期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 摘 要：铝合金由于重量轻，比强度高，耐腐蚀性能良好，无磁性，成型性好及低温性能良好等特点，被广泛应用于各种焊接结构产品中.因此提高铝合金焊接的生产效率和焊接质量，减少焊接缺陷，掌握铝合金焊接应力与变形已成为实际生产的迫切要求.本文综述了铝合金在焊接过程中12种焊接方法产生的焊接应力与变形，操作技巧与禁忌.
关键词：铝合金、焊接、应力、变形、火焰调修
0 引言
铝合金焊接过程中，由于铝合金弹性模量小，热导率和热膨胀系数高，焊后在焊接结构中不可避免地产生焊接残余应力与变形，从而影响焊接结构的质量与可靠性，分析研究铝合金结构焊接应力与变形问题，在结构设计阶段考虑焊接结构残余应力与变形的大小与分布及预防措施，选择合理焊接工艺和优化设计来减少和控制残余应力与变形，对高效地进行铝合金焊接结构的生产具有重要的理论和实际意义.
制造业的发展离不开高素质的技术队伍，由于焊接变形的多样性和复杂性，这就使得掌握焊接变形技术具备较强的广泛性和综合性.同时还具有一定的理论水准和操作技巧，因此从事本项工作的操作人员不但应具备较广泛的基础理论知识和一定的实际操作经验，还要求在焊接方案的选择中具有对相关理论知识的近一步理解和灵活应用能力.
1 焊接应力与变形的产生
1.1 焊接残余应力与残余变形的产生机理
焊接的不均受热导致应力与焊接变形的主要原因，焊接温度是一个不均匀的温度场，距离焊接电弧越近，温度越高，远离焊接电弧的区域基本上不受温度的影响，在焊接熔化过程中，温度高的区域，热膨胀大，必然会形成温度低、膨胀系数小的区域压缩膨胀系数大的区域，焊接冷却过程中，冷却快的区域，必然受到冷却慢的区域拉伸，形成拉伸应力.由于焊接温度场不仅仅在横向、纵向存在差异，在厚度方向上也存在差异，这种力的相互作用非常复杂，只能从趋势上定义，厚度上的温度差异更容易导致角变形的产生，横向、纵向温度差异导致尺寸变短.在生产实践中，要牢牢记住，焊接变形的主要特征是焊缝变形的方向是焊缝向焊接平面的下方走.角变形垂直焊缝方向向上走，这一点是制定焊接调修和焊接顺序的重要依据.
1.1.1 焊接顺序的影响因素：
通过适当的焊接顺序，可以抵消焊接内应力和增大结构刚性，焊接顺序的制定因地、因件而异，不是唯一的，虽然没有固定的规律，但还有一些基本原则，无论什么场合都适用：
（1）先短后长；
（2）先里后外；
（3）先中心后两侧；
（4）先平后仰；
（5）最后焊接具有最大收缩的焊缝；
（6）对于对称焊接，最后一道焊道要给焊接变形留一定空间，保证最后焊接的焊缝有变形的位置，而没必要在工装卡具上焊接反变形.
1.1.2 减小和消除焊接应力的方法
（1）合理选择焊接顺序和方向；
（2）采用反变形法；
（3）局部加热法；
（4）锤击焊缝法；
（5）预热法；
（6）小热输入法.
1.2 焊接残余应力的种类及产生原因
焊接残余应力包括：温差应力、冷缩应力和拘束应力等.产生的原因如下：
（1）温差应力：由于焊接是一个局部的快速加热和冷却的过程，因而焊件各点在同一时间内有不同的温度，温度不同的金属由于不能自由膨胀，就会产生应力;
（2）冷缩应力：焊缝金属冷却时产生局部收缩，由于受到邻近金属的限制，即产生拉应力,其大小与铝合金的线膨胀系数,焊件厚度,焊接方法等因素有关；
（3）拘束应力:焊件被外界条件固定后,由于焊接过程中的变形受到限制而产生的应力.
备注:l=α×L(t2-t1),其中l为伸长量,α为线膨胀系数, t1为未受热区域的温度, t2为受热区域的温度,L为铝合金单件长度.
2 降低焊接应力与减少变形的方法
2.1 减少焊接变形的方法
（1）对称布置焊缝；
（2）减小焊缝尺寸；
（3）对称焊接；
（4）先焊横缝；
（5）逆向分段焊；
（6）反变形法；
（7）刚性固定法；
（8）锤击法；
（9）散热法.
2.2 降低焊接应力的方法
（1）避免焊缝过分集中；
（2）减少焊件局部刚性；
（3）避免应力集中；
（4）采用刚性小的接头形式；
（5）先焊收缩量大的焊缝；
（6）合理的焊接顺序；
（7）锤击焊缝；
（8）加热减应区.
2.3根据焊件的不同要求选用降低应力与减少变形的方法
（1）结构要求控制变形时,可选用刚性固定法,反变形法和逆向分段焊接等.
（2）结构要求控制应力时,可选用预热,锤击焊缝法等.
（3）若以减少变形为主,尽可能使各条焊缝的变形限制到最小值或使其变形方向相反,相互抵消,可选用对称焊、逐步退焊、分中对称焊、跳焊.
（4）若以降低应力为主，尽可能使各条焊缝能自由收缩或者受阻碍较小，应先焊收缩量大的焊缝，焊缝方向指向自由端.
（5）限制波浪变形，以刚性固定较好，限制角变形和弯曲变形，以反变形法或刚性固定法联合使用，原则是：刚性小的焊件采用弹性反变形，刚性大的焊件则以塑性反变形较好.
（6）对纵向或者横向收缩，一般采用下料时预备长度以补偿缩短量.
2.4 矫正残余变形的方法
（1）机械矫正法;
（2）火焰矫正法.
2.5 火焰矫正法的工艺要求
2.5.1 加热方式
加热方式有点状加热，线状加热和三角形加热三种.点状加热用于矫正刚性小的薄件.线状加热用于矫正中等刚性的焊件，有时也可用于薄件.三角形加热可用于矫正刚性较大的焊件.
2.5.2 加热温度和速度
加热温度一般在150℃~220℃之间.
加热速度与变形量有关，矫正变形量大的，一般用中性火焰，大火慢烤，矫正变形量小的一般用氧化焰，小火快烤.
2.5.3 加热范围
加热位置总是在变形凸起的部位进行，加热长度不超过总长的70%,宽度一般为板厚0.5~2倍，深度一般为板厚的30%~50%.
2.5.4 加热火焰
（1）正常情况下，用微氧化焰；
（2）当变形较大或要求加热深度大于5mm时，可采用较小的移动速度，用中性焰；
（3）当变形不大或要求加热深度小于5mm时，应采用氧化焰和较快的加热移动速度.
2.6 火焰矫正的操作方法和技巧
火焰矫正对焊件的矫正效果，取决于火焰加热的位置，加热区域的形状和火焰的热量，不同的加热位置可以矫正不同方向的变形.加热位置应选择在金属纤维较长的部位，即材料产生弯曲变形的外侧.如果加热位置选择错误，非但不能起到应有的矫正效果，而且还可能产生新的变形，与原有的变形相对工件矫正变形方向和变形量都起着较大的影响，被矫正工件上穿过加热区纤维长度相差最大的方向为工件弯曲变形最大的方向，其变形量与穿过加热区的长度差成正比.用不同的火焰热量加热，可以获得不同的矫正变形的能力.若火焰的热量不足，就会延长加热时间，是受热范围扩大，相平行的纤维之间的变形差减小，这样就不易矫正，所以加热速度越快，热量越集中，矫正能力也越强，矫正变形量也越大.
3 结 语
焊接规范对焊接接头强度基本无影响，铝合金焊接接头易出现气孔，焊接缺陷，强度偏低的焊接接头绝大部分有焊接缺陷存在，有缺陷的焊接接头只为平均强度的77%，因此评价材料强度时一定要以断面检测焊接缺陷的焊接接头试验件.不能取平均值. 焊件朝哪一个方向弯曲与焊缝对焊件断面重心的位置有关。火焰矫正虽然是效果较显著的矫正方法,但是在矫正变形量的控制能力方面还是较差,尤其是对于火焰矫正效果特别敏感的工件,如细长件的矫直矫正,薄板件的矫平矫正等.因此对于变形量较大的这类工件的矫正,火焰矫正只能作为粗矫正的方法,与其相配合的应是后续的机械矫正;对于变形量较小且要求较高的这类工件的矫正就不应采用火焰矫正,否则有可能会导致更大的变形.
参考文献：
[1]机械工业冷作加工操作技巧与禁忌
[2]王炎金主编、奚国华主审，铝合金车体焊接工艺[M].，机械工业出版社.
论文作者:周晶辉 臧铁军 李栋梁
论文发表刊物:《科技中国》2017年9期
论文发表时间:2018/2/9
标签：应力论文; 铝合金论文; 火焰论文; 刚性论文; 温度论文; 残余论文; 工件论文; 《科技中国》2017年9期论文;