大型鋁合金構件的焊接工藝設計

撰文/臧鐵軍

■130062 中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春

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大型鋁合金構件的焊接工藝設計

撰文/臧鐵軍

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進入21世紀以來，社會現代化水平不斷提高，我國開始注重現代裝備業的發展，與此同時，工業發展在我國經濟比重中所占的比例越來越大。在這樣的背景下，鋁合金構件在整個機械制造業中所起的作用也越來越明顯。而且隨著鋁合金材料使用量的不斷擴大，為了使得鋁合金構件能夠更好的應用到現代高端設備中，需要在使用過程中對其各種性能進行不斷優化。但是與其他金屬材料相比，鋁合金材料具有傳熱性強、膨脹系數大的特點，所以這就導致了該材料在焊接的過程中具有較快的散熱速度，所以鋁合金材料在焊接的過程中容易出現各種變形問題。所以，為了使鋁合金材料能夠更好的適應現代工業的需求，需要我們在進行鋁合金焊接時注重其變形研究，要通過合理的控制進而使得鋁合金構件的各項性能大大提高，同時這也是保證我國裝備制造技術水平不斷提高的前提。關鍵詞：鋁合金構件；焊接工藝；性能優化

引言

在工業行業迅速發展的今天，為滿足生產需求通常都需要耗費較多的鋼材，而且在傳統的焊接鑄造過程中，一般采用鋼材進行焊接鑄造，這往往會造成較大的鋼材消耗，而且生產過程中還會造成大量的能源消耗。近年來，我國的能源消耗量逐漸變大，再加上國家環保政策的大力推崇，在工業生產中鋁合金材料的應用也越來越普遍。鋁合金材料生產出的構件不僅重量較輕，而且具有漂亮的外觀和較強的散熱性，這些優良性能受到了消費者的廣泛歡迎，這也為該行業的迅速發展打下了一定的基礎。但是由于鋁合金材料應用到工業領域中才剛剛開始，鋁合金在實際應用中的生產手段還不夠完善，焊接工藝還有待優化。下面，本文就現階段如何做好大型鋁合金構件的焊接工藝優化設計工作作具體闡述。

鋁合金構件在焊接過程中的難點分析

a焊接變形是鋁合金構件在焊接過程中所面臨的主要難點之一

而產生焊接變形的原因是多方面的，其中，無外乎以下幾種；第一，鋁合金構件在焊接過程中所傳遞的熱量是有一定界限的，如果鋁合金構件單位時間內所傳遞的熱量超出了這個范圍，就有可能發生焊接變形，而且特別是對于一些傳導效率較大的鋁合金材料，如果處理不當，就很有可能加速母材的熔化，這不僅會導致焊接失敗，而且這也是產生焊接變形的重要原因。第二，為了滿足焊接過程中的性能需求，需要交替的進行冷工藝和熱工藝操作，其中，熱加工是為了對焊接部位的軟化，而冷加工則是為了更好的滿足模具定型。由于冷熱加工的工序較為復雜，所以經常會出現一些不符合操作流程的現象，這也是導致焊接構件變形的重要原因。第三，焊接過程中熱量不均勻也是導致焊接變形的重要原因；這是因為如果焊接過程中出現受熱不均勻的話，那么不同的鋁合金構件會根據熱量的不同而產生相應的反應，進而導致鋁合金變形。

b焊接過程中會由于氧化作用而產生二次污染

鋁合金材料中富含鐵、鎂、鋅、鋁等活潑金屬材料，而且金屬材料一般都長期暴露在空氣中，在一定的溫度條件下，鋁合金中的鋁元素很容易與氧氣發生反應，而且氧氣具有較強的氧化性，進而把鋁單質氧化成三氧化二鋁，而該種材料很容易在鋁合金表明形成一種薄膜，該薄膜的熔點能夠超過2000攝氏度，而鋁合金材料的熔點大約600攝氏度，三氧化二鋁薄膜的熔點遠遠超過鋁及鋁合金的熔點，這就為鋁合金構件的焊接造成了更大的難點。同時，這也是導致產生二次污染的重要原因；為此，應該在焊接前對所要焊接部位進行認真的清除，進而保證焊接部位的清潔性，進而避免二次污染的產生，同時，這也是避免焊接缺陷產生、保證焊接質量、提升焊接性能的重要措施。

c鋁合金材料在焊接過程中容易產生氣孔，進而降低材料性能

氫氣是對鋁合金進行焊接過程中所必須的氣體材料，而正是由于氫氣的存在，導致鋁和鋁合金焊接時產生大量的氣孔。在對鋁合金材料進行焊接時，在高溫條件下鋁合金材料會融化成液態鋁，而液態鋁材料則能溶解大量的氫，固態鋁幾乎不溶解氫，為了滿足生產需求需要對熔池溫度進行調控，進而滿足快速冷卻與凝固的要求，而在這個過程中氫氣不能夠及時逸出，就會停留在焊縫中，等到焊接完成，材料冷卻下來以后，則容易在焊縫中聚集形成氣孔。經過多年的實踐表明，焊接過程中氣孔的存在是影響鋁合金構件性能的重要因素。而由于氫氣是焊接過程中的必須材料，所以氫氣孔難于完全避免，只能通過一定的技術操作使其盡可能的降低。氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。所以，為了滿足鋁合金構件的性能要求，必須不斷優化其焊接過程，進而滿足性能要求。

優化鋁合金焊接工藝的措施

a制定合理的焊接設計方案

隨著機械生產制造業的不斷發展，近年來形成了許多新的焊接工程技術。而且目前社會上盛行的工藝手段也越來越多，為此，焊接人員應該在根據實際的工藝需求情況選擇合理的焊接手段，焊接工藝選擇的合理與否至關重要，因為這關系著日后的實際操作。其次，在焊接手段確定后，焊接人員需要確定好鋁合金構件的尺寸、規格和形狀等要素，并且對其進行細致的規劃，并且對每一件構件的各種要素都要做好細致的說明，構件和母材之間的縫隙越小越好，所以對于焊縫較大的材料應該對其進行仔細的研究分析，盡可能的將不良影響降低到最低。最后，在實際的焊接工藝進行前，應該對其進行模擬焊接，這是提高焊接施工有效性的重要保障，而且經過近些年的實踐表明。該方法值得被進一步推廣使用。

b應在焊接過程中不斷提高其焊接技能

焊接技術人員在具體的焊接過程中要按照嚴格的步驟來執行，并且在要不斷提高焊接技藝，從焊接施工的準備階段開始，防止焊接過程中出現瞬間變形以及焊接結束之后的殘余變形。首先，在焊接工作進行前，技術人員應該對構件的規格和標準進行仔細確認，并且通過具體實驗來觀察鋁合金材料的性能是否滿足要求。其次，在焊接時，技術人員應該按照嚴格的標準進行實際焊接，而且要保證機械設備的完備性，盡可能的保持各個部位受熱均勻，進而減少那些瞬間出現的變形現象。

c加強焊接技術的研究

鋁合金材料是目前設備制造行業最常使用的金屬材料，而焊接變形則是鋁合金材料在使用過程中最常出現的問題，所以為了滿足性能要求，技術人員應該在實際工程中加強對焊接技術的研究。在進行焊接操作前，焊接人員應該對焊接部位可以承受的熱量值進行準確的測定，而且還應該準確的把握焊接縫隙的尺寸，進而全方面的把握殘余變形發生的可能性，滿足性能要求。

結語

綜上所述，在設備制造行業發展迅速的今天，鋁合金材料已經成為目前設備制造行業最常使用的金屬材料，為此，做好鋁合金構件的焊接工藝設計至關重要；為此，工藝人員應該制定出具有針對性的焊接技術優化措施，如此，才能夠為裝備制造行業提供高性能的鋁合金構件產品。

參考：

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