淺談鋁合金的焊接變形及糾正措施

安明明 魏同金

中車四方車輛有限公司 山東 青島 266200

鋁合金材料憑借其優(yōu)勢，在造船、鐵路車輛以及航天等領域得到了大范圍應用，成為推動經濟增長的重要資源。作為一種自然界儲量較為豐富的金屬元素，自身的比重較輕，同時具有易成型、熔點低和熱傳導率高的優(yōu)勢，在實際應用中可以滿足輕質化鐵路車輛加工制造需要，有效抵御外界環(huán)境侵蝕。盡管鋁合金有著諸多的優(yōu)勢，但是在投入加工生產中由于熱傳導率較高，因此焊接變形問題較為嚴峻，如何有效改善此類問題，成為加工制造的難點所在。

1 鋁合金焊接變形的原因

鋁合金焊接變形，不同角度劃分的類型有所不同，從基本變形角度劃分，包含橫向變形、縱向變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等。從焊接結構角度劃分，包含整體變形和局部變形。一般情況下，焊接結構局部變形是指部件某部分發(fā)生變形，所產生的的影響較小，便于矯正。整體變形，則是程度較大的扭曲變形或是彎曲變形等，矯正難度較大。

1.1 縱向和橫向變形 縱向變形，是指鋁合金焊接后出現的縱向縮短，隨著焊縫長度增減，縱向收縮量也會隨之增減，成正比例關系。由于鋁合金材料母材線膨脹系數較大，焊接后焊縫收縮量也將隨之擴大[1]。如果使用夾具固定焊件進行焊接處理，可以減少收縮量大概40%～70%左右，但需要注意的是，焊接后所產生的焊接應力較大。

橫向變形，主要是表現為鋁合金焊接后出現橫向縮短，是由于加熱不均勻，材料熱脹冷縮時存在拘束。一般情況下，焊接橫向收縮會隨著板厚增加隨之擴大。在具體生產中，如果焊接順序和方向存在偏差，同樣可能導致橫向焊接便攜性問題出現，同一條焊縫中，最后焊接位置變形最大。

1.2 角變形 此類變形，主要是由于鋁合金板較薄，如果厚度是均勻的，那么溫度分布也是均勻的，則不會有角變形出現。如果焊接鋁板較厚，溫度是不均勻的，溫度高的受熱膨脹系數較大，另一面膨脹系數較小。結合實際情況來看，焊接面膨脹受阻，則會出現壓縮塑性變形情況[2]。

1.3 彎曲變形 彎曲變形，通常是在梁柱或是管道焊接中出現，對焊接結構危害較大。具體的彎曲大小，用撓度表示，數值越大，說明彎曲變形程度越大。

1.4 波浪變形 波浪變形少見，主要是薄板焊接產生，主要是由于角焊縫橫向收縮導致，或是薄板結構焊接中，受到縱向或是橫向預應力作用下導致結構失衡，進而發(fā)生波浪變形。

1.5 扭曲變形 此類變形原因多樣，可能是由于構件零部件形狀不合理，但是為了趕進度強行裝配；裝配質量差，焊件尺寸和位置不符合設計標準；焊件焊接位置或方向不合理[3]。

2 鋁合金焊接變形的糾正措施

針對鋁合金焊接變形問題，如何有效改進，應從焊接結構設計方面綜合考量，確保結構強度符合要求，或是選擇沖壓結構減少焊縫數量和大小。盡可能均勻對稱布設焊縫，最大程度上降低彎曲變形幾率。具體生產中，嚴格把控焊接變形問題，主要表現在以下幾點。

2.1 確定最佳的焊接裝配順序 焊接裝配順序是否合理，很大程度上影響到焊接質量，是否會出現變形。通過對稱焊接，可以有效改善以往最先焊接的焊縫在焊件剛性小時變形，最初焊縫少的一側，后期焊縫多的一側，后期焊縫變形可以抵消之前的變形，將總體的變形程度大大降低[4]。長焊縫，連續(xù)直線焊縫變形較大，加之長時間加熱因素影響，導致焊接變形較大。因此，可以推行分段焊接，調整焊接方向，減少局部焊縫的變形，相互抵消后有效控制總體鋁合金焊接變形問題。但同時，分段焊接方式的應用，一定程度上會增加接頭，因此要注意把控焊縫接頭質量符合要求。

如果是雙面焊，根據根部清理難度來確定最佳的焊接順序，規(guī)避多次翻轉焊件的情況；短焊縫有限焊接，長焊縫后焊接，如果發(fā)現有焊接應力則要優(yōu)先對拉應力區(qū)焊接，最后是剪應力與壓應力區(qū)焊接；剛性較大位置盡可能后焊接，以此來保證焊接件充分的收縮變化[5]。

2.2 選擇剛性固定法 鋁合金焊接變形問題，通過剛性固定法可以有效處理，在非自由狀態(tài)下對焊件進行焊接處理，然后完全放開，在自由狀態(tài)下焊件變形則會小于焊接時的狀態(tài)，但同樣此種方式會導致焊接過程中產生較大的應力。

2.3 反變形法 結合生產實際情況來看，鋁合金焊接變形問題較為常見，應遵循相應變形規(guī)律基礎上，將焊件預制成變形，焊接后變形方向相反，實現作用力相互抵消。

2.4 散熱法 散熱法在實際應用中，其原理是通過快速帶走焊接產生的熱量，減少焊縫周圍受熱區(qū)域的作用力，以此來起到減小和規(guī)避焊接變形的作用。

3 結論

綜上所述，鋁合金屬于一種輕質材料，在鐵路車輛生產中應用較為廣泛，針對材料焊接時可能產生的焊接變形問題，需要予以高度認知和重視。并剖析不同變形產生原因，在此基礎上確定最佳的焊接順序和焊接方法，實現鋁合金焊接變形問題有效控制，提升產品整體加工質量。