汾机培训-铝合金焊接结构.ppt

铝及铝合金焊接结构,葛亚琼太原科技大学,变形铝合金,铝及铝合金,工业纯铝,铸造铝合金,非时效强化铝合金,时效强化铝合金,Al-MnLF21,Al-MgLF2,Al-Mg-MnLF1,Al-Cu-MgLY12,Al-Zn-Mg-CuLC4,Al-Mg-SiLD1,新型铝合金Al-Li,Al-Si系合金ZL102,Al-Cu系合金ZL201,Al-Mg系合金ZL301,Al-Zn系合金ZL401,一、铝及铝合金的分类,非热处理强化铝合金可通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，焊接性良好，是焊接结构中应用最广的铝合金。热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊接性较差，熔焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力学性能下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝等。,常用的铝合金焊丝,4043（Al-Si）：用于Al-Si和Al-Mg-Si系（6061、6082等）以及铸铝和锻铝合金之间的MIG和TIG焊。5356（Al-Mg-Si）：用于Al-Mg系（Mgf3,4,选择线能量较低的焊接方法采用多层焊代替单层焊选择高能量密度的焊接方法采用冷却方式限制、缩小焊接热场,(3)合理安排装配焊接顺序,图2-65带盖板的双槽钢焊接梁的焊接顺序,第一种焊接顺序：焊缝3、1、2弯曲变形：f1+f2+f3第二种焊接顺序：焊缝1、2、3弯曲变形：f1+f2-f3第三种焊接顺序：焊缝2、1、3弯曲变形：f1-f3,大型储油罐的焊接,合理采用辅助措施和工艺,反变形法刚性固定法,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。,(1)反变形法,反变形法举例：下料反变形措施对于纵向收缩和横向收缩反映在长度与宽度尺寸上预先加余量；对于挠曲变形预制拱度；,a）按图纸下料b）焊后残余变形c）预制反变形,下挠,上拱,平直,装配反变形举例：a）没有预制反变形b）预制反变形,焊前焊后,焊前焊后,图2-67焊接梁柱结构的反变形,(2)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，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。基本原理：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。基本应用：适用于控制薄板波浪变形和角变形！,应用举例：,工件,压板,控制薄板T形接头的角变形!,图2-68刚性固定法焊接法兰盘,（a）采用压铁（b）用角钢临时增加近缝区刚性图2-69防止薄板波浪变形的辅助措施,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，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。随焊温差拉伸法随焊激冷法,(1)随焊温差拉伸法,方法要点：三要素位置、形状、温度。在焊缝两侧母材带状加热至200左右。利用加热带自身的热胀效应，对焊缝产生直接的拉伸作用并产生拉伸塑性变形，从而松弛应力。,图2-70温差拉伸专用夹具,(2)随焊激冷法,图2-71随焊激冷法的原理,基本原理是利用与焊接加热过程相反的方法，采用冷却介质使焊接区获得比相邻区域（母材）更低的负温差，在冷却过程中，焊接区由于受到周围金属的拉伸而产生伸长塑性变形，从而抵消焊接过程中形成的压缩塑性变形，达到消除残余应力的目的。,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力的目的。预拉伸法随焊碾压法随焊锤击法随焊冲击碾压法,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残余应力的作用。应用对象：对塑性好的材料适用。,图2-72施加预拉伸载荷的几种方案,(1)预拉伸法,(2)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,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力，可以用平面轮或凸面轮直接碾压焊缝金属或近缝区。,(3)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。,焊枪2-汽锤3-固定平台4-锤头5-工件图2-74随焊锤击实施方案,(4)随焊冲击碾压法,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，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。,焊后调节措施矫正措施,机械方法加热方法,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，使两者相互抵消，这是减小和消除焊接应力与变形的基本思路之一。机械矫正法机械拉伸法振动时效法,(1)机械矫正法,(a)三点弯曲矫形(b)辗压矫形图2-75机械矫正法的应用,平板：利用平板机或辊床平板，适用于薄板拼接后的波浪变形；碾压：利用圆盘或轮辗压焊道及其两侧，使之产生塑性伸长；特别适用于塑性好的铝合金；锤击：适用于局部角变形（如客车钢结构总装之前的矫正）；专机：适用于大型结构（如客车厂350t侧墙矫直机）。,(2)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，压缩塑性变形就抵消的越多，残余应力也就消除的越彻底。,(3)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所产生的应力循环来降低残余应力。,初始应力分布(b)试件截面(c)经过6.2106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图2-76振动循环次数与消除应力的效果,振动传感器,橡胶垫,构件,激振器,振动主机,偏心块,振动时效工艺,图振动时效处理工艺,加热方法,火焰矫正法高温回火整体高温回火局部高温回火,图2-77火焰矫正法的应用,(1)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，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。,火焰矫正三要素：位置、形状、温度。火焰加热位置选择：使火焰加热区新产生的残余变形与已经产生的残余变形相互抵消！火焰加