摘要:目前福州6项目地板、圆顶和侧墙板等大部件均采用搅拌摩擦焊工艺进行焊接。搅拌摩擦焊作为一种新兴的固态焊接技术,其焊接变形量是传统的MIG焊接变形量的1/2。但是地板、圆顶和侧墙的型材均属于长大型材,最长达到26米,焊接过程中面临着很多问题。
关键词:焊接;搅拌摩擦焊;实施过程
一 引言
首先:在长大型材的焊接过程中会产生大量的飞边,这些飞边不仅仅会影响焊接质量,严重的情况下会发生遮挡激光的问题,导致激光设备报警,焊接过程中断,造成焊接缺陷。同时在焊接过程中由于焊接变形的原因,会导致未焊接的焊缝间隙变大或者错边,如何通过合理的焊接顺序以及工装合理的压卡顺序避免焊缝间隙和错边的产生,是提高焊接质量至关重要的问题。
其次:在进行长大型材焊接后,焊件很容易发生翘曲变形和失稳变形,导致焊件的轮廓度和平面度超差,无法满足实际生产的使用要求。而传统的火焰调修技术在铝合金中空型材搅拌摩擦焊接领域应用并不是很成熟,且考虑铝合金本身熔点较低,调修温度不易控制,稍有不慎还会导致接头强度降低,车体调修面临较大困难,火焰调修效果并不明显,难以达到预期目的。无论出于焊件结构的完整性、生产制造的工艺性和使用的可靠性考虑,搅拌摩擦焊焊接变形都是一个棘手的问题。
创新点:为了使搅拌摩擦焊焊件变形量得到控制,减轻调修工序的压力,将从焊接工艺参数、压卡顺序、焊接顺序以及焊后调修技术等角度解决问题,为长大型材搅拌摩擦焊焊接变形控制提供可行性方案。
针对这些问题,希望能通过本项目的创新攻关,解决福六项目地板、侧墙以及车顶搅拌摩擦焊焊接过程中遇到的变形问题、焊接质量问题以及焊后调修问题。积累长大型材搅拌摩擦焊接变形参数数据,掌握焊接变形规律,掌握焊接参数对于搅拌摩擦焊接焊缝质量的影响,掌握焊接顺序以及压卡顺序对于搅拌摩擦焊焊接变形的影响以及掌握焊后调休技术规范。从而为以后生产搅拌摩擦焊接大部件提供技术和数据储备。
二.项目实施阶段
按照项目计划对项目实施进行跟进,实施创新项目改进计划。具体实施方案如下
1.焊接参数优化攻关。
通过调整焊接速度、搅拌针转速、搅拌头压力等焊接参数,分别确定出合适圆顶、地板和侧墙焊接的参数,形成固化焊接参数文件(WPS)。
具体实施过程:在产前试验阶段未确定好焊接参数,导致焊接过程中的焊缝质量产生犁沟,大飞边和表面粘连等缺陷,不能满足生产的要求。
在生产阶段,由于焊接过程中焊接变形的产生多次调整焊接下压量,最终确定出适合不同部件的焊接参数。
最终焊接参数
转速r/min 焊接速度mm/min 下压量mm
侧墙 800 1000 +0.1
圆顶 1000 1000 +0.1
地板 800 1000 +0.1―+0.3
2.优化焊接顺序。
通过合理设计焊件正、反装时焊缝的焊接顺序,摸索出焊后变形量最小的焊接顺序。
分别确定出合适圆顶、地板和侧墙的焊接顺序,形成固化焊接文件。
具体实施过程:在焊接地板时,由于焊缝较多(共计8道焊缝),在按照之前焊接顺序焊接时,后焊接的焊缝会受到先焊接焊缝的变形影响,导致焊缝间隙变大,焊缝不能贴合工装表面。通过调整焊接顺序后,减小了后焊接焊缝所受到的焊接变形的影响。再未调整焊接顺序前,后焊接焊缝在自由状态下会有4mm-8mm的翘起变形,靠工装的压卡虽然能够将其压到贴胎的状态,但是局部焊缝间隙会超标。改变焊接顺序以后,焊接变形对后焊接焊缝的影响减小,焊缝间隙变化浮动较小,均在焊接标准以内。
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未调整焊接顺序前 调整焊接顺序后
3.调整工装压卡位置。
通过改变工装的压卡位置,为焊接提供足够的支撑力和顶锻力,实验出最合理的压卡位置,从而对焊缝间隙起到一定的控制作用。分别确定出合适圆顶、地板和侧墙的压卡顺序,形成固化操作文件。
具体实施过程:搅拌摩擦焊的最优压卡原则是“最近原则”,焊接时下压作用在焊缝距离最近的两侧,能够最大程度的将工件与工装平面贴合,为焊接提供足够的支撑力,同时减小焊接过程中焊缝的间隙,从而保证焊接质量。但是由于工装和空间条件的限制,在焊接时并不能压卡到焊缝的两边,我们通过了多次试验摸索,制定出了焊接不同焊缝时的压卡位置,从而最大程度上保证了焊缝间隙质量。
4.增加反变形垫块
为了保证焊接完成后,各个部件轮廓度满足要求,减少调修次数,在焊接过程中添加反变形垫片,预制反变形,从而保证部件焊接后的轮廓度。
具体实施过程:准确测得并记录地板、圆顶和侧墙板未加焊接反变形条件下正、反装的焊接变形量。为了达到焊后外轮廓度满足技术要求的目的,在工装的定位面上增加垫块,加紧固定后焊接。逐步摸索出各个部位所需垫块的尺寸。在本创新阶段确定出适合的反变形量(4mm/5mm),确定出加装反变形的位置,形成了固化的操作规范。
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反变形垫片 添加反变形垫片状态
5.建立变形数据库。
在整个项目进行过程中建立焊接变形大数据,为推广搅拌摩擦焊焊接长大型材技术提供数据支撑。
6.设计新型调修方法。
在火焰调休困难的情况下,尝试设计适合搅拌摩擦焊接的新型调修方法。
分别确定出合适圆顶、地板和侧墙的调修方式,形成固化调修文件。
三．总结
该创新项目团队由制造技术中心工程师、铝合金厂工艺技术、高技能人才等共同组成,自项目组成立,项目成员团结一致、共同协作,严格按照项目计划实施,最终,在大家的共同努力下,完成该创新项目,并形成多项固化成果,同时,将项目取得的成果向班组一线员工进行培训,使该项目成果落地实施,为生产作业提供便利,为生产效率提升贡献力量,为质量提升打好基础。