吴彩 潘文全 孙成海
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000
摘要：铝合金以其耐腐蚀性好、密度低、价格优等特点在航空航天、交通运载工具、石油化工等领域得到广泛应用。随着铝合金应用的广泛发展，铝合金焊接性能越来越重要。现今，越来越多铝合金焊接采用熔化极惰性气体保护焊（MIG焊），由于其焊接效率高，能实现半自动和全自动焊接，并且焊缝熔深大，强度高，工艺适应性宽等诸多。但焊接变形问题也同样突出，造成焊接效率降低以及产品一系列质量问题。本文主要从铝合金构件焊接变形原因入手，提出焊接工艺优化，减小吕合金焊接变形量。
关键词：铝合金构件；焊接变形；焊接工艺优化
引言
铝合金具有低密度、高强韧性以及良好的耐腐蚀性、导热性和导电性，其焊接结构产品在航空航天、汽车、机械制造、船舶、化工等领域得到了广泛应用。但是铝合金具有高导热率，铝合金焊接技术主要有TIG焊、MIG焊、等离子焊。各种焊接均面临着焊接变形这一问题，特别是在吕合金薄板焊接过程中，问题更是突出。国内外对铝合金结构构件的焊接工艺进行了大量研究，对某型车辆铝合金底盘的焊接变形控制研究表明，其抗变形应用及焊接顺序合理通过优化焊接参数、调整焊接顺序、提高装配质量、预制反变形、局部刚性紧固、斜分段焊接方法和严格控制操作等方式，有效提高铝合金的焊接质量。然而，关于铝合金制品焊接工艺的研究，特别是关于控制焊接变形的研究报告很少。文中对铝合金构件的焊缝变形控制进行了研究，通过焊缝部件匹配优化、焊缝变形预确定、焊缝变形控制工具优化设计、焊缝变形控制和焊缝质量控制，以获得形状尺寸和焊接质量符合要求的产品，并为控制提供参考。
1 焊接变形原因
1.1焊接装夹定位的影响
在焊接前对产品的各个焊接零部件进行装夹定位，可以起到固定零部件和防止零部件因焊接应力在焊接过程产生变形，因此，合适的装夹位置和固定方式能够有效降低焊接产品的变形。在制定装夹方式时，要优先考虑定位方式，特别是焊接铝合金薄板件和异形件时。在焊接过程中，合理的定位可以减少加工误差的累计，并起到防止焊接过程的零部件变形的作用。定位点的选取要事前评估焊接件的抗变形能力和焊接过程产生的残余应力，定位点靠近焊接应力较大的位置可以很好地防止铝合金工件变形。对于焊接残余应力比较大的焊接件，可以用反变形的定位方式选取定位点，给焊接工件留有变形余量，在释放焊接应力后满足铝合金工件的尺寸要求。除了定位点的选取，夹紧方式的合理应用也能有效减少焊接变形。
1.2焊接标准
焊接标准与焊接参数间存在一定对应关系，对不同的焊材需制定不同的焊接标准。若焊材较薄，则电流和电压则需要相应减小，若焊材较厚，则需适当增加电压电流。铝合金构件焊接时，若不考虑焊材的厚度和铝合金构件的应用范围而盲目的选择不合理的焊接标准，则会造成铝合金焊接变形。此外，焊接制造车间无法制造统一的焊接标准也是造成焊接变形的因素之一。一般而言，同一车间的焊接任务基本相同，每个焊接工作人员按照不同的焊接标准进行焊接，其焊接质量会参差不齐，出现铝合金焊接变形的几率会相应增大
1.3焊接工艺参数的影响
焊接参数是焊接工艺的主要构成，主要包括焊接速度、焊接电流、焊接电压和焊接角度等。这些参数决定了焊接过程的热量输入和最终的焊缝形貌，一般焊缝的形貌应呈平坦或微凸形。合适的焊接速度满足焊缝的填充要求。
焊接件的变形也与焊接热输入有关，热输入越高焊缝热胀冷缩越厉害，意味着变形越严重。增大焊接速度降低电流和电压，是减少焊接热输入的主要方法。在铝合金的焊接工艺中，合适的焊接参数能够有效减轻焊接变形。
2 铝合金构件焊接工艺术优化
2.1全面控制焊接材料以及焊接环境
构件焊接质量的控制过程中，焊接材料以及焊接环境对于最终焊接效果的影响也是不容忽略的。因此在实际的焊接过程中，需要尽可能选择正确的焊接材料，这样才能提升构件的使用年限，使其整体结构可以更加的稳定可靠。因此在焊接工作开展之前，就需要及时了解构件焊接材料以及施工时焊接的环境，尽可能避免在施工现场可能会存在的问题，从而保证最终的焊接质量。首先对于焊接环境的控制，就要尽可能避免外在因素，对于焊接环境的影响，并尽可能制定出相应的备用方案，避免环境问题影响最终的焊接工作开展。比如焊接环境湿度比较大的话，焊接裂缝的紧密度就会相对比较差。因而对于焊接材料的选择，要根据实际的场地以及它用途和相关工艺技术来确定最终所应用的焊接材料，而且在相关材料的保存中，也要尽可能保证干燥的环境，避免焊接材料因为潮湿而影响后期的焊接效果。
2.2焊后热处理过程控制
在退火作业过程中，一些较大的铝合金构件尺寸较大且重量较重，不利于频繁进出炉膛和过程转运，需在炉膛内配置专用退火平台。焊后退火去应力前，需充分考虑支撑部位，平面度测量结果局部调整垫板的厚度，避免退火支撑点不合理造成应力释放变形，同时需要考虑自身重量下的反变形措施，以起到反变形控制的作用，以确保退火去应力过程中整架有一定程度的刚性约束。
2.3创新制造技术
吕合金轻量化的制造技术主要包括液压成型技术与激光焊接技术。于20世纪70年代，德国最先开始完成管材液压成型技术，在20世纪90年代初将管材液压成型技术应用于汽车构件中。在1994年，管材液压技术得到了快速发展，区别于传统的冲压焊接工艺，管材液压技术可以降低零件制造所消耗的11%成本，降低14%的设备成本并减轻7.3%等零件重量。目前随着管材液压技术的发展，在汽车底盘装配中，约有超过50%的配件被液压成型产品。激光焊接技术是于20世纪60年代发展起来的，这项技术主要依靠能量密度的激光为热源，完成精密的焊接工作。在汽车零件中，激光焊接技术主要应用于汽车零件，激光焊接，板材的激光焊接，车身激光焊接，因此，激光焊接技术也是汽车轻量化生产中的主要适用技术。
结束语
在焊接工艺方面对铝合金焊接结构件变形问题，可以采取焊前做好充分的分析和试验验证，制定有效的技术方案。通过控制焊接过程，严格要求操作人员按照技术要求实施焊接。对焊接变形的产品采取合适的方法进行矫正，并通过分析焊接变形原因优化铝合金焊接技术，推动铝合金焊接技术的进步。另外推进创新制造技术，也是根本解决铝合金构件焊接变形的重要方向。
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