汾机培训-铝合金焊接结构

1、太原科技大学材料科学与工程学院太原科技大学材料科学与工程学院一、铝及铝合金的分类太原科技大学材料科学与工程学院太原科技大学材料科学与工程学院太原科技大学材料科学与工程学院常用的铝合金焊丝常用的铝合金焊丝 4043（Al-Si）：）：用于用于Al-Si 和和Al-Mg-Si系（系（6061、6082等）以及铸铝和锻铝合金之间的等）以及铸铝和锻铝合金之间的MIG和和TIG焊。焊。 5356（ Al-Mg-Si ）：）：用于用于Al-Mg系（系（Mge3,4f1,2f3,4选择线能量较低的焊接选择线能量较低的焊接方法方法采用多层焊代替单层焊采用多层焊代替单层焊选择高能量密度的焊接选择高能量密度的焊接

2、方法方法采用冷却方式限制、缩采用冷却方式限制、缩小焊接热场小焊接热场 太原科技大学材料科学与工程学院(3)合理安排装配焊接顺序合理安排装配焊接顺序图图2-65 带盖板的双槽钢焊接梁的焊接顺序带盖板的双槽钢焊接梁的焊接顺序第一种焊接顺序：第一种焊接顺序： 焊缝焊缝3、1、2弯曲变形：弯曲变形：f1+f2+f3 第二种焊接顺序：第二种焊接顺序： 焊缝焊缝1、2、3弯曲变形：弯曲变形：f1+f2-f3 第三种焊接顺序：第三种焊接顺序： 焊缝焊缝2、1、3弯曲变形：弯曲变形：f1-f3 太原科技大学材料科学与工程学院大型储油罐的焊接大型储油罐的焊接太原科技大学材料科学与工程学院合理采用辅助措施和工艺合

3、理采用辅助措施和工艺 反变形法反变形法 刚性固定法刚性固定法 太原科技大学材料科学与工程学院 此法的要点是事先估算好结构变形的大小和方向，再此法的要点是事先估算好结构变形的大小和方向，再给予与焊接变形相抵的反向变形。给予与焊接变形相抵的反向变形。 (1)反变形法反变形法太原科技大学材料科学与工程学院 反变形法举例反变形法举例 ： 下料反变形措施下料反变形措施 对于纵向收缩和横向收缩对于纵向收缩和横向收缩反映在长度与宽度尺寸反映在长度与宽度尺寸上上预先预先加余量加余量； 对于挠曲变形对于挠曲变形预制拱度；预制拱度； a）按图纸下料按图纸下料 b）焊后残余变形焊后残余变形 c）预制反变形预制反变形

4、下挠下挠 上拱 平直太原科技大学材料科学与工程学院 装配反变形举例：装配反变形举例： a）没有预制反变形没有预制反变形 b）预制反变形预制反变形 焊前焊前 焊后焊后 焊前焊前 焊后焊后太原科技大学材料科学与工程学院图图2-67 焊接梁柱结构的反变形焊接梁柱结构的反变形太原科技大学材料科学与工程学院(2)刚性固定法刚性固定法 这种方法是将待焊接的构件设法固定，限制焊接变形，这种方法是将待焊接的构件设法固定，限制焊接变形，用于防止角变形和波浪变形效果较好，但对于防止弯用于防止角变形和波浪变形效果较好，但对于防止弯曲变形效果远不及反变形法。曲变形效果远不及反变形法。 基本原理基本原理：力图使焊缝区在

5、冷却过程产生较大的拉伸力图使焊缝区在冷却过程产生较大的拉伸塑性变形，以抵偿加热过程产生的热压缩塑性变形。塑性变形，以抵偿加热过程产生的热压缩塑性变形。 基本应用：基本应用：适用于控制薄板适用于控制薄板波浪变形波浪变形和和角变形角变形！太原科技大学材料科学与工程学院 应用举例：应用举例：工件压板压板 控制控制薄板薄板T形接头的形接头的 角变形角变形!图图2-68 2-68 刚性固定法焊接法兰盘刚性固定法焊接法兰盘太原科技大学材料科学与工程学院（a）采用压铁）采用压铁 （b）用角钢临时增加近缝区刚性）用角钢临时增加近缝区刚性图图2-69 防止薄板波浪变形的辅助措施防止薄板波浪变形的辅助措施太原科技

6、大学材料科学与工程学院随焊温度场调控方法随焊温度场调控方法 该方法是通过加热或者冷却不同的部位，调整焊接温度场，该方法是通过加热或者冷却不同的部位，调整焊接温度场，控制焊缝和近缝区塑性应变的发展，减小塑性变形的大小控制焊缝和近缝区塑性应变的发展，减小塑性变形的大小和范围，达到控制焊接变形和调整焊接应力的目的。和范围，达到控制焊接变形和调整焊接应力的目的。 随焊温差拉伸法随焊温差拉伸法 随焊激冷法随焊激冷法 太原科技大学材料科学与工程学院(1)随焊温差拉伸法随焊温差拉伸法 方法要点：三要素方法要点：三要素 位置、形状、温度。位置、形状、温度。 在在焊缝两侧母材焊缝两侧母材带状带状加热至加热至20

7、0左右。利用左右。利用加热带加热带自身的自身的热胀效应热胀效应，对，对焊缝焊缝产生直接的产生直接的拉伸作用拉伸作用并产生并产生拉拉伸伸塑性变形塑性变形，从而松弛应力。，从而松弛应力。 太原科技大学材料科学与工程学院图图2-70 温差拉伸专用夹具温差拉伸专用夹具 火焰加热器太原科技大学材料科学与工程学院(2)随焊激冷法随焊激冷法图图2-71 随焊激冷法的原理随焊激冷法的原理基本原理是利用与焊接加热过基本原理是利用与焊接加热过程相反的方法，采用冷却介质程相反的方法，采用冷却介质使焊接区获得比相邻区域（母使焊接区获得比相邻区域（母材）更低的负温差，在冷却过材）更低的负温差，在冷却过程中，焊接区由于受

8、到周围金程中，焊接区由于受到周围金属的拉伸而产生伸长塑性变形属的拉伸而产生伸长塑性变形，从而抵消焊接过程中形成的，从而抵消焊接过程中形成的压缩塑性变形，达到消除残余压缩塑性变形，达到消除残余应力的目的。应力的目的。太原科技大学材料科学与工程学院随焊逆变形调控法随焊逆变形调控法 通过在焊接过程中引入一些特殊的机械手段，使通过在焊接过程中引入一些特殊的机械手段，使不均匀的焊接温度场造成的焊缝及近缝区不均匀不均匀的焊接温度场造成的焊缝及近缝区不均匀的变形均匀化，从而达到调控焊接变形和残余应的变形均匀化，从而达到调控焊接变形和残余应力的目的。力的目的。 预拉伸法预拉伸法 随焊碾压法随焊碾压法 随焊锤击

9、法随焊锤击法 随焊冲击碾压法随焊冲击碾压法 太原科技大学材料科学与工程学院 通过在近缝区施加拉伸载荷，使得焊缝和近缝区由于受热通过在近缝区施加拉伸载荷，使得焊缝和近缝区由于受热不均造成的不均匀变形均匀化，从而达到调控焊接变形和不均造成的不均匀变形均匀化，从而达到调控焊接变形和残余应力的作用。残余应力的作用。 应用对象：应用对象：对塑性好的材料适用。对塑性好的材料适用。图图2-72 2-72 施加预拉伸载荷的几种方案施加预拉伸载荷的几种方案(1)预拉伸法预拉伸法太原科技大学材料科学与工程学院(2)随焊碾压法随焊碾压法 随焊碾压法是将碾压方法与焊接过程同时进行随焊碾压法是将碾压方法与焊接过程同时进

10、行,采用采用本方法的主要目的是为了减小焊接变形和降低残余应本方法的主要目的是为了减小焊接变形和降低残余应力，可以用平面轮或凸面轮直接碾压焊缝金属或近缝力，可以用平面轮或凸面轮直接碾压焊缝金属或近缝区。区。 图图2-73 随焊碾压示意图随焊碾压示意图太原科技大学材料科学与工程学院(3)随焊锤击法随焊锤击法 将锤击方法在焊接进行的过程中使用就构成了本方法。将锤击方法在焊接进行的过程中使用就构成了本方法。 1焊枪焊枪 2-汽锤汽锤 3-固定平台固定平台 4-锤头锤头 5-工件工件图图2-742-74随焊锤击实施方案随焊锤击实施方案太原科技大学材料科学与工程学院(4)随焊冲击碾压法随焊冲击碾压法 这种

11、方法是将随焊锤击的锤头换成可以转动的小尺寸这种方法是将随焊锤击的锤头换成可以转动的小尺寸碾压轮，碾压轮在冲击载荷作用的间隙内向前滚动，碾压轮，碾压轮在冲击载荷作用的间隙内向前滚动，它保持了随焊锤击的优点，并克服了焊缝表面质量不它保持了随焊锤击的优点，并克服了焊缝表面质量不佳的问题。佳的问题。太原科技大学材料科学与工程学院焊后调节措施焊后调节措施矫正措施矫正措施 机械方法机械方法 加热方法加热方法太原科技大学材料科学与工程学院 机械方法机械方法 利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消，这是减小和消除焊接应力与变形的基本思两

12、者相互抵消，这是减小和消除焊接应力与变形的基本思路之一。路之一。 机械矫正法机械矫正法 机械拉伸法机械拉伸法 振动时效法振动时效法 太原科技大学材料科学与工程学院(1)机械矫正法机械矫正法(a) 三点弯曲矫形三点弯曲矫形 (b) 辗压矫形辗压矫形图图2-75 机械矫正法的应用机械矫正法的应用太原科技大学材料科学与工程学院平板：平板：利用利用平板机或辊床平板机或辊床平板，适用于薄板拼接后的波平板，适用于薄板拼接后的波浪变形；浪变形；碾压：碾压：利用利用圆盘或轮圆盘或轮辗压焊道及其两侧，使之产生塑性辗压焊道及其两侧，使之产生塑性伸长；伸长； 特别适特别适 用于塑性好的铝合金；用于塑性好的铝合金；锤

13、击：锤击：适用于局部角变形（如客车钢结构总装之前的矫适用于局部角变形（如客车钢结构总装之前的矫正）；正）；专机：专机：适用于大型结构（如客车厂适用于大型结构（如客车厂350t侧墙矫直机）。侧墙矫直机）。太原科技大学材料科学与工程学院(2)机械拉伸法机械拉伸法 对焊件施加一次机械拉伸，可以起到减小纵向焊接变对焊件施加一次机械拉伸，可以起到减小纵向焊接变形和降低残余应力的效果。因为焊接残余应力正是由于局形和降低残余应力的效果。因为焊接残余应力正是由于局部压缩塑性变形引起的，加载应力越高，压缩塑性变形就部压缩塑性变形引起的，加载应力越高，压缩塑性变形就抵消的越多，残余应力也就消除的越彻底。抵消的越多

14、，残余应力也就消除的越彻底。 太原科技大学材料科学与工程学院(3)振动时效法振动时效法 利用偏心轮和变速电动机组成激振器使结构发生共振利用偏心轮和变速电动机组成激振器使结构发生共振所产生的应力循环来降低残余应力。所产生的应力循环来降低残余应力。 (a)初始应力分布初始应力分布 (b) 试件截面试件截面 (c) 经过经过6.2106次循环后的内应力分布次循环后的内应力分布(d) 经不同循环次数作用后内应力峰值的变化经不同循环次数作用后内应力峰值的变化 图图2-76 振动循环次数与消除应力的效果振动循环次数与消除应力的效果太原科技大学材料科学与工程学院振动振动传感器传感器橡胶垫橡胶垫构件构件激振器

15、激振器振动振动主机主机偏心块偏心块振动时效工艺振动时效工艺图图 振动时效处理工艺振动时效处理工艺太原科技大学材料科学与工程学院加热方法加热方法 火焰矫正法火焰矫正法 高温回火高温回火 整体高温回火整体高温回火 局部高温回火局部高温回火太原科技大学材料科学与工程学院图图2-77 火焰矫正法的应用火焰矫正法的应用(1)火焰矫正法调节焊接变形火焰矫正法调节焊接变形 利用火焰局部加热时产生压缩塑性变形，使较长的金利用火焰局部加热时产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。 太原科技大学材料科学与工程学院 火焰矫正三要素：火焰矫正三要素：位置、形状、温度。位置、形状、温度。 火焰加热火焰加热位置位置选择：选择： 使火焰加热区使火焰加热区新产生的残余变形新产生的残余变形与与已经产生的残已经产生的残余余 变形变形相互抵消相互抵消！ 火焰加热火焰加热形状形状选择：选择： 火焰加热形状有：火焰加热形状有：点状、带状、三角形等。点状、带状、三角形等。 应用时要应用时要恰当选择恰当选择！ 火焰加