焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制

賀孝偉

摘 要:本文旨在分析焊接結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生變形的原因,和對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件變形的有力控制,在經(jīng)過研究和分析以后,筆者將提出預(yù)防措施來防止焊接結(jié)構(gòu)的各種類型的變形。

關(guān)鍵詞:焊接結(jié)構(gòu)焊接變形分析原因

中圖分類號(hào):TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0120-01

作為機(jī)械制造中的加工工藝,焊接的地位不斷十分重要,而且它的價(jià)值意義也是十分巨大的,現(xiàn)實(shí)中由于焊接應(yīng)力導(dǎo)致的焊接變形等,則導(dǎo)致每年近千萬元的損失,這也是在機(jī)械制造中不可避免卻又不得不避免的一個(gè)重大問題,因此,研究并探討出防止焊接結(jié)構(gòu)件變形的預(yù)防措施具有很重要的價(jià)值和意義。

1焊接結(jié)構(gòu)件變形分類

焊接結(jié)構(gòu)件變形的原因有很多,其中就包括母材的材質(zhì)導(dǎo)致的變形、填充材料導(dǎo)致的變形、焊接方法不嫻熟或者方法不正確導(dǎo)致的變形、焊接參數(shù)(WPS文件參數(shù))導(dǎo)致的變形[1]、焊接順序不正確導(dǎo)致的變形、還有冷卻時(shí)間及焊接過程中是否有約束等問題導(dǎo)致的焊接結(jié)構(gòu)件變形等原因,但是這些原因歸根結(jié)底是由于焊接殘余應(yīng)力造成的,而焊接結(jié)構(gòu)變形又可以分為以下幾類:收縮變形—— 其包括垂直于焊縫方向引起的橫向收縮和焊縫方向引起的縱向收縮;彎曲變形—— 這個(gè)包括由于橫向收縮引起的彎曲變形和由于縱向收縮引起的彎曲變形;扭曲變形—— 構(gòu)件繞自身軸線的扭曲;波浪邊形—— 波浪變形時(shí)由于薄板焊接產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力使得構(gòu)件出現(xiàn)因?yàn)閴嚎s而形成的。

2焊接結(jié)構(gòu)件變形的預(yù)防措施和手段

以CRH3型及CRH5型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架為例,來提出本文研究的焊接結(jié)構(gòu)件變形的預(yù)防措施和手段主要有以下方面。

2.1 完善和改進(jìn)焊接的結(jié)構(gòu)是其中一方面

如果想要控制和預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)件的變形,首當(dāng)其沖就得在設(shè)計(jì)方面下功夫,前提設(shè)計(jì)好合理的結(jié)構(gòu),只有把設(shè)計(jì)做好了,才能為下面的步驟打好基礎(chǔ)。做好設(shè)計(jì)的具體措施有:選擇合理的焊縫形式和大小合適的尺寸;若是遇到不必要的焊縫要盡量減少;為了避免焊縫太集中就必須合理安排焊縫的位置。

2.2 剛性固定法的使用[2]

一般說來,剛性大的結(jié)構(gòu)件經(jīng)過焊接后發(fā)生變形的可能都會(huì)比較小,而剛性比較小的結(jié)構(gòu)件經(jīng)過焊接后可能會(huì)產(chǎn)生大的變形,那么對(duì)待這種容易變形的結(jié)構(gòu)件就得采用專用的夾具、支撐桿、胎具或點(diǎn)固在工作臺(tái)上來提高它的剛性,以此來減小變形情況的發(fā)生,這種方法在實(shí)踐中比防止角變形和波浪變形更加有效,但必須指出的是,工人在工件焊接后,得等焊接后工件溫度下降到室內(nèi)溫度后,才能拿開固件,否則就容易出現(xiàn)事故。再則一方面,拿掉剛性固定前一定得采用錘擊敲打的方式來消除部分應(yīng)力,減小變形。

2.3 收縮變形余量的預(yù)留

根據(jù)焊接收縮理論,得出計(jì)算值(箱形梁四周施焊收縮量2mm/m,其他結(jié)構(gòu)依此類推)和經(jīng)驗(yàn)值(參數(shù)的統(tǒng)計(jì)時(shí)根據(jù)同一部件數(shù)個(gè)產(chǎn)品焊接后或類比以往相似結(jié)構(gòu)來統(tǒng)計(jì)參數(shù)),收縮余量是在工件下料及加工時(shí)預(yù)先考慮的問題,這是為了便于達(dá)到焊接工件所要求的形狀、尺寸等,在焊縫收縮的方向上預(yù)先留出收縮量,保證焊接后的構(gòu)件滿足要求的尺寸。

應(yīng)值得一提的是,如果焊縫的形狀在實(shí)際生產(chǎn)中達(dá)不到規(guī)則形狀,預(yù)留的焊接收縮量就不能用平常的理論公式來計(jì)算,而是需要進(jìn)行多個(gè)實(shí)際產(chǎn)品的焊接試驗(yàn)來確定焊接的收縮量[3]。

2.4 反變形法的使用

理論計(jì)算值和經(jīng)驗(yàn)可以預(yù)先估計(jì)出結(jié)構(gòu)焊件變形的大小和方向,以保證在焊接裝配時(shí)能給予一個(gè)方向相反大小也相等的人為的變形,焊接的不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致收縮變成角變形,那么就可以在裝配時(shí)加上一個(gè)與變形相反的角度,這樣就使得焊接后的變形與反變形相互抵消,那么工件也就滿足要求的尺寸。

2.5 焊接方法必須合理

合理的焊接方法在機(jī)械制作中是極其重要的,焊接采用的方法不同,產(chǎn)生的線能量也會(huì)有不同,如果選用線能量比較低的焊接方法的話,變形就可以得到有效的控制,還能減小焊接塑性壓縮區(qū),而目前主要采用三種焊接方法焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架:二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(135)、手工電焊弧(111)、無極氬弧焊(141)[4],目前這三種是比較常見的焊接方法,這些焊接方法都可以降低焊接變形量。

2.6 焊接預(yù)熱、焊接后消應(yīng)力熱的處理

焊接預(yù)熱使得焊縫周圍的母材溫度升高會(huì)降低焊縫金屬與周圍母材的溫差,如此一來,降低焊接收縮內(nèi)應(yīng)力將會(huì)減少焊接的變形程度,焊縫區(qū)溫度的不均勻?qū)㈦y免造成很高的內(nèi)應(yīng)力,而這樣的焊接內(nèi)應(yīng)力又會(huì)使得焊件在加工過程中產(chǎn)生變形甚至爆裂,若通過適當(dāng)?shù)念A(yù)熱,再對(duì)焊件加工處理,就可以減少焊件變形或爆裂事故的發(fā)生。

3如何糾正焊接變形

焊件變形不僅對(duì)于工作人員有很大影響,而且對(duì)整個(gè)工作的進(jìn)行都會(huì)產(chǎn)生不利的反應(yīng),而若能將變形糾正過來,將會(huì)使得工作得以順利地進(jìn)行,糾正焊接變形的方法主要有2種—— 機(jī)械糾正和火焰加熱糾正,他們實(shí)質(zhì)上都是使得焊接結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生新的變形來抵消焊接變形。

3.1 機(jī)械糾正方法

給構(gòu)件施加來自外部的機(jī)械力,使得構(gòu)件產(chǎn)生與原來的焊接變形的方向相反的塑性變形,以便于能夠抵消焊接變形,這樣的方法叫做機(jī)械糾正。而來自外部機(jī)械力的施加則可以通過錘擊、壓力機(jī)及碾壓等方法來實(shí)現(xiàn),但這種方法只適合剛性較小且不太厚的板結(jié)構(gòu)。

工作人員在使用機(jī)械糾正的過程中一定要注意采用校直機(jī)進(jìn)行,因?yàn)檫@種校直方法生產(chǎn)效率較高,但是工作人員必須具有豐富的工作經(jīng)驗(yàn),否則就容易導(dǎo)致將構(gòu)建表面弄出壓痕或焊縫區(qū)域出現(xiàn)裂紋等。

3.2 火焰加熱的糾正方法

利用火焰加熱時(shí)產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形使得構(gòu)件較長(zhǎng)的部分在冷卻過后縮短以抵消變形,這種方法叫火焰加熱糾正,不過這種方法一般主要適用于各種低碳鋼和大部分的低合金結(jié)構(gòu)鋼,卻不適用于有晶間腐蝕傾向的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼,工作人員在進(jìn)行火焰加熱過程中,也可以同時(shí)施加機(jī)械力,這樣可以有效地提高矯正效果,構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接變形的實(shí)際情況決定了是選擇點(diǎn)狀加熱、線狀加熱還是三角形加熱等方式。

工作人員在操作過程中,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制火焰的溫度,溫度較低或較高都無法適度地進(jìn)行調(diào)配和控制,溫度較低無法調(diào)整尺寸,溫度過高又會(huì)造成加熱區(qū)域硬度降低從而導(dǎo)致整體強(qiáng)度下降,因此操作的工作人員必須具有豐富的經(jīng)驗(yàn),但是與機(jī)械糾正相比,火焰加熱糾正的效率較低但適用范圍較廣。

4結(jié)語(yǔ)

關(guān)于對(duì)焊接變形的討論和改進(jìn)研究對(duì)大型的焊接結(jié)構(gòu)件的制造,如:軌道車輛轉(zhuǎn)向架;鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)的車體等的制造具有十分重要的意義和價(jià)值。根據(jù)理論結(jié)合實(shí)踐的指導(dǎo)方法,把理論計(jì)算結(jié)合到實(shí)際產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,由此再來制定出相應(yīng)的工藝措施,這樣不斷能保證質(zhì)量問題,還能對(duì)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本產(chǎn)生較大的影響。

參考文獻(xiàn)

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[3] 彭尚.一種矯正鋼模焊接彎曲變形的新工藝[J].鐵道建筑技術(shù),2003(4):32.

[4] 李文超,尹勇,宋利鋒,等.中部槽中板焊接橫向收縮量的研究[J].煤礦機(jī)械,2011(11):11～12.