浅谈铝合金的焊接变形及纠正措施

安明明 魏同金

中车四方车辆有限公司 山东 青岛 266200

铝合金材料凭借其优势，在造船、铁路车辆以及航天等领域得到了大范围应用，成为推动经济增长的重要资源。作为一种自然界储量较为丰富的金属元素，自身的比重较轻，同时具有易成型、熔点低和热传导率高的优势，在实际应用中可以满足轻质化铁路车辆加工制造需要，有效抵御外界环境侵蚀。尽管铝合金有着诸多的优势，但是在投入加工生产中由于热传导率较高，因此焊接变形问题较为严峻，如何有效改善此类问题，成为加工制造的难点所在。

1 铝合金焊接变形的原因

铝合金焊接变形，不同角度划分的类型有所不同，从基本变形角度划分，包含横向变形、纵向变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。从焊接结构角度划分，包含整体变形和局部变形。一般情况下，焊接结构局部变形是指部件某部分发生变形，所产生的的影响较小，便于矫正。整体变形，则是程度较大的扭曲变形或是弯曲变形等，矫正难度较大。

1.1 纵向和横向变形 纵向变形，是指铝合金焊接后出现的纵向缩短，随着焊缝长度增减，纵向收缩量也会随之增减，成正比例关系。由于铝合金材料母材线膨胀系数较大，焊接后焊缝收缩量也将随之扩大[1]。如果使用夹具固定焊件进行焊接处理，可以减少收缩量大概40%～70%左右，但需要注意的是，焊接后所产生的焊接应力较大。

横向变形，主要是表现为铝合金焊接后出现横向缩短，是由于加热不均匀，材料热胀冷缩时存在拘束。一般情况下，焊接横向收缩会随着板厚增加随之扩大。在具体生产中，如果焊接顺序和方向存在偏差，同样可能导致横向焊接便携性问题出现，同一条焊缝中，最后焊接位置变形最大。

1.2 角变形 此类变形，主要是由于铝合金板较薄，如果厚度是均匀的，那么温度分布也是均匀的，则不会有角变形出现。如果焊接铝板较厚，温度是不均匀的，温度高的受热膨胀系数较大，另一面膨胀系数较小。结合实际情况来看，焊接面膨胀受阻，则会出现压缩塑性变形情况[2]。

1.3 弯曲变形 弯曲变形，通常是在梁柱或是管道焊接中出现，对焊接结构危害较大。具体的弯曲大小，用挠度表示，数值越大，说明弯曲变形程度越大。

1.4 波浪变形 波浪变形少见，主要是薄板焊接产生，主要是由于角焊缝横向收缩导致，或是薄板结构焊接中，受到纵向或是横向预应力作用下导致结构失衡，进而发生波浪变形。

1.5 扭曲变形 此类变形原因多样，可能是由于构件零部件形状不合理，但是为了赶进度强行装配；装配质量差，焊件尺寸和位置不符合设计标准；焊件焊接位置或方向不合理[3]。

2 铝合金焊接变形的纠正措施

针对铝合金焊接变形问题，如何有效改进，应从焊接结构设计方面综合考量，确保结构强度符合要求，或是选择冲压结构减少焊缝数量和大小。尽可能均匀对称布设焊缝，最大程度上降低弯曲变形几率。具体生产中，严格把控焊接变形问题，主要表现在以下几点。

2.1 确定最佳的焊接装配顺序 焊接装配顺序是否合理，很大程度上影响到焊接质量，是否会出现变形。通过对称焊接，可以有效改善以往最先焊接的焊缝在焊件刚性小时变形，最初焊缝少的一侧，后期焊缝多的一侧，后期焊缝变形可以抵消之前的变形，将总体的变形程度大大降低[4]。长焊缝，连续直线焊缝变形较大，加之长时间加热因素影响，导致焊接变形较大。因此，可以推行分段焊接，调整焊接方向，减少局部焊缝的变形，相互抵消后有效控制总体铝合金焊接变形问题。但同时，分段焊接方式的应用，一定程度上会增加接头，因此要注意把控焊缝接头质量符合要求。

如果是双面焊，根据根部清理难度来确定最佳的焊接顺序，规避多次翻转焊件的情况；短焊缝有限焊接，长焊缝后焊接，如果发现有焊接应力则要优先对拉应力区焊接，最后是剪应力与压应力区焊接；刚性较大位置尽可能后焊接，以此来保证焊接件充分的收缩变化[5]。

2.2 选择刚性固定法 铝合金焊接变形问题，通过刚性固定法可以有效处理，在非自由状态下对焊件进行焊接处理，然后完全放开，在自由状态下焊件变形则会小于焊接时的状态，但同样此种方式会导致焊接过程中产生较大的应力。

2.3 反变形法 结合生产实际情况来看，铝合金焊接变形问题较为常见，应遵循相应变形规律基础上，将焊件预制成变形，焊接后变形方向相反，实现作用力相互抵消。

2.4 散热法 散热法在实际应用中，其原理是通过快速带走焊接产生的热量，减少焊缝周围受热区域的作用力，以此来起到减小和规避焊接变形的作用。

3 结论

综上所述，铝合金属于一种轻质材料，在铁路车辆生产中应用较为广泛，针对材料焊接时可能产生的焊接变形问题，需要予以高度认知和重视。并剖析不同变形产生原因，在此基础上确定最佳的焊接顺序和焊接方法，实现铝合金焊接变形问题有效控制，提升产品整体加工质量。