效地防止焊接變形，但線能量不能過低，否則影響焊接質量。2.3坡口形式的設計坡口是根據(jù)設計或工藝的需要，在焊件的待焊部位加工出的一定幾何形狀的溝槽。CO2氣體保護焊對坡口形式的要求較為嚴格，坡口角度依據(jù)GB985-88《手弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》的標準要求采用單邊V形坡口，坡口角度在45°±5°，對提高坡口精度以及焊接質量，起到了很好的作用。，在保證車架承載能力的情況下，應盡量減小焊縫尺寸，但并不是說焊縫尺寸越小越好，焊縫尺寸太小，冷卻速度快，容易產(chǎn)生裂紋、熱影響區(qū)硬度過高等焊接缺陷；應在保證焊接質量的前提下，按板厚(管壁厚)來選取工藝上允許的最小焊縫尺寸。3、焊接工藝參數(shù)的選擇3.1焊接電流焊接電流是確定熔深的主要因素，當焊接電流太大時,則焊縫背面容易燒穿、出現(xiàn)咬邊、焊瘤，甚至產(chǎn)生嚴重的飛濺和氣孔等缺陷；電流過小時，容易出現(xiàn)未熔合、未焊透、夾渣和成形不好等缺陷。試驗表明：當選用直徑為1.2mm焊絲時，單面焊雙面成形的封底焊接電流為85～100A較為合適。3.2焊接電壓在短路過渡的情況下，焊接電壓增加則弧長增加。焊接電壓過低時，焊絲將插入熔池，電弧變得不穩(wěn)定。所以焊接電壓一定要選擇合適，通常焊接電流小，則焊接電壓低；電流大，則焊接電壓高。查《焊工使用技術手冊》中可知，當焊接電流為85-100A時，選擇焊接電壓為19V較為合適。3.3焊接速度當焊絲直徑、焊接電流和電壓為定值時，熔深、熔寬及余高隨著焊接速度的增大而減小。半自動焊時，熟練焊工的焊接速度為18m/h-36m/h。3.4焊絲伸出長度焊絲的成分必須與母材具有良好的親合性，焊絲的直徑應與上述焊接電流相匹配。一般焊絲的伸出長度約為焊絲直徑的10倍左右，因此此次焊絲伸出長度選擇12mm較為合理。3.5焊接次序不合理的焊接次序將導致較大的焊接變形和焊接殘余應力。在車架總成焊接過程中，宜首先采用手工電弧焊焊接加強筋與立管聯(lián)接的底部焊縫，為降低該部分接頭的焊后殘余應力，提高接頭的承載強度；鑒于摩托車車架對稱布置的焊接接頭較多。因此，應采用對稱焊接順序施焊，以減少焊接變形。4、防止焊件變形的有效技術以及措施4.1合理選擇焊接規(guī)范在焊接前，合理選擇焊接規(guī)范，對減少焊件變形影響很大。如隨著電流強度的增加，焊件的變形相應增大。焊縫的焊接順序對減少焊件變形有很大意義，結構上的焊縫，應該使被連接的兩個部件之間的焊縫最后焊成。對于柱形板結構，應該先焊縱向(軸向)焊縫，然后焊環(huán)形焊縫，否則，會使結構中央引起凸起變形，甚至裂縫。若焊件是一些鋼板組成的金屬板，應首先拼焊鋼板的橫向焊縫，當組成單個板條后，可采用分段焊，每一段都是朝著與施焊總方向相反的方向施焊，即采用逆向焊接法。選擇合理的裝配焊接順序是鋁合金結構焊接生產(chǎn)中，控制焊接變形必用的方法之一。4.2局部高溫回火局部高溫回火是將焊縫及其附近應力較大的局部區(qū)域加熱到高溫回火溫度，然后保溫及緩慢冷卻的熱處理工藝。常用于管道、長筒形容器的焊接接頭和長構件的對接接頭等。局部高溫回火難以完全消除殘余應力，但可降低其峰值使應力的分布比較平緩。消除應力的效果取決于局部區(qū)域內溫度分布的均勻程度。有足夠的加熱寬度，可以取得較好的降低應力效果。4.3焊縫外觀成型檢查、內部缺陷檢測在整個焊接過程中，對焊縫的質量進行了嚴格控制。焊縫外觀指派專業(yè)的檢查人員進行檢查，確保焊縫外觀質量滿足要求;外觀檢查合格后移交，進行環(huán)縫100%超聲波探傷和十字接頭部位的射線探傷。保證產(chǎn)品試板所用鋼板的材質與鋼箱梁代表部位的材質相同;坡口形式和施焊條件均與正式焊縫相同，并對產(chǎn)品試板進行了剛性固定，在一定的拘束狀態(tài)下施焊，使產(chǎn)品試板能反映正式產(chǎn)品的內部質量。產(chǎn)品試板的焊縫經(jīng)探傷合格后，由焊接主管工程師跟蹤送試驗室進行接頭拉伸、彎曲和焊縫金屬低溫沖擊試驗?？偨Y本文得到的分析結果主要依據(jù)課題的實際情況，體現(xiàn)的只是單一結構件焊接工藝的設計結果，影響焊件變形的因素是多方面的，在實際的焊接過程中，焊接變形和焊接應力的控制是保證焊接質量的重要環(huán)節(jié)。但因為材料、結構以及焊接環(huán)境等因素的復雜性，要保證焊接質量就必須根據(jù)現(xiàn)場條件、焊接結構、焊接工藝和已有的經(jīng)驗進行具體分析，采用合理的焊接方法和控制措施，以減少和消除焊接應力和焊接變形。此外，還應該在實踐中不斷總結、積累焊接經(jīng)驗，提高控制焊接應力和焊接變形技術水平。參考文獻[1]張占嶺.軌道車輛鋁合金車體焊接工藝探究[J].裝備制造技術.2012(04)[2]白建軍.掌握焊接變形因素減少焊件焊接變形[J].中國石油和化工標準與質量.2014(06)[3]季凱，姚廣春.高速列車用