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1、技术讲座 铁道机车车辆工人 第2期2007年2月 文章编号:1007-6042(2007)02-0024-03铝合金工件的焊接变形及控制措施孟宪福 高 栋(南车四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266031)摘 要:介绍了铝合金工件在焊接过程中容易出现的焊接变形及纠正措施。关键词:铝合金;焊接变形;控制措施中图分类号:TG457.14 文献标识码:B1 铝合金工件的焊接变形及原因铝合金工件的焊接变形按基本变形的形式可分为纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等几种;按焊接结构的变形
2、形式可分为局部变形和整体变形。焊接结构的局部变形是指其某一部分发生的变形,它主要包括角变形和波浪变形两种,这种变形对结构一般影响较小,也易于矫正。焊接结构的整体变形是指整体发生形状和尺寸的变化,它包括纵向和横向变形、弯曲变形、扭曲变形等,这种变形对结构影响比较大也难以矫正。1.1 纵向及横向变形(1)纵向变形。焊接产生的纵向变形主要是纵向缩短。焊缝的纵向收缩量一般随焊缝长度的增加而增加。另外,铝合金材料线膨胀系数大,其焊后焊缝纵向收缩量也大;多层焊时,第一层引起的收缩量最大,这是因为焊第一层时焊件的刚性较小,如果焊件在夹
3、具固定下焊接,其收缩量可减小40%～70%,但焊接后将引起较大的焊接应力。(2)横向变形。焊接产生的横向变形主要是横向缩短。由于不均匀的加热,使焊缝和母材的受热部分在膨胀和冷却时都受到拘束。与纵向焊接变形原因类似,最终导致焊缝产生横向缩短。一般对接焊的横向收缩,随着板厚的增加而增加,同样板厚,坡口角度越大,横向收缩量也越大。在生产实践中,同样焊接某对接焊缝,如果在焊接次序和方向上不同,会出现不同的横向焊接变形。在同一条直焊缝中,最后焊的部分横向变形最大。1.2 弯曲变形弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等零部件,对这类焊件的
4、生产造成了—24—©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 技术讲座 铁道机车车辆工人 第2期2007年2月 较大的危害。弯曲变形的大小以挠度的数值来度量。挠度越大,即弯曲变形越大。弯曲变形可由纵向收缩或横向收缩造成。1.3 角变形针对铝板的堆焊或对接而言,如果铝板很薄,可以认为在铝板厚度方向上的温度分布是均匀的,此时就不易产生角变形。但在焊接(单面)较厚铝板
5、时,在铝板厚度方向上的温度是不均匀的,温度高的一面受热膨胀较大,另一面膨胀小甚至不膨胀。由于焊接面膨胀受阻,出现了较大的横向压缩塑性变形。这样,在冷却时就产生了在铝板厚度方向上收缩不均匀的现象,焊接一面收缩大,另一面收缩小。1.4 波浪变形波浪变形容易在薄板焊接结构中产生,有两种原因:一种是由于薄板结构焊接时纵向和横向的压应力使薄板失去稳定而造成波浪形的变形;另一种是由角焊缝的横向收缩引起的角变形。1.5 扭曲变形扭曲变形的产生原因很多:焊接时工件位置和尺寸不符合图样的要求;构件的零部件形状不规范而强行装配;焊接顺序及方
6、向不对等。通过对上述几种基本变形形式的分析可知,产生焊接变形的根本原因是焊缝纵向及横向的应力。2 影响焊接变形的因素2.1 结构刚性与焊接顺序某些金属结构在力的作用下不容易发生变形,是因为它的刚性大。衡量焊接接头刚性大小的一个定量指标是拘束度。拘束度越大刚性越大。焊接结构的刚性是在装配、焊接过程中逐渐增大的,结构整体的刚性总比它的零、部件刚性大。所以,尽可能先装配成整体,然后再焊接,可减小焊接结构的变形。但是也并非所有焊接结构都可以采用先装配后焊接的。有了合理的装配方法,如没有合理的焊接顺序,即使焊缝对称的结构,结果还会
7、引起变形。2.2 材料、工艺因素(1)焊接材料的线膨胀系数。线膨胀系数大的材料,其焊接变形也大。铝合金材料的线膨胀系数比碳钢的大很多,因此铝合金的焊接变形同等情况下比碳钢的焊接变形大。—25—©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 技术讲座 铁道机车车辆工人 第2期2007年2月 (2)焊接方法。焊接方法对焊接变形影响很大,热输入量少的焊接方法就比热输入量多
8、的变形小很多。生产实践证明,采用TIG焊接方式就比MIG氩弧焊的变形小。(3)焊接工艺参数。主要是指焊接电流和焊接速度,两者直接影响焊接线能量的大小。一般焊接变形随着焊接电流的增大而增大,随着焊接速度的增大而减小。制定合理的焊接工艺参数可以在很大程度上减少焊接变形量。(4)焊接方向。对一条直焊缝来说,如果采用按同一方
