一種用于薄壁箱型梁結(jié)構(gòu)的焊接工裝設(shè)計

（山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽 265118）

一種用于薄壁箱型梁結(jié)構(gòu)的焊接工裝設(shè)計

劉 晶 李 娟

（山東核電設(shè)備制造有限公司，山東 海陽 265118）

薄板焊接變形具有一定的復(fù)雜性、多元性，研究薄板結(jié)構(gòu)焊接過程中變形控制的方法，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品的市場競爭力，具有重要的意義?；诖?，本文提出了一種適用于薄壁、長焊縫箱型梁焊接的焊接工裝方案，為類似鋼結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制提供了有效的參考。

薄板焊接；變形控制；焊接工裝

1 概述

在學(xué)術(shù)研究上，焊接過程屬于不均勻快速加熱和冷卻過程，極易引發(fā)焊接區(qū)材料發(fā)生不均勻的應(yīng)力應(yīng)變，導(dǎo)致焊后形成殘余應(yīng)力和殘余變形。周廣濤等針對高強(qiáng)鋁合金薄板結(jié)構(gòu)焊接時存在的焊后殘余應(yīng)力大的缺點(diǎn)，采用施加不大于材料屈服強(qiáng)度σs的縱向預(yù)置拉應(yīng)力的方法降低其殘余應(yīng)力，結(jié)果表明該方法可以改善殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，顯著降低焊后殘余應(yīng)力的峰值。

在工程實際應(yīng)用中，選用工裝夾具對焊接件進(jìn)行剛性固定是防止和減少焊接殘余應(yīng)力與變形的常用措施之一，焊接工裝夾具亦是焊接工藝裝備中具有典型意義的設(shè)備，焊接工裝夾具的方案設(shè)計更是焊接生產(chǎn)機(jī)械化合自動化的基礎(chǔ)。

可見，通過工裝夾具實現(xiàn)對焊接變形的有效控制不論在學(xué)術(shù)界還是工程實際應(yīng)用中均得到了廣泛的認(rèn)可。對于薄板結(jié)構(gòu)件來說，薄板結(jié)構(gòu)焊接時往往會因為屈曲而產(chǎn)生波浪變形，從而嚴(yán)重影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)中控制薄、超薄制品的焊接變形具有十分重要意義。

2 焊接工裝設(shè)計

2.1 設(shè)計背景

國內(nèi)某核電設(shè)備上一組件中的構(gòu)件，外形類似槽鋼的兩薄壁“槽鋼型材”，焊接成薄壁箱型梁。

2.2 主要參數(shù)：

（1）材質(zhì)：304不銹鋼；

（2）板厚：T≤2mm薄板；

（3）兩條長度：H＞5000mm，位置分布對稱的焊縫1和焊縫2；

（4）截面尺寸：

L1×L2，L1＜250mm、L2＜250mm。

2.3 工藝難點(diǎn)：

（1）板厚較薄且焊縫偏長，焊縫位置居于面中心，焊后形變較難控制。

（2）輪廓尺寸要求嚴(yán)格，焊后很難進(jìn)行通長校形且校形成本較高。

2.4 工裝設(shè)計簡圖

圖1 工裝三維效果圖

通過對比橫焊和平焊的特點(diǎn)，設(shè)計了一種適用于薄壁、長焊縫箱型梁結(jié)構(gòu)的焊接工裝，且能夠?qū)崿F(xiàn)自動旋轉(zhuǎn)，調(diào)整焊接位置，三維效果見圖1所示。

外部夾持結(jié)構(gòu)主要組成部分包括3上、下琴鍵，5壓緊手鉗。琴鍵位置設(shè)計為上下可調(diào)，可適用于不同截面尺寸箱型梁的焊接。

工裝使用過程：調(diào)整上下琴鍵位置和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)滾輪位置，將工件兩部分從側(cè)面送入外部夾持結(jié)構(gòu)內(nèi)部，調(diào)整工件位置使焊縫處于可焊狀態(tài)，夾緊手鉗將工件固定。將氣囊呈泄氣狀態(tài)下的內(nèi)部脹緊機(jī)構(gòu)從外部夾持結(jié)構(gòu)的前方推入。氣囊充氣后支撐板頂起，與琴鍵配合夾緊工件，進(jìn)行第一條焊縫的施焊。第一條焊縫焊接完成后，保持工裝夾緊狀態(tài)，利用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°，進(jìn)行第二條焊縫的焊接。焊接工作全部完成后，氣囊泄氣，高強(qiáng)度彈簧將支撐板復(fù)位（彈簧自然狀態(tài)下，滾輪呈外露狀態(tài)），露出滾輪，取出內(nèi)部脹緊結(jié)構(gòu)。

2.5 工裝特點(diǎn)：

（1）可以實現(xiàn)工件和工裝的自動旋轉(zhuǎn)，改變焊接位置、方便焊接操作。

（2）自帶滾輪，方便工裝的拆卸和轉(zhuǎn)移。

（3）可實現(xiàn)自動脹緊，起到良好的加固作用，從而保證焊接質(zhì)量。

結(jié)語

焊接變形的根源是固有應(yīng)變，即焊接過程中產(chǎn)生的殘余塑性應(yīng)變。通過反變形也可以減少或消除殘余塑性應(yīng)變，從而達(dá)到控制焊接變形的目的。薄壁、長焊縫箱型梁鋼結(jié)構(gòu)件的焊接過程中，若參考此工裝設(shè)計理念，再配以適當(dāng)?shù)姆醋冃未胧?，將能夠很好的控制焊接變形?/p>

[1]陸雪冬.AH36薄板焊接質(zhì)量控制技術(shù)研究[D].江蘇科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[2]周廣濤，劉雪松，方洪淵. 縱向預(yù)置應(yīng)力法控制薄板焊接殘余應(yīng)力與變形[J].機(jī)械工程材料，2008，32（03）∶78-81.

[3]戴鴻濱，林三寶.焊接工裝夾具方案設(shè)計職能CAD技術(shù)的研究[J].焊接，2004（02）：13-16.

[4]田錫唐，焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

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