鋁合金隔板體焊接變形控制

■ 邵家霖

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1. 概述

隔板體為我公司專項(xiàng)成套產(chǎn)品中的一個部件，為鋁合金薄板結(jié)構(gòu)件，焊接時極易產(chǎn)生變形，若焊接變形不能及時得到有效控制，會造成焊后校正困難，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品外觀。針對工件結(jié)構(gòu)以及小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，對工藝進(jìn)行了改進(jìn)，運(yùn)用專用工裝輔具以及焊后熱處理消應(yīng)力等手段和方法，使焊接變形得到了很好地控制，生產(chǎn)效率得到提高。

2. 隔板體組成結(jié)構(gòu)

如圖1所示，構(gòu)件主要由立板、彎板、加強(qiáng)板以及擋板等組成。母材均為5083鋁合金，構(gòu)件整體長×寬尺寸為2160mm×1530mm，其中作為主體結(jié)構(gòu)的立板厚度為2mm。立板7與彎板Ⅰ、Ⅲ（序號3、8）為雙面交錯斷續(xù)角焊縫，與彎板Ⅱ（序號1）、加強(qiáng)板Ⅰ、Ⅱ（序號4、2）里側(cè)為斷續(xù)角焊縫，外側(cè)為連續(xù)的坡口角焊縫，其余為連續(xù)角焊縫。

如2圖所示，工藝改進(jìn)前，未利用專用工裝輔具控制變形，讓工件在焊接過程中處于自由變形狀態(tài)，工件總體收縮變形和局部波浪邊形均比較嚴(yán)重（約10mm），尤其是波浪變形，焊后矯正難度大、周期長。

3. 組焊工藝

（1）專用工裝 如圖3所示，針對構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制作了專用工裝，對構(gòu)件進(jìn)行剛性固定和支撐來控制焊接變形。工裝母材均為Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，工件與工裝四周均采用手動螺旋夾具進(jìn)行夾緊固定。

（2）裝焊次序及焊接參數(shù) 采用專用工裝將工件進(jìn)行剛性固定和支撐，完成除最底端兩件擋板9之外所有零件的裝配，在工裝上完成焊接。采用交流TIG焊接方法，純氬氣保護(hù)（純度≥99.97%），焊接參數(shù)如附表所示。

焊接過程中需嚴(yán)格控制熱輸入量，避免熱量過于集中。對于連續(xù)長直焊縫需采用分段退焊的方法，對于其余斷續(xù)焊縫，需從中心向四周對稱焊接。為保證構(gòu)件整體剛度，最先焊接彎板Ⅰ、Ⅲ與本體立板之間的角焊縫，裝配固定時點(diǎn)焊次序需與最終焊接次序保持一致。焊接過程中需嚴(yán)格控制焊件溫度，當(dāng)工件整體溫度超過90℃時，立即停止焊接，待降至室溫時再繼續(xù)施焊。

（3）焊后處理 為了進(jìn)一步控制焊接變形，焊后工裝不從工件上釋放分離，一同進(jìn)行熱處理時效，以消除焊接殘余應(yīng)力，工藝參數(shù)如圖4所示。熱處理結(jié)束后，將工裝拆卸，完成其余兩件擋板的裝配焊接，焊后再進(jìn)行少量的局部矯正。

（4）焊后檢測 如圖5所示，采取以上工藝措施后，對隔板體組件進(jìn)行檢測，與工藝改進(jìn)前相比（見圖2），波浪邊形問題得到了很好的控制，基本上得到了消除。焊接收縮變形也得到了有效控制，長度尺寸偏差≤4mm，寬度尺寸偏差≤3mm，減小了一倍。在此基礎(chǔ)上，下料時進(jìn)一步對相關(guān)單件尺寸放量，以此解決了隔板體焊接收縮變形和波浪邊形的問題。經(jīng)后續(xù)大量生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，除個別構(gòu)件需要調(diào)修，絕大部分焊后都符合技術(shù)和使用要求，真正實(shí)現(xiàn)了對隔板體組件焊接變形的控制。工藝改進(jìn)不僅保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還使焊后矯正所需時間僅為原來的15%，大大縮短了生產(chǎn)周期。

圖1 隔板體結(jié)構(gòu)示意1.彎板Ⅱ 2.加強(qiáng)板Ⅱ 3.彎板Ⅰ 4.加強(qiáng)板Ⅰ5.板Ⅰ 6.凸臺 7.立板 8.彎板Ⅲ 9.擋板

圖2 工藝改進(jìn)前組件外觀

圖3 焊接工裝

焊接參數(shù)

圖4 焊后消應(yīng)力熱處理工藝參數(shù)

圖5 工藝改進(jìn)后組件外觀

4. 結(jié)語

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)特點(diǎn)，通過工藝試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)，優(yōu)化改進(jìn)了隔板體焊接工藝，有效控制了隔板體的焊接變形。不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量，而且還對其他類似的鋁合金構(gòu)件焊接變形的控制提供了借鑒和參考。