孙龙龙
西北电力建设第三工程有限公司 陕西省 712000
摘要：随着铝合金在航空航天、动车、与控制已经成为一个热门研究方向。汽车等领域的广泛应用，结构件焊接变形的预测了解铝合金焊接变形的规律，采取合理的焊接工艺控制和降低焊接变形量，对提高产品质量具有重要的意义。
关键词：铝合金构件；焊接变形；焊接工艺优化
引言
近年来，随着中国装备制造业水平快速发展，特别是在汽车、机车和机械制造等劳动力密集型产业，焊接技术得到了广泛的应用，并对我国制造装备产业的技术提高具有重要意义。由于人们节约能源意识的增强，在保证产品质量的前提下，追求产品的轻量化已成为当今的热门研究方向。由于铝合金单位体积的质量相对较轻并且具有良好的强度，所以，铝合金焊接构件在飞机，机车，机械制造等领域得到越来越广泛的应用。
1.焊接变形的分类与控制
1.1焊接变形的分类
影响产品外形与装配精度的原因主要是焊接变形，产品的质量与安全性也会不可靠。所以，依据不同分类的焊接变形来预测和控制残余的焊接变形量，这也是十分关键的。依据焊接全过程的角度来分析，瞬态变形和残余变形都属于焊接变形。对于残余变形来说，又有构件的面内变形和面外变形这两种变形。
焊接构件产生变形的主要原因是：焊接热源局部加热的特点导致焊件上热量分布不均匀，靠近焊缝区域吸收热量多引起体积受热膨胀，远离焊缝的区域由于吸收热量少，未发生体积膨胀，抑制了焊缝区域的体积膨胀，导致焊件在焊接过程中发生瞬态热变形，当焊件中产生的内应力值超过材料的弹性极限后，产生塑性应变，待焊件冷却后，表现为焊接残余变形。
1.2焊接变形的控制与消除
控制铝合金的焊接变形有多种手段，在结构设计阶段，一般通过设计合理的焊缝尺寸和尽量减少焊缝数量的措施来控制焊后残余变形；在生产阶段，可采取反变形法和刚性固定组装法等焊前预防变形措施；在焊接结束后，选择加热矫正或者机械力矫正法来减小已经发生的残余变形。各种变形控制方法分类：
（1）铝合金在空气中及焊接时容易氧化，生成的氧化铝薄膜熔点高、不易去除，妨碍焊接过程的进行；焊接时，容易在焊接接头内生成气孔、夹杂等缺陷；因此，需要在焊接前期进行严格的表面清理。
（2）铝合金的比热容、热导率、电导率比钢大，焊接时的热量容易迅速流失，因此，进行铝合金焊接时，需要采用能量高度集中的热源。
（3）由于铝合金线膨胀系数比钢大，焊接时，焊件的残内部 余变形量比较大，因此，需要采取预防焊接变形的措施。
2.焊接工艺优化
2.1铝合金焊丝直径
焊丝直径是影响焊缝金属及热影响区母材的抗热裂性、耐腐蚀性和力学性能的重要因素。选用合理的焊丝并且不改变焊接结构设计可以避免出现焊接接头力学性能欠佳或焊接结构出现脆性断裂的问题。选用的铝合金焊丝的化学成分和表面质量必须符合我国国家标准或企业标准的规定要求。为了保证焊丝输送设备的正常运作以及避免焊接接头中外来杂质的影响，焊丝表面应该光滑、无毛刺、并且没有油污。焊丝的选择方面，要求焊接接头的强度和延展性良好，并且生成焊接裂纹的倾向低；同时焊接接头具有良好的耐腐蚀性能以及它的颜色与母材颜色相匹配。
通常情况下，为了确保焊接质量，一般选择较大直径的焊丝，但是焊丝直径的选择受焊件厚度和焊缝位置等因素影响。铝合金薄板焊接时，应当选择直径较小的焊丝，随着铝合金板材的厚度增加，选择的焊丝直径也应该增加；同时，焊缝位置影响着焊丝直径的选择：平焊时，允许选择较大的焊丝直径；立焊或横仰焊时，应当选择较小直径的焊丝。
2.2焊接电流与电弧电压
焊接电流是流经焊接回路的电流，焊接电流的大小直接影响焊接质量与焊接生产效率。选择焊接电流的原则是：在保证焊接质量的前提下，尽可能选择较大的焊接电流，以达到提高焊接效率的目的。但是，随着焊接电流的增大，焊件上的热输入与电弧力均增大，引起焊缝的熔深和余高增大，从而导致焊件产生咬边与烧穿的缺陷；同时热影响区晶粒粗大，产生应力集中，降低接头的强度和承载能力。若是焊接电流过小，电弧燃烧不稳定，容易形成气孔、未焊透和夹渣等缺陷，引起焊接接头的有效面积减小，最终导致焊接接头的强度和冲击韧性降低。电弧长短决定了电弧电压的大小，而电弧的长短主要取决于焊工的经验、视力和操作技术。电弧长度过长容易产生飞溅、气孔和焊波不均匀等缺陷，导致焊接接头力学性能下降。
2.3焊接热源选择
为了对焊接热源参数进行优化，必须确定焊接热源形状、热输入总量、热源分布密度和位置参数，以便真实反映焊接热源模型。由于焊接构件的最终残余变形量和残余应力值是受焊接过程中温度场的分布与变化影响的，然而焊接温度场是由焊接热源模型决定的，因此，正确选择合理的热源模型参数至关重要。通过不断改变熔池的深度，宽度和长度等参数来确定双椭球热源模的合理参数。焊接过程中，焊接热源所产生的热量一部分通过热辐射损失到周围介质中，剩余的热量主要用于焊件的熔化连接。
因此，焊接热源具有一定的热效率，焊件所吸收的热量是由焊接电流、电压和焊接热效率来决定。
2.4焊接速度优化
在工程实践中，为提高生产效率，往往提高焊接速度。但是焊接速度过快产生的熔池温度不够高，会出现未熔透和气孔等质量缺陷。更关键的是，焊接速度的快慢决定了焊件的残余变形量的大小，最终影响到焊接结构的质量安全和尺寸精度。所以，如何确定一个既能提高焊接生产效率又能保证焊接质量安全的焊接速度尤其关键。由于焊接温度场计算结果的准确性决定了焊接应力值与变形量的大小。因此，焊接温度场的准确性是焊接速度优化的前提条件。焊接过程中，焊接热源的移动性以及铝合金的热传导性导致焊接热源周围各点的温度也随之变化。焊接过程初始阶段，焊接热源所在区域的温度由室温急速上升，温度场很不稳定。随着焊接过程的持续，焊接热源周围的各点以固定的温度随热源移动，形成了准稳态温度场。焊件进入稳定状态后，焊接温度场的等温线呈现出椭圆形。焊接热源前方温度梯度大；焊接热源后方温度梯度小。
2.5焊件坡口尺寸优化
考虑到结构设计或焊接工艺的要求，将焊件的待焊区域加工成一定几何形状的沟槽，称之为坡口。正确选择坡口的形状和尺寸是优化焊件残余变形量的重要因素。
①坡口的基本形状主要有以下几种：t型；v形坡口；单边v形坡口；U形坡口；J形坡口等。所以，合理选择坡口的形状对焊接变形优化有重要意义。
②坡口的尺寸及精度对焊接质量与焊接变形量的大小同样有着重要的影响。
坡口角度、根部间隙以及钝边高度之间有着相互联系。根部间隙随着坡口角度变小而增大，当根部间隙较小时，钝边高度不能过大，坡口角度不能太小。这是为了焊条能达到根部附近，不致造成熔合不好等焊接缺陷。所以，正确选择坡口的尺寸及精度对焊件质量及其变形量有着重要意义。
结语
铝合金构件被广泛应用在飞机、动车、汽车等生产生活领域，但由于铝合金熔点散热快，大型结构件的焊接容易产生变形。不但对结构件的尺寸精度产生较大影而且容易产生内部过大的残余应力，使其在生命周期中产生局部疲劳、裂纹甚至断裂，严重影响使用寿命，甚至产生安全事故。
参考文献
[2]殷圆淋.铝合金构件焊接变形研究及焊接工艺优化[J].企业导报，2016（8）：56.
[3]周桂芬.铝合金构件焊接变形研究及焊接工艺优化探讨[J].时代农机，2015（10）：65.