6061鋁合金薄板焊接應(yīng)力與焊接變形

采用攪拌摩擦焊(fsw)技術(shù)對1mm厚6061-t6鋁合金薄板進(jìn)行了對接.研究了焊接工藝參數(shù)的范圍,實驗測試了焊接接頭的強(qiáng)度、硬度和延伸率,利用金相顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡分析了接頭的微觀組織.結(jié)果表明:對于1mm厚度6061-t6鋁合金,fsw的最優(yōu)工藝參數(shù)為旋轉(zhuǎn)速度1800r.min-1,焊接速度1000mm.min-1;在此參數(shù)下,接頭的硬度值達(dá)到母材的80%左右,抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的103%,延伸率達(dá)到母材的54%;接頭的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)相符.

在焊接鎂鋁合金薄壁板時,往往會出現(xiàn)氣體保護(hù)效果不好、焊接變形、定位焊不準(zhǔn)等缺陷,嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。針對此現(xiàn)狀,通過經(jīng)驗積累在實踐工作中制作了一種焊接薄壁板用簡易夾具,能有效改善以上缺陷。

8 第一章焊接應(yīng)力與變形 焊接時，由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊 接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力是引起脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂和失穩(wěn)破壞的主要原因。 另外，焊接變形也使結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸精度難以達(dá)到技術(shù)要求，直接影響結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使 用性能。因此，本章主要討論焊接應(yīng)力與變形的基本概念及其產(chǎn)生原因；焊接變形的種類，控 制焊接變形的工藝措施和焊后如何矯正焊接變形；焊接應(yīng)力的分布規(guī)律，降低焊接應(yīng)力的工藝 措施和焊后如何消除焊接殘余應(yīng)力。 第一節(jié)焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 一、焊接應(yīng)力與變形的基本知識 1.焊接變形 物體在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為物體的變形。 當(dāng)使物體產(chǎn)生

6061鋁合金材料焊接特性及焊接工藝研究

建立了tig焊接溫度場、應(yīng)力場的有限元計算的三維瞬態(tài)模型,以ld10鋁合金薄板平面內(nèi)環(huán)焊縫為例,采用有限元分析軟件ansys編制了apdl程序進(jìn)行仿真模擬,探討了焊接殘余應(yīng)力與變形的特點,結(jié)合彈性穩(wěn)定性理論對環(huán)焊縫焊接產(chǎn)生的特殊變形規(guī)律進(jìn)行了研究.結(jié)果表明,在環(huán)焊縫焊接過程中形成了與常規(guī)對接焊完全不同的焊接熱循環(huán)過程,殘余應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜;焊縫外側(cè)的壓應(yīng)力超過了失穩(wěn)變形極限,造成了鋁合金薄板的失穩(wěn)變形.

1 1焊接應(yīng)力與變形控制..................................................................................................................................2 1.1特點..............................................................................................................................................2 1.2焊接應(yīng)力與變形的危害....................................................................................

2010年第12期44 焊接技術(shù) 薄板焊接變形分析及控制 明瑞云 （杭州市設(shè)備安裝有限公司杭州310005） 要：本文以中國人民解放軍某部500m3軍用柴油儲罐的制作、安裝施工為例，在對薄板焊接變形的形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析與探 討的基礎(chǔ)上，總結(jié)出采用分區(qū)域焊接的方法，從而有效地控制了薄板的焊接變形，由此而進(jìn)行了有益的探討和論述。 關(guān)鍵詞：薄板分區(qū);焊接;變形;分析;控制 中小型焊接鋼罐在軍事、石油、化工、發(fā)電諸多行 業(yè)中得到廣泛使用，在鋼罐制作、安裝過程中，罐底的 板厚都較薄，一般在4～6mm之間，由于薄板的剛度較 小，且受鋼板平面尺寸的限制，很難在中小型罐底排 板中排出順一方向的板面，為了充分利用母材，板面往 往排成很多個焊縫交錯的小區(qū)域板面，由于焊后殘余應(yīng) 力的作用，底板焊后變形較大，給工程質(zhì)量造成很大影 響?，F(xiàn)以中國人民解放軍某部500

工藝試驗的目的是尋求相對經(jīng)濟(jì)實用的鋁合金激光焊接方法,為現(xiàn)代工業(yè)裝配生產(chǎn)提供新的工藝思路,促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升和成本的降低。分析了鋁合金激光焊接的工藝特性、技術(shù)難點和解決思路,記錄利用300w激光對鋁合金進(jìn)行單光束焊接的有關(guān)參數(shù)和焊接效果,搭建雙光束激光焊接試驗平臺,記錄較高功率雙光束和總量約500w激光分成雙光束焊接試驗過程及有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行了激光、氬弧混合焊接試驗。對部分焊接樣品進(jìn)行了定量分析。經(jīng)過分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進(jìn)意見。

提出采用橫向預(yù)置擠壓載荷進(jìn)行隨焊同步防止鋁合金薄板焊接熱裂紋的新方法。對處于脆性溫度區(qū)間的焊縫金屬施加一適當(dāng)?shù)臋M向擠壓載荷,可以減小焊縫金屬凝固收縮時產(chǎn)生的橫向拉伸應(yīng)力和應(yīng)變,使其總應(yīng)變被限制在最低延性值范圍內(nèi),改變了熱裂紋產(chǎn)生的力學(xué)條件。建立橫向預(yù)置壓應(yīng)力模型、采用彈塑性有限元方法闡明橫向預(yù)置應(yīng)力法防止熱裂紋的原理,在自制的裝置上對常規(guī)焊和橫向預(yù)置壓應(yīng)力工藝條件下焊接試件裂紋率進(jìn)行比較分析。魚骨狀裂紋試驗結(jié)果表明:在加載寬度一定時,隨著預(yù)置載荷的增加,在焊縫處產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力也隨之增加,裂紋率和裂紋長度逐漸降低,當(dāng)橫向預(yù)置壓應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值(0.3σ0.2)后,能夠完全防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。

鋁合金平板攪拌摩擦焊接應(yīng)力變形分析

針對6056-t6鋁合金平板進(jìn)行攪拌摩擦焊接和試板變形檢測試驗。并用數(shù)值方法對試板變形進(jìn)行模擬,考察了模擬溫度、應(yīng)力場分布和試板變形情況,對試驗和模擬溫度、變形進(jìn)行比較。結(jié)果表明,在文中條件下,沿焊縫長度方向試板產(chǎn)生下?lián)?最大變形量6.3mm;沿試板寬度方向試板相對發(fā)生上拱,最大變形量4.5mm,模擬與實測變形趨勢非常吻合?？v向殘余應(yīng)力在焊縫中心線兩側(cè)非對稱性分布,前進(jìn)側(cè)大于回轉(zhuǎn)側(cè)。

利用ansys大型有限元軟件對對接薄板焊接殘余應(yīng)力的大小和分布進(jìn)行了計算,得出了尺寸因素對焊接殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,特別是過渡板寬、板長對焊接殘余應(yīng)力的影響,分析過程中考慮了材料的物理性能及力學(xué)性能隨著溫度的非線性變化以及金屬的熔化潛熱,使數(shù)值模擬結(jié)果盡量接近實際值。最后理論計算與試驗結(jié)果相比較,結(jié)果是基本吻合的,所得結(jié)果可以進(jìn)行殘余應(yīng)力預(yù)測。

大尺寸6056鋁合金薄板經(jīng)過攪拌摩擦焊接實驗后出現(xiàn)了嚴(yán)重的面外變形,雖然變形程度小于熔化焊結(jié)果,但已經(jīng)影響到被焊薄板的裝配和使用.為詳細(xì)研究和預(yù)測鋁合金薄板在攪拌摩擦焊后的殘余變形,以焊接實驗條件為基礎(chǔ),建立了攪拌摩擦焊接三維有限元熱力耦合分析模型.模型中涉及了利用攪拌頭工作轉(zhuǎn)矩計算熱輸入量、工件和卡具之間的接觸熱傳導(dǎo)、隨溫度變化的材料模型,以及綜合考慮攪拌頭機(jī)械作用等工作.利用該模型可以得到不對稱的縱向殘余應(yīng)力結(jié)果,殘余變形的趨勢在整塊板上都與實驗結(jié)果相同,而且變形量和實驗測量值之間的誤差在20%以內(nèi).

薄板焊接的關(guān)鍵是選用最佳的焊接參數(shù),并按照焊接技術(shù)要求進(jìn)行焊接,克服影響薄板焊接變形的因素,確保焊接質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的要求.

金屬鑄鍛焊技術(shù)casting·forging·welding上半月出版 《熱加工工藝》2011年第40卷第15期 6061鋁合金是一種可熱處理強(qiáng)化的鋁鎂硅系鍛 鋁，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、鐵道車輛結(jié)構(gòu)件，但其焊 接接頭存在比較嚴(yán)重的軟化問題，強(qiáng)度明顯降低。因 此，本文對6061鋁合金焊接接頭軟化產(chǎn)生的原因進(jìn) 行分析，提出采用固溶+人工時效熱處理提高焊接接 頭的強(qiáng)度，獲得了優(yōu)質(zhì)的6061鋁合金焊接接頭。 1實驗材料與方法 實驗用母材為6061-t4(固溶+自然時效)鋁合 金板材，尺寸為200mm×100mm×8mm；焊絲選用 er5356，直徑為2.0mm[1]。 母材機(jī)械加工60°v形坡口，清理焊縫及附近 污染物，然后用丙酮擦洗，再用清水沖凈；用不銹鋼 絲或刮刀等工具清理氧化膜[2]。采用mig焊，焊接設(shè) 備為

鋁合金材料線膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱性強(qiáng)，焊接時容易產(chǎn)生翹曲、波浪變形等，因此建造全焊接鋁合金船體要比建造鋼質(zhì)船體困難得多。精度控制與變形控制等船體建造關(guān)鍵工藝技術(shù)研究是全焊接鋁合金船體結(jié)構(gòu)建造工藝研究中很重要的一部分，是保證產(chǎn)品建造質(zhì)量的關(guān)鍵。針對某船全焊接鋁合金船體結(jié)構(gòu)裝焊易變形的特點，開展焊接變形分析并考慮合理可行的變形控制措施，深入研究總結(jié)鋁合金船體建造過程中變形的控制方法，為系列船的批量化生產(chǎn)積累經(jīng)驗和技術(shù)，同時也為其他鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)提供參考和技術(shù)支撐。

6061鋁合金 6061屬熱處理可強(qiáng)化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可機(jī)加工性能，同時具有中等 強(qiáng)度，在退火后仍能維持較好的操作性.6061合金的主要合金元素是鎂與硅，并形成mg2si相。若 含有一定量的錳與鉻，可以中和鐵的壞作用；有時還添加少量的銅或鋅，以提高合金的強(qiáng)度，而又 不使其抗蝕性有明顯降低；導(dǎo)電材料中還有少量的銅，以抵銷鈦及鐵對導(dǎo)電性的不良影響；鋯或鈦 能細(xì)化晶粒與控制再結(jié)晶組織；為了改善可切削性能，可加入鉛與鉍。在mg2si固溶于鋁中，使合 金有人工時效硬化功能。 6061-t651是6061合金的主要合金，是經(jīng)熱處理預(yù)拉伸工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品，其強(qiáng)度 雖不能與2xxx系或7xxx系相比，但其鎂、硅合金特性多，具有加工性能極佳、優(yōu)良的焊接特點及 電鍍性、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后不變形、材料致密無缺陷及易于拋光、上色膜容易、氧

隨著社會不斷地進(jìn)步，對于高新科技的精密性要求越來越嚴(yán)格，焊接也慢慢被逐步要求現(xiàn)代化、大型化等多種趨勢發(fā)展，而傳統(tǒng)意義的焊接中會產(chǎn)生多種很難規(guī)避的質(zhì)量問題，如何發(fā)展采取措施減小金屬在焊接過程中不產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，在現(xiàn)實中具有非常重要的意義。本文主要探討了焊接應(yīng)力與焊接變形產(chǎn)生的原因及控制措施，以供參考。

采用手工鎢極氬弧焊方法對6061-t6鋁合金進(jìn)行焊接試驗,對焊接試件、試樣分別進(jìn)行了外觀、無損檢測、拉伸、彎曲、沖擊、金相檢測。檢測結(jié)果表明:采用手工鎢極氬弧焊焊接鋁合金6061-t6試件的焊接變形較大;能夠達(dá)到ⅰ級焊縫;抗拉強(qiáng)度較低,只能達(dá)到鋁合金母材抗拉強(qiáng)度的60%左右;沖擊韌性值遠(yuǎn)高于母材的;面彎、背彎可以彎曲至120°;焊縫接頭不同區(qū)域顯微組織經(jīng)全面觀察,未發(fā)現(xiàn)有微裂紋產(chǎn)生;液氮冷卻未影響氬弧焊力學(xué)性能。

采用水蒸氣等離子弧技術(shù)進(jìn)行了7a52鋁合金薄板焊接試驗,研究了坡口形式和焊接參數(shù)對接頭成形的影響,確定了最佳焊接工藝參數(shù)。對焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行了檢測分析,結(jié)果表明:宏觀上接頭內(nèi)部無明顯的氣孔、夾渣和裂紋等焊接缺陷,其最大抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材的50%,伸長率優(yōu)于母材,能夠滿足野外應(yīng)急維修焊接的要求。

根據(jù)6063鋁合金的熱處理特點,通過對火焰校正加熱過程的熱循環(huán)分析,得出6063鋁合金焊件能夠進(jìn)行火焰校正的結(jié)論,且經(jīng)過實踐檢驗,效果良好,操作可行。

本文就焊接施工過程中焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生原因及危害性,焊接變形種類,焊接應(yīng)力與焊接變形控制措施,焊接應(yīng)力消除與焊接變形的矯正方法進(jìn)行探討。