大型铝合金构件的焊接工艺设计

撰文/臧铁军

■130062 中车长春轨道客车股份有限公司 吉林 长春



大型铝合金构件的焊接工艺设计

撰文/臧铁军

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进入21世纪以来，社会现代化水平不断提高，我国开始注重现代装备业的发展，与此同时，工业发展在我国经济比重中所占的比例越来越大。在这样的背景下，铝合金构件在整个机械制造业中所起的作用也越来越明显。而且随着铝合金材料使用量的不断扩大，为了使得铝合金构件能够更好的应用到现代高端设备中，需要在使用过程中对其各种性能进行不断优化。但是与其他金属材料相比，铝合金材料具有传热性强、膨胀系数大的特点，所以这就导致了该材料在焊接的过程中具有较快的散热速度，所以铝合金材料在焊接的过程中容易出现各种变形问题。所以，为了使铝合金材料能够更好的适应现代工业的需求，需要我们在进行铝合金焊接时注重其变形研究，要通过合理的控制进而使得铝合金构件的各项性能大大提高，同时这也是保证我国装备制造技术水平不断提高的前提。关键词：铝合金构件；焊接工艺；性能优化

引言

在工业行业迅速发展的今天，为满足生产需求通常都需要耗费较多的钢材，而且在传统的焊接铸造过程中，一般采用钢材进行焊接铸造，这往往会造成较大的钢材消耗，而且生产过程中还会造成大量的能源消耗。近年来，我国的能源消耗量逐渐变大，再加上国家环保政策的大力推崇，在工业生产中铝合金材料的应用也越来越普遍。铝合金材料生产出的构件不仅重量较轻，而且具有漂亮的外观和较强的散热性，这些优良性能受到了消费者的广泛欢迎，这也为该行业的迅速发展打下了一定的基础。但是由于铝合金材料应用到工业领域中才刚刚开始，铝合金在实际应用中的生产手段还不够完善，焊接工艺还有待优化。下面，本文就现阶段如何做好大型铝合金构件的焊接工艺优化设计工作作具体阐述。

铝合金构件在焊接过程中的难点分析

a焊接变形是铝合金构件在焊接过程中所面临的主要难点之一

而产生焊接变形的原因是多方面的，其中，无外乎以下几种；第一，铝合金构件在焊接过程中所传递的热量是有一定界限的，如果铝合金构件单位时间内所传递的热量超出了这个范围，就有可能发生焊接变形，而且特别是对于一些传导效率较大的铝合金材料，如果处理不当，就很有可能加速母材的熔化，这不仅会导致焊接失败，而且这也是产生焊接变形的重要原因。第二，为了满足焊接过程中的性能需求，需要交替的进行冷工艺和热工艺操作，其中，热加工是为了对焊接部位的软化，而冷加工则是为了更好的满足模具定型。由于冷热加工的工序较为复杂，所以经常会出现一些不符合操作流程的现象，这也是导致焊接构件变形的重要原因。第三，焊接过程中热量不均匀也是导致焊接变形的重要原因；这是因为如果焊接过程中出现受热不均匀的话，那么不同的铝合金构件会根据热量的不同而产生相应的反应，进而导致铝合金变形。

b焊接过程中会由于氧化作用而产生二次污染

铝合金材料中富含铁、镁、锌、铝等活泼金属材料，而且金属材料一般都长期暴露在空气中，在一定的温度条件下，铝合金中的铝元素很容易与氧气发生反应，而且氧气具有较强的氧化性，进而把铝单质氧化成三氧化二铝，而该种材料很容易在铝合金表明形成一种薄膜，该薄膜的熔点能够超过2000摄氏度，而铝合金材料的熔点大约600摄氏度，三氧化二铝薄膜的熔点远远超过铝及铝合金的熔点，这就为铝合金构件的焊接造成了更大的难点。同时，这也是导致产生二次污染的重要原因；为此，应该在焊接前对所要焊接部位进行认真的清除，进而保证焊接部位的清洁性，进而避免二次污染的产生，同时，这也是避免焊接缺陷产生、保证焊接质量、提升焊接性能的重要措施。

c铝合金材料在焊接过程中容易产生气孔，进而降低材料性能

氢气是对铝合金进行焊接过程中所必须的气体材料，而正是由于氢气的存在，导致铝和铝合金焊接时产生大量的气孔。在对铝合金材料进行焊接时，在高温条件下铝合金材料会融化成液态铝，而液态铝材料则能溶解大量的氢，固态铝几乎不溶解氢，为了满足生产需求需要对熔池温度进行调控，进而满足快速冷却与凝固的要求，而在这个过程中氢气不能够及时逸出，就会停留在焊缝中，等到焊接完成，材料冷却下来以后，则容易在焊缝中聚集形成气孔。经过多年的实践表明，焊接过程中气孔的存在是影响铝合金构件性能的重要因素。而由于氢气是焊接过程中的必须材料，所以氢气孔难于完全避免，只能通过一定的技术操作使其尽可能的降低。氢的来源很多，有电弧焊气氛中的氢，铝板、焊丝表面氧化膜吸附空气中的水分等。所以，为了满足铝合金构件的性能要求，必须不断优化其焊接过程，进而满足性能要求。

优化铝合金焊接工艺的措施

a制定合理的焊接设计方案

随着机械生产制造业的不断发展，近年来形成了许多新的焊接工程技术。而且目前社会上盛行的工艺手段也越来越多，为此，焊接人员应该在根据实际的工艺需求情况选择合理的焊接手段，焊接工艺选择的合理与否至关重要，因为这关系着日后的实际操作。其次，在焊接手段确定后，焊接人员需要确定好铝合金构件的尺寸、规格和形状等要素，并且对其进行细致的规划，并且对每一件构件的各种要素都要做好细致的说明，构件和母材之间的缝隙越小越好，所以对于焊缝较大的材料应该对其进行仔细的研究分析，尽可能的将不良影响降低到最低。最后，在实际的焊接工艺进行前，应该对其进行模拟焊接，这是提高焊接施工有效性的重要保障，而且经过近些年的实践表明。该方法值得被进一步推广使用。

b应在焊接过程中不断提高其焊接技能

焊接技术人员在具体的焊接过程中要按照严格的步骤来执行，并且在要不断提高焊接技艺，从焊接施工的准备阶段开始，防止焊接过程中出现瞬间变形以及焊接结束之后的残余变形。首先，在焊接工作进行前，技术人员应该对构件的规格和标准进行仔细确认，并且通过具体实验来观察铝合金材料的性能是否满足要求。其次，在焊接时，技术人员应该按照严格的标准进行实际焊接，而且要保证机械设备的完备性，尽可能的保持各个部位受热均匀，进而减少那些瞬间出现的变形现象。

c加强焊接技术的研究

铝合金材料是目前设备制造行业最常使用的金属材料，而焊接变形则是铝合金材料在使用过程中最常出现的问题，所以为了满足性能要求，技术人员应该在实际工程中加强对焊接技术的研究。在进行焊接操作前，焊接人员应该对焊接部位可以承受的热量值进行准确的测定，而且还应该准确的把握焊接缝隙的尺寸，进而全方面的把握残余变形发生的可能性，满足性能要求。

结语

综上所述，在设备制造行业发展迅速的今天，铝合金材料已经成为目前设备制造行业最常使用的金属材料，为此，做好铝合金构件的焊接工艺设计至关重要；为此，工艺人员应该制定出具有针对性的焊接技术优化措施，如此，才能够为装备制造行业提供高性能的铝合金构件产品。

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