铝合金部件焊接变形的产生及控制

[汽车零部件生产车间个人工作总结]汽车零部件生产车间个人工作总结尊敬的各位领导、各位工友：大家下午好！时间飞快，转眼20xx年过去了。回顾20xx这一年，我们汽车零部件，在公司吴总和党委的正确领导下，从无到有，从...+阅读

摘要：铝合金在焊接后会产生变形，这在很大程度上增加了焊后调修量，浪费了很多工时，严重时会导致生产进度延期。为了进一步

解决铝合金焊接变形的1"-3题，通过对焊接变形的影响因素进行分析，提出了防止焊接变形的方法及焊接顺序制定原则．对今后铝合金

的焊接起到了一定的借鉴作用。

关键词：铝合金；焊接变形；焊接顺序

中

图分类号：tg404 文献标识码：b

铝合金广泛应用于航天、造船、铁道车辆等工业领域。随

着我国经济的迅速增长，高速铁路的发展已是大势所趋。开发

制造铝合金动车组项目已经作为国家“十一五” 的重点规划项

目。近年来，北车集团的几家大型客车制造企业先后与国外知

名企业合作，共同生产时速达到200 knrlh以上的铝合金高速动

车组。青岛四方与庞巴迪公司合作生产的时速200 knrlh crh1

动车组已经开始在沪杭线上运行：长客与阿尔斯通公司合作生

产的时速200 km／h crh5动车组也已经在京哈线上运行：唐车

与西门子公司合作生产的时速300 knrlh crh3动车组正在制造

中。铝合金动车组的出现已经成为国家铁路第六次大提速的主

导力量，标志着中国铁路已经迈进了高速铁路时代。

l 焊接变形产生的原因

铝合金在焊接过程中．不均匀的加热使得焊缝及其附近的

收稿日期：2oo7一o6—2o

温度很高，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力

(纵向内应力和横向内应力)，致使焊接结构产生各种变形。由

于铝的热导率是钢的3倍。因此铝合金焊接变形的控制要比碳

钢结构难度大。铝合金内部发生晶粒组织的转变所引起的体积

变化也可能引起焊件的变形，这是产生焊接应力与变形的根本

原因

2 焊件的残余变形和应力的危害性

在一般铝合金焊接结构中，残余变形的危害性比残余应力

大得多，它使焊接部件的尺寸改变而无法组装，使整个构件丧

失稳定性而不能承受载荷，使产品质量大大降低。而矫正却要

消耗大量的人力和物力，有时甚至会导致产品报废。同时焊接

裂纹的产生往往也和焊接残余变形和应力有着密切的关系。因

此。在制造铝合金焊接结构时。必须充分了解焊接时内应力发

生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减小其危

害性

特征分量具有明显的物理意义，测试结果表明：提取的特征分

量能够描述接头形成过程。可以映射接头质量。

(3)构筑svm输入向量，对比4种核函数及不同样本数的

样本集训练svm分类器均可实现点焊接头的质量分类，参数匹

配的情况下4种核函数均能得到较好的分类结果；测试样本数

大于训练样本数时，svm仍能得到较好的分类结果；采用线性

核函数、rbf核函数在参数匹配条件下分类性能优于多项式核

函数以2

：sigmoid核函数．分类性能明显优于rbf

&emsp经网络模

型。

参考文献：

[1]jed ma，sanders sac．neuml works based learning and adoptive

control for manufacturing sy

ems[j]．proceeding of the 91 [eee／

rjs．intemationa]workshop on intefigent robots systems，1991：242-

246．

[2]hao m osman，boomer k a and newton c j．developmems

in characterization of resistance spot welding of aluminum [j]．

w elding journal，1996，i：is一8s．

[3]lee s r，choo y j，lee t y．a quality assurance technique for

resistance spot welding using a neuro-fuzzy algorithm ]．2001，320-

328．

[4]andrew r．webb statistical pattern recognition second edition

[z]．

[5]中国机械工程学会焊接学会．电阻焊理论与实践[m]．北京：机械工

业出版社。1994．12—25。328．

[6]邓乃扬．数据挖掘中的新方法[m]．北京：科学出版社， 2004．196．

[7]边肇祺．模式识别[m]．北京：清华大学出版社， 1999．12全文查看

welding technology vo1．36 no．5 oct．2007 ·焊接质量控制与管理· 53

3 影响铝合金焊接结构变形的主要因素及变形的种类

(1)影响铝合金焊接结构变形的主要因素有：焊缝在结构

中的位置；结构刚性的大小；装配和焊接顺序；焊接工艺参数

的选择。

(2)焊接变形

的种类有：纵向收缩和横向收缩、角变形、

波浪变形：扭曲变形。

(3)焊接工艺对焊缝收缩量的影响

在焊接铝合金长焊缝时，一般在焊前沿焊缝进行点固焊。

焊接铝合金自带垫板的型材时，一般在背部垫板处进行点固

焊。这不仅有利于减小焊接变形，还有利于减小焊接内应力。

此外装配质量、工装精度以及焊接预留量对焊接变形也会产生

影响。对于厚8 mm以上铝合金焊接时，焊前需要进行预热，

以避免出现焊接裂纹，一般预热温度在100 oc左右，这样势

必会导致工件收缩变形。除了要有高精度、卡紧力强的工装保

证工件焊后尺寸合格之外，v形焊缝坡口也要预留间隙，一般

厚8 mm的铝合金焊缝间隙要留出4—5 mm，这样既保证焊接时

能够焊透．同时又可以减小工件的收缩变形。

在铝合金的焊接过程中，通过分析发现，焊接工艺中影响

焊缝收缩量的因素主要有：①焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度

的增加而增加；② 对接焊缝的横向收缩比角焊缝的横向收缩

大；③间断焊缝比连续焊缝的收缩量小；④ 多层焊时，第1层

引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。因此，在打底焊时，

对接焊缝v形坡口的间隙要留得稍大些；⑤ 在夹具固定条件下

的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，约减zj

40％一

70％

4 防止焊接变形的方法

通过以上的分析。基本了解了铝合金焊接变形的产生原因

及变形的种类，针对焊接变形的原因和种类从焊接工艺上进行

改进，可以有效防止和减小焊接变形所带来的危害。以下主要

介绍几种常见的控制焊接变形的方法。

(1)反变形法

在焊前进行装配时，预置反方向的变形量以抵消(补偿)

焊接变形。

(2)利用装配和焊接顺序来控制变形

采用合理的装配和焊接顺序来减小变形，这在生产实践中

是行之有效的好办法。在实际铝合金焊接生产中有许多结构截

面形状对称，焊缝布置也对称，但焊后却发生弯曲或扭曲变

形，这主要是装配和焊接顺序不合理引起的，也就是各条焊缝

引起的变形未能相互抵消，以致发生变形。

焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一，安排焊接

顺序时应注意下列原则：

①所有的焊缝必须都焊到(包括被遮盖焊缝)。

② 焊枪可达到的焊缝才可以被焊接。

③对于有焊缝收缩现象的工件，要先焊成组装件，并在图

样上标注工艺放量。

④ 尽量让焊缝无拘束收缩，焊接方向由内向外，由中间向

两端。

⑤ 对接焊缝先于角焊缝焊接。

⑥y形坡口不允许有间隙，先焊y形坡口，再焊v形坡口。

⑦ 对于长焊缝，尽量采用对称焊接，需要2名焊工从两侧

同时对称施焊。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一

部分。也可以采用对角线焊法或从中间向两边焊。

⑧ 对于双面焊。焊接顺序以根部清理难易为依据，后焊的

一侧应便于前道焊缝的根部清理。

⑨ 尽量避免工件的不必要的多次翻转。

⑩先焊接截面较大的焊缝，再焊接截面较小的焊缝。

⑩ 对某些焊缝布置不对称的结构，应该先焊接焊缝少的一

侧。

⑩先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊横焊缝，后焊纵焊缝。

⑩当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应

力区。

⑩位于构件刚性最大的部位最后焊接(尽可能使构件能够

自由收缩)。

(3)刚性固定法

刚性固定法能有效减小变形，且焊接时不必过分考虑焊接

顺序。缺点是有些大工件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件

还有少许变形和较大的残余应力。如果与反变形法配合使用则

效果更好。对于形状复杂、尺寸不大、又是成批生产的焊件．

可设计一个能够转动的专用焊接胎具，既可以防止变形，又能

提高生产率。当工件尺寸较大，数量又不多时，可在容易发生

变形的部位临时加上一些支撑，增大工件的刚性。也能有效地

减小焊接变形。

5 结论

铝合金结构的焊接变形较碳钢结构变形更难控制，制定合

理的焊接技术文件尤为重要。通过介绍铝合金结构焊接变形产

生原因及影响因素．提出了控制焊接变形的方法及制定焊接顺

序的原则，以便有效地控制焊接变形。

12全文查看摘要：铝合金在焊接后会产生变形，这在很大程度上增加了焊后调修量，浪费了很多工时，严重时会导致生产进度延期。为了进一步

解决铝合金焊接变形的1"-3题，通过对焊接变形的影响因素进行分析，提出了防止焊接变形的方法及焊接顺序制定原则．对今后铝合金

的焊接起到了一定的借鉴作用。

关键词：铝合金；焊接变形；焊接顺序

中

图分类号：404 文献标识码：b

铝合金广泛应用于航天、造船、铁道车辆等工业领域。随

着我国经济的迅速增长，高速铁路的发展已是大势所趋。开发

制造铝合金动车组项目已经作为国家“十一五” 的重点规划项

目。近年来，北车集团的几家大型客车制造企业先后与国外知

名企业合作，共同生产时速达到200 knrlh以上的铝合金高速动

车组。青岛四方与庞巴迪公司合作生产的时速200 knrlh crh1

动车组已经开始在沪杭线上运行：长客与阿尔斯通公司合作生

产的时速200 km／h crh5动车组也已经在京哈线上运行：唐车

与西门子公司合作生产的时速300 knrlh crh3动车组正在制造

中。铝合金动车组的出现已经成为国家铁路第六次大提速的主

导力量，标志着中国铁路已经迈进了高速铁路时代。

l 焊接变形产生的原因

铝合金在焊接过程中．不均匀的加热使得焊缝及其附近的

收稿日期：2oo7一o6—2o

温度很高，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力

(纵向内应力和横向内应力)，致使焊接结构产生各种变形。由

于铝的热导率是钢的3倍。因此铝合金焊接变形的控制要比碳

钢结构难度大。铝合金内部发生晶粒组织的转变所引起的体积

变化也可能引起焊件的变形，这是产生焊接应力与变形的根本

原因

2 焊件的残余变形和应力的危害性

在一般铝合金焊接结构中，残余变形的危害性比残余应力

大得多，它使焊接部件的尺寸改变而无法组装，使整个构件丧

失稳定性而不能承受载荷，使产品质量大大降低。而矫正却要

消耗大量的人力和物力，有时甚至会导致产品报废。同时焊接

裂纹的产生往往也和焊接残余变形和应力有着密切的关系。因

此。在制造铝合金焊接结构时。必须充分了解焊接时内应力发

生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减小其危

害性

特征分量具有明显的物理意义，测试结果表明：提取的特征分

量能够描述接头形成过程。可以映射接头质量。

(3)构筑svm输入向量，对比4种核函数及不同样本数的

样本集训练svm分类器均可实现点焊接头的质量分类，参数匹

配的情况下4种核函数均能得到较好的分类结果；测试样本数

大于训练样本数时，svm仍能得到较好的分类结果；采用线性

核函数、rbf核函数在参数匹配条件下分类性能优于多项式核

函数以2

：simoid核函数．分类性能明显优于rbf

&emsp经网络模

型。

参考文献：

[1]jvd m，sndrs sc．numl nworks bsd lrnin nd dopiv

conrol for mnufcurin sy

ms[j]．procdin of h 91 [／

rjs．inmion]workshop on infin robos sysms，1991：242-

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in chrcrizion of rsisnc spo wldin of luminum [j]．

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[3]l s r，choo y j，l y． quliy ssurnc chniqu for

rsisnc spo wldin usin nuro-fuzzy lorihm ]．2001，320-

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[5]中国机械工程学会焊接学会．电阻焊理论与实践[m]．北京：机械工

业出版社。1994．12—25。328．

[6]邓乃扬．数据挖掘中的新方法[m]．北京：科学出版社， 2004．196．

[7]边肇祺．模式识别[m]．北京：清华大学出版社， 1999．[]

wldin chnoloy vo1．36 no．5 oc．2007 ·焊接质量控制与管理· 53

3 影响铝合金焊接结构变形的主要因素及变形的种类

(1)影响铝合金焊接结构变形的主要因素有：焊缝在结构

中的位置；结构刚性的大小；装配和焊接顺序；焊接工艺参数

的选择。

(2)焊接变形

的种类有：纵向收缩和横向收缩、角变形、

波浪变形：扭曲变形。

(3)焊接工艺对焊缝收缩量的影响

在焊接铝合金长焊缝时，一般在焊前沿焊缝进行点固焊。

焊接铝合金自带垫板的型材时，一般在背部垫板处进行点固

焊。这不仅有利于减小焊接变形，还有利于减小焊接内应力。

此外装配质量、工装精度以及焊接预留量对焊接变形也会产生

影响。对于厚8 mm以上铝合金焊接时，焊前需要进行预热，

以避免出现焊接裂纹，一般预热温度在100 oc左右，这样势

必会导致工件收缩变形。除了要有高精度、卡紧力强的工装保

证工件焊后尺寸合格之外，v形焊缝坡口也要预留间隙，一般

厚8 mm的铝合金焊缝间隙要留出4—5 mm，这样既保证焊接时

能够焊透．同时又可以减小工件的收缩变形。

在铝合金的焊接过程中，通过分析发现，焊接工艺中影响

焊缝收缩量的因素主要有：①焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度

的增加而增加；② 对接焊缝的横向收缩比角焊缝的横向收缩

大；③间断焊缝比连续焊缝的收缩量小；④ 多层焊时，第1层

引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。因此，在打底焊时，

对接焊缝v形坡口的间隙要留得稍大些；⑤ 在夹具固定条件下

的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，约减zj

40％一

70％

4 防止焊接变形的方法

通过以上的分析。基本了解了铝合金焊接变形的产生原因

及变形的种类，针对焊接变形的原因和种类从焊接工艺上进行

改进，可以有效防止和减小焊接变形所带来的危害。以下主要

介绍几种常见的控制焊接变形的方法。

(1)反变形法

在焊前进行装配时，预置反方向的变形量以抵消(补偿)

焊接变形。

(2)利用装配和焊接顺序来控制变形

采用合理的装配和焊接顺序来减小变形，这在生产实践中

是行之有效的好办法。在实际铝合金焊接生产中有许多结构截

面形状对称，焊缝布置也对称，但焊后却发生弯曲或扭曲变

形，这主要是装配和焊接顺序不合理引起的，也就是各条焊缝

引起的变形未能相互抵消，以致发生变形。

焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一，安排焊接

顺序时应注意下列原则：

①所有的焊缝必须都焊到(包括被遮盖焊缝)。

② 焊枪可达到的焊缝才可以被焊接。

③对于有焊缝收缩现象的工件，要先焊成组装件，并在图

样上标注工艺放量。

④ 尽量让焊缝无拘束收缩，焊接方向由内向外，由中间向

两端。

⑤ 对接焊缝先于角焊缝焊接。

⑥y形坡口不允许有间隙，先焊y形坡口，再焊v形坡口。

⑦ 对于长焊缝，尽量采用对称焊接，需要2名焊工从两侧

同时对称施焊。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一

部分。也可以采用对角线焊法或从中间向两边焊。

⑧ 对于双面焊。焊接顺序以根部清理难易为依据，后焊的

一侧应便于前道焊缝的根部清理。

⑨ 尽量避免工件的不必要的多次翻转。

⑩先焊接截面较大的焊缝，再焊接截面较小的焊缝。

⑩ 对某些焊缝布置不对称的结构，应该先焊接焊缝少的一

侧。

⑩先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊横焊缝，后焊纵焊缝。

⑩当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应

力区。

⑩位于构件刚性最大的部位最后焊接(尽可能使构件能够

自由收缩)。

(3)刚性固定法

刚性固定法能有效减小变形，且焊接时不必过分考虑焊接

顺序。缺点是有些大工件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件

还有少许变形和较大的残余应力。如果与反变形法配合使用则

效果更好。对于形状复杂、尺寸不大、又是成批生产的焊件．

可设计一个能够转动的专用焊接胎具，既可以防止变形，又能

提高生产率。当工件尺寸较大，数量又不多时，可在容易发生

变形的部位临时加上一些支撑，增大工件的刚性。也能有效地

减小焊接变形。

5 结论

铝合金结构的焊接变形较碳钢结构变形更难控制，制定合

理的焊接技术文件尤为重要。通过介绍铝合金结构焊接变形产

生原因及影响因素．提出了控制焊接变形的方法及制定焊接顺

序的原则，以便有效地控制焊接变形。