6061鋁合金薄板焊接應力與焊接變形

采用攪拌摩擦焊(fsw)技術對1mm厚6061-t6鋁合金薄板進行了對接.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,接頭的硬度值達到母材的80%左右,抗拉強度達到母材的103%,延伸率達到母材的54%;接頭的力學性能與微觀結構相符.

在焊接鎂鋁合金薄壁板時,往往會出現(xiàn)氣體保護效果不好、焊接變形、定位焊不準等缺陷,嚴重影響焊接質(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，最終導致在結構內(nèi)部產(chǎn)生了焊 接應力與變形。焊接應力是引起脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂和失穩(wěn)破壞的主要原因。 另外，焊接變形也使結構的形狀和尺寸精度難以達到技術要求，直接影響結構的制造質(zhì)量和使 用性能。因此，本章主要討論焊接應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；焊接應力的分布規(guī)律，降低焊接應力的工藝 措施和焊后如何消除焊接殘余應力。 第一節(jié)焊接應力與變形的產(chǎn)生 一、焊接應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程序進行仿真模擬,探討了焊接殘余應力與變形的特點,結合彈性穩(wěn)定性理論對環(huán)焊縫焊接產(chǎn)生的特殊變形規(guī)律進行了研究.結果表明,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,殘余應力狀態(tài)復雜;焊縫外側的壓應力超過了失穩(wěn)變形極限,造成了鋁合金薄板的失穩(wěn)變形.

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

2010年第12期44 焊接技術 薄板焊接變形分析及控制 明瑞云 （杭州市設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理進行了詳細的分析與探 討的基礎上，總結出采用分區(qū)域焊接的方法，從而有效地控制了薄板的焊接變形，由此而進行了有益的探討和論述。 關鍵詞：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 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、技術難點和解決思路,記錄利用300w激光對鋁合金進行單光束焊接的有關參數(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參數(shù)。進行了激光、氬弧混合焊接試驗。對部分焊接樣品進行了定量分析。經(jīng)過分析研究,提出了鋁合金激光焊接工藝改進意見。

提出采用橫向預置擠壓載荷進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?shù)臋M向擠壓載荷,可以減小焊縫金屬凝固收縮時產(chǎn)生的橫向拉伸應力和應變,使其總應變被限制在最低延性值范圍內(nèi),改變了熱裂紋產(chǎn)生的力學條件。建立橫向預置壓應力模型、采用彈塑性有限元方法闡明橫向預置應力法防止熱裂紋的原理,在自制的裝置上對常規(guī)焊和橫向預置壓應力工藝條件下焊接試件裂紋率進行比較分析。魚骨狀裂紋試驗結果表明:在加載寬度一定時,隨著預置載荷的增加,在焊縫處產(chǎn)生的擠壓應力也隨之增加,裂紋率和裂紋長度逐漸降低,當橫向預置壓應力達到一定數(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力變形分析

針對6056-t6鋁合金平板進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行模擬,考察了模擬溫度、應力場分布和試板變形情況,對試驗和模擬溫度、變形進行比較。結果表明,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向殘余應力在焊縫中心線兩側非對稱性分布,前進側大于回轉側。

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

大尺寸6056鋁合金薄板經(jīng)過攪拌摩擦焊接實驗后出現(xiàn)了嚴重的面外變形,雖然變形程度小于熔化焊結果,但已經(jīng)影響到被焊薄板的裝配和使用.為詳細研究和預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,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矩計算熱輸入量、工件和卡具之間的接觸熱傳導、隨溫度變化的材料模型,以及綜合考慮攪拌頭機械作用等工作.利用該模型可以得到不對稱的縱向殘余應力結果,殘余變形的趨勢在整塊板上都與實驗結果相同,而且變形量和實驗測量值之間的誤差在20%以內(nèi).

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

金屬鑄鍛焊技術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化的鋁鎂硅系鍛 鋁，廣泛應用于汽車、船舶、鐵道車輛結構件，但其焊 接接頭存在比較嚴重的軟化問題，強度明顯降低。因 此，本文對6061鋁合金焊接接頭軟化產(chǎn)生的原因進 行分析，提出采用固溶+人工時效熱處理提高焊接接 頭的強度，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 備為

鋁合金材料線膨脹系數(shù)大、導熱性強，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鍵工藝技術研究是全焊接鋁合金船體結構建造工藝研究中很重要的一部分，是保證產(chǎn)品建造質(zhì)量的關鍵。針對某船全焊接鋁合金船體結構裝焊易變形的特點，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，同時也為其他鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)提供參考和技術支撐。

6061鋁合金 6061屬熱處理可強化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可機加工性能，同時具有中等 強度，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，以提高合金的強度，而又 不使其抗蝕性有明顯降低；導電材料中還有少量的銅，以抵銷鈦及鐵對導電性的不良影響；鋯或鈦 能細化晶粒與控制再結晶組織；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)熱處理預拉伸工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品，其強度 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

隨著社會不斷地進步，對于高新科技的精密性要求越來越嚴格，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鋁合金進行焊接試驗,對焊接試件、試樣分別進行了外觀、無損檢測、拉伸、彎曲、沖擊、金相檢測。檢測結果表明: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;能夠達到ⅰ級焊縫;抗拉強度較低,只能達到鋁合金母材抗拉強度的60%左右;沖擊韌性值遠高于母材的;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性能。

6061鋁合金平板對接焊接接頭拉伸性能研究

采用水蒸氣等離子弧技術進行了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性能進行了檢測分析,結果表明:宏觀上接頭內(nèi)部無明顯的氣孔、夾渣和裂紋等焊接缺陷,其最大抗拉強度可達母材的50%,伸長率優(yōu)于母材,能夠滿足野外應急維修焊接的要求。

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鋁合金焊件能夠進行火焰校正的結論,且經(jīng)過實踐檢驗,效果良好,操作可行。