Алюминий и его сплавы очень подвержены деформации при сварке из-за высокой теплопроводности, большого коэффициента теплового расширения и образования оксидной пленки на поверхности. Контроль деформации при сварке алюминия требует системного подхода.

Ниже приведены двенадцать ключевых этапов снижения деформации при сварке алюминия, охватывающих весь процесс от проектирования и подготовки до методов сварки и послесварочной обработки:

一. Этап проектирования и подготовки

1. Оптимизация конструкции соединения
1.1: Принцип: Минимизация количества присадочного металла сварного шва при соблюдении требований прочности.
1.2: Метод:
● Предпочитайте сварку с разделкой кромок угловым швам, поскольку сварка с разделкой кромок обычно дает меньше наплавленного металла.
● Используйте минимально допустимую толщину листа.
● Сварочный шов проектируйте так, чтобы он располагался на нейтральной оси конструкции, чтобы компенсировать деформацию.
● Для толстых листов используйте U-образную разделку вместо V-образной, чтобы сократить объем механической обработки и расход присадочного металла.

2. Использование приспособлений
2.1: Принцип: Ограничьте свободное расширение и сжатие заготовки во время сварки, жестко закрепив ее.                     

2.2: Метод:
● Используйте прочные зажимы и прижимные пластины для надежной фиксации заготовки на сварочной платформе или основании.
● Для длинных сварных швов используйте ограничительные пластины для усиления зоны сварки.
2.3: Внимание: Чрезмерное ограничение может создать значительные внутренние напряжения, потенциально приводящие к образованию трещин. Необходимо найти баланс между контролем деформации и предотвращением образования трещин.

3. Учет усадки
3.1: Принцип: Предвидьте величину деформации и заранее закладывайте отступы в направлении, противоположном деформации, перед сборкой.
3.2: Метод:
● Основываясь на опыте или расчетах, учитывайте сварочную усадку в размерах детали или сборочных зазорах. Это требует обширного практического опыта и накопления данных.

4. Предварительное растяжение
4.1: Принцип: Перед сваркой приложите предварительное напряжение к заготовке в направлении, противоположном сварочной деформации.

4.2: Метод:
● Механическое предварительное растяжение: Используйте инструмент, например, гидравлический домкрат, для создания предварительного напряжения в зоне сварки.
● Термическое предварительное растяжение: Используйте пламя или нагревательную ленту для предварительного нагрева определенной области сварного шва, чтобы вызвать ее расширение. Во время сварки расширение этой области усугубляется предварительным расширением, а сужение уменьшается после охлаждения.

二. Этапы сварочного процесса

5. Выбор метода сварки с низким тепловложением
5.1: Принцип: Тепло является основной причиной деформации, поэтому снижение общего тепловложения имеет решающее значение.
5.2: Метод:
● Предпочтите дуговую сварку плавящимся электродом в среде инертного газа (MIG/GMAW) или дуговую сварку вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG/GTAW).
● Для сложных заготовок рассмотрите возможность использования передовых методов, таких как плазменная сварка переменной полярности (VPPAW) или лазерная сварка (LBW), которые обеспечивают более высокую плотность энергии и более узкую зону термического влияния.

6. Использование методов импульсной сварки
6.1: Принцип: Импульсная сварка позволяет значительно снизить средний сварочный ток и тепловложение, сохраняя при этом глубину проплавления.
6.2: Метод:
● Современные сварочные аппараты MIG и TIG имеют функцию импульсной сварки. Регулируя параметры импульса, можно добиться перехода «импульс за импульсом, капля за каплей», что позволяет точно контролировать тепловложение.

7. Используйте правильную последовательность и направление сварки
7.1: Принцип: Распределяйте накопленное тепло и дайте деформациям компенсировать друг друга.
7.2: Метод:
● Метод сегментированной сварки с подваркой: Разделите длинный сварной шов на несколько участков, сваривая каждый участок сзади вперёд. Таким образом, тепло от последующего участка закаляет предыдущий и распределяет напряжение.
● Симметричная сварка: Для симметричных конструкций два сварщика одновременно сваривают от центра к концам или от концов к центру симметрично.
● Метод сварки с пропуском: Выполняйте сварку с пропуском, чтобы избежать перегрева в отдельных зонах.

8. Контроль параметров сварки
8.1: Принцип: Обеспечивая полное проплавление и провар, используйте минимально возможный ток и максимально возможную скорость сварки.
8.2: Метод:
● Избегайте чрезмерного сварочного тока.
● После освоения техники максимально увеличьте скорость сварки, чтобы сократить время нагрева основного металла.
● Используйте проволоку/вольфрамовый электрод малого диаметра и соответствующие параметры сварки.

9. Использование подкладок
9.1: Принцип: Контролируйте сварочную ванну и форму корня шва для быстрого отвода тепла.
9.2: Метод:
● Для сварных швов с полным проваром используйте медную или керамическую подкладку. Медная подкладка быстро отводит тепло от корня шва, уменьшая деформацию в этой области.

三. Послесварочная обработка

10. Прокалывание сварного шва
10.1: Принцип: Механическое прокалывание вызывает пластическое расширение металла шва, тем самым компенсируя часть усадочных напряжений.
10.2: Метод:
● Для прокалывания металла шва (особенно поверхностного наплавленного валика) используйте шаровидный или пневматический игольчатый молоток.
10.3: Внимание: Прокалывание может привести к упрочнению материала и не подходит для окончательного наплавленного валика или деталей с высокими требованиями к усталости. Эта процедура требует осторожности и опыта.

11. Термическая коррекция
11.1: Принцип: Используя принцип термического расширения и сжатия, локальный нагрев применяется к определенным точкам деформированной области, вызывая сжатие области в противоположном направлении по мере охлаждения, тем самым корректируя деформацию.
11.2: Метод:
● Используя сварочную горелку TIG (без присадочной проволоки) или специальную горелку для газового нагрева, точечно или линейно нагрейте вокруг деформированного выступа или за ним.
● Температура нагрева обычно поддерживается ниже 250 °C во избежание перегрева. Этот метод требует исключительного мастерства.

12. Снижение вибрационных напряжений или естественное старение
12.1: Принцип: Вибрация или естественное старение используются для выравнивания и снятия остаточных сварочных напряжений.
12.2: Метод:
● Вибрационное снижение напряжений (ВСН): деталь подключается к вибратору с помощью специального оборудования и подвергается вибрации на резонансной частоте в течение десятков минут для эффективного снижения внутренних напряжений.
● Естественное старение: сварная конструкция остается неподвижной в течение недель или месяцев, чтобы напряжение естественным образом рассеялось. Этот метод требует много времени, но экономически эффективен.

Резюме

Наиболее эффективным подходом является профилактика, дополненная коррекцией. На практике вышеуказанные меры следует комбинировать в зависимости от конкретной конструкции изделия, требований и условий производства для достижения оптимального контроля. Ключ к успеху — планирование с самого начала и строгий контроль тепловложения на протяжении всего процесса сварки.