大型铝合金构件焊接变形控制研究
作者单位：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所
会议名称：《特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术...》
会议日期：2017年
学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化]
摘 要：铝合金具有优异的物理特性、化学特性、力学特性及工艺特性,广泛应用于制造各类工业产品。但因其材料线膨胀系数大,焊接热输入大,熔点低、散热快,比钢件更易产生大的扰曲变形和角变形。本文以某支撑座体为对象,研究了复杂铝合金构件焊接变形的控制方法。支撑座体为5A06铝合金焊接结构件,结构复杂,由底座框架和箱体支座组件焊接而成,每个组件又分别由多个零件焊接构成。外形尺寸大,约2400 mm×1800mm×350 mm。该产品形位精度要求高,长跨距上的两组箱体支座斜面在三维空间构成的平面要求共面,平面度≤±2mm,箱体支座形成的夹角为90°+10。工艺技术难点:底座框架由多个纵、横梁及底板等焊接而成,纵、横梁因结构限制无法选用轧制型材或钣金成形件,只能采用焊接成形,导致底座框架焊缝众多,焊接变形趋势复杂;箱体支座大跨距的空间位置及角度控制要求,导致工装设计复杂庞大、工装与零件组装繁琐,并且受工装限制还增加了施焊难度,生产效率低下;整体焊后矫正困难,采用机械矫正法或加热矫正法均存在操作不便、效率低、矫正难度大的问题,需采取有效工艺措施在焊接过程中保证各精度要求。利用Simufact Welding软件对支撑座体总体焊接后的变形进行计算,根据模拟计算结果得到了焊接变形的重点控制部位。经过分析采取的减小焊接变形的控制措施有:(1)根据预测的焊接变形大小和方向,采用反变形法减小焊接变形,通过在箱体支座斜边预置一定的反变形量,抵消焊接后产生的变形;(2)设计合理的装配焊接顺序,为避免支撑座体整体焊接应力过大,变形难以矫正,焊接工艺设计时采用分部件组焊法,将支撑座体分为底座框架和箱体支座两个组件分别组焊,消除应力后再总体装配焊接;(3)箱体支座与底座框架焊接时不采用大型的刚性固定工装,设计基于基准统一原则的检测模板,焊接过程中使用检测模板检测角度变化情况,调整焊接顺序及焊接参数减小焊接变形;(4)针对焊缝长容易产生较大变形的问题,优化机器人TIG焊接参数。通过对箱体支座构件焊接变形模拟分析,重点采用反变形法进行焊接变形控制,并通过设计合理的焊接工艺顺序及工艺措施,解决了支撑座体焊接变形大精度难以控制的难题。