铝合金构件焊接变形研究及焊接工艺优化

倪海海

（南京航海航标装备总厂 江苏省南京市 210000）

0 引言

现阶段，随着我国机械制造业的不断发展，铝合金构件在机械生产制造过程中所发挥的价值越来越明显。尤其在一些现代化高端机械设备当中，通过铝合金构件的应用可以使机械性能得到进一步的完善。但是从特性来看，铝合金构件传热性能较强，膨胀系数比较大，散热速度非常快，在实际焊接的过程中非常容易出现变形量过大的问题。因此工作人员在焊接过程中要重点考量焊接变形问题，通过恰当的技术手段，全面提升焊接的质量和效率。下文中笔者将对此展开进行论述。

1 铝合金构件焊接变形的原因和种类

1.1 焊接变形原因

铝合金构件焊接变形的原因主要有四种：①由于焊弧热导致母材融化成池状，也就是我们常说的“熔池”。熔池的大小和具体形态对于铝合金构件焊接效果的影响是非常明显的。如果熔池尺寸比较大的话，会有大量的参与热量导出，这种热量一旦作用于构件焊接部位，就会导致焊接部位出现严重的变形问题；②铝合金构件焊接过程中热加工与冷加工的交替使用。热加工主要的工作目的是将焊接部位进行软化处理，使铝合金构件能够与焊接部位进行充分融合。冷加工主要目的是让焊接部位以最快的速度凝固[1]，避免焊接部位出现变形问题。冷加工与热加工结合焊接方式具有非常高的实践价值，但是在实际使用过程中经常会出现由于操作不当而产生的不良影响，不仅对冷、热加工实际效果造成影响，同时还会直接引发焊接变形问题；③焊接过程中焊接构件在单位时间当中所传递的热量，这也是引发焊接变形的重要原因之一。如果热量的传导效率过大，就会使焊接部位母材熔化速度加快，进而导致焊接成功率大大下降，在后期更是容易出现严重的焊接问题；④焊接过程中热量均匀性把握状况，如果构件的各个部位受热不均匀，就会与其感受到的热量产生多种不同的反应，从而引发变形问题。

1.2 焊接变形的具体种类

焊接变形通常划分为两种：①瞬间变形；②残余变形。瞬间变形指的是焊接过程中构件瞬间感受到的大量热传导，从而导致铝合金构件以及母材在短时间内发生大量的变形。从细化角度来看，瞬间变形又可以分为面内位变形、面外移位变形和相变组织变形三种。残余变形指的是焊接过程中引起的焊接尺寸改变。残余变形是一种缓慢产生的焊接变形，对于铝合金构件的影响是永久性的。焊接残余变形的具体种类如下：

（1）纵向收缩变形。指的是铝合金构件在焊缝方向发生的收缩现象。

（2）横向收缩变形。指的是铝合金构件在垂直焊缝方向发生的收缩现象。

（3）饶区变形。指的是铝合金构件在焊接之后在纵向收缩和横向收缩共同作用下所引起的变形现象[2]。

（4）角变形。指的是焊接之后铝合金构件平面围绕焊缝所产生的角拉移现象。

（5）波浪变形。指的是铝合金构件在焊接之后呈现波浪状态，这种变形在厚度不足的铝合金构件当中尤为常见。

（6）错边变形。指的是焊接过程中焊接件之间的膨胀系数存在差异，从而引发的长度方向与厚度方向之间的错边和错位。

2 铝合金构件焊接工艺优化的具体措施

2.1 对焊接设计方案进行全面优化设计

现阶段，焊接工程技术的种类呈现多样化趋势，工作人员在生产过程中可选取的焊接技术越来越多，因此工作人员可以充分发挥技术优势，结合铝合金构件焊缝实际状况选择合适的焊接技术。技术方案确定之后，工作人员需要对铝合金构件的尺寸、规格以及形状等基础性参数进行全面而细致的规划，将构件与母材之间的缝隙控制在最小范围之内。这样一来就能够将瞬时变形和残余变形对焊接工作的影响降至最低。焊接技术的不合理使用不仅会导致焊接效率下降，同时还会对铝合金构件本身造成破坏，进而引发焊接成本的上升[3]。在这种情况下工作人员可以借助信息技术，通过模拟焊接的方式明确技术的可操作性，这样一来可以全面提升焊接工作的精确性，信息模拟焊接技术在现阶段焊接工作中已经得到越来越广泛的应用，并在机械装备生产领域得到全面推广。

2.2 对焊接过程进行全面控制

工作人员在焊接工作中要始终遵循焊接工艺的相关设计要求，全面发挥自身焊接工作经验，从细节角度出发对焊接变形现象进行全面控制。例如在结构设计阶段，工作人员可以通过应力形变实验的方式，全面分析应力出现的大小，并结合设计相关标准对焊缝尺寸进行现场调节。在焊接过程中结合实际情况使用反变形以及刚性固定组装的方式实现焊接全面预防。在焊接工作结束之后，为防止出现残余变形的现象，工作人员可以使用加热矫正的方式，也可以利用机械外力对其进行矫正。如果具备一定生产条件的话，建议现场工作人员开展焊接实体试验，准确把握焊接工作中需要优化的细节，并结合铝合金构件的具体参数进行下一步优化，最终使铝合金构件的性能达到最佳。

如果焊接试验存在问题的话，工作人员要在第一时间对出现变形现象的构件进行返修处理，在处理过程中要尽量使用能量密度比较高的热源，全面控制焊接的受热面积。

2.3 对焊接电源和焊接电流进行全面控制

焊接电源是铝合金构件焊接过程中最为重要的能量来源，为使焊接质量达到相关标准，工作人员在电源种类和极性的选择上需要选择既能满足焊接相关工艺，又能够满足物质、经济以及技术特性的电源。一般情况下，工作人员使用的焊接电源为直流电源，由于直流电源的电弧具有极高的稳定性，焊接质量非常高，同时在焊接过程中不易出现火星飞溅的情况。随着技术的不断发展，一些焊接现场开始使用直流反接电源进行焊接，在焊接过程中可以通过焊接金属为负极的电弧产生一种阴极雾化效果，使铝合金构件表面致密的氧化铝薄膜以最快的速度融化，还可以有效防止焊渣和污染性气体的产生[4]。这样一来，工作人员对反应熔池观察会更加细致，第一时间对焊接的速度和角度进行调整，并且还可以切实减少焊接对工作人员身体健康的危害程度。

焊接电流是焊接工作形变控制的又一重要因素，构件焊接电流指的是经过焊接回路的电流，这个电流与构件的焊接生产效率和焊接质量有着直接的关系，在一些焊接工作量较大的情况下，为了进一步提升焊接效率，工作人员会在保证质量的前提下将焊接电流尽可能地调大。但是如果焊接电流过大的话，大量热能输入以及电弧力将会导致焊缝熔深和余高增大，并且还会导致热影响区的晶粒变得更加粗大，进而导致应力集中区的出现。如果电流较小的话，电弧燃烧的稳定性就会下降，进而不导致气孔和夹渣等焊接问题的出现。因此在焊接电流的选择上要通过实践选取最为合适的电流。

3 总结

综上所述，随着铝合金构件的应用价值越来越明显，其焊接工作重要性也随之凸显出来。因此相关工作人员要结合铝合金构件的特性，从整体和细节角度同时出发，全面优化焊接工艺，抑制其中明的负面干扰因素，使铝合金构件在工业生产中发挥其最大的价值。