撐塊在焊接工裝中的應(yīng)用

石芬

（中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團）有限公司，湖南株洲412000）

撐塊在焊接工裝中的應(yīng)用

石芬

（中航工業(yè)南方航空工業(yè)（集團）有限公司，湖南株洲412000）

在薄壁零件的焊接過程中，常常會因為焊接應(yīng)力而產(chǎn)生變形，從而影響零件的質(zhì)量，而焊后的殘余應(yīng)力也影響產(chǎn)品的性能。因此，減少焊后變形與殘余應(yīng)力不容忽視，而撐塊結(jié)構(gòu)在一定程度上消除殘余應(yīng)力與焊后變形。主要論述撐塊在焊接工裝中的應(yīng)用。

薄壁件；焊后變形；殘余應(yīng)力；撐塊結(jié)構(gòu)

引言

由于航空產(chǎn)品性能的需求，薄壁件在航空工業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。焊接工藝在薄壁件的裝配組合中占有很大的比例，而在焊接過程中，薄壁件常常因為焊接應(yīng)力而變形，因為殘余應(yīng)力而影響強度。薄壁圓筒形零件因為焊后變形導致焊縫對接處的圓度與尺寸達不到工藝要求，因此，減少薄壁件在焊接后的變形與殘余應(yīng)力對航空工業(yè)尤為重要。帶有撐塊結(jié)構(gòu)的焊接夾具很好地解決了薄壁圓筒形零件焊后圓度與尺寸滿足不了工藝要求的問題，同時也能消除殘余應(yīng)力。

1　理論依據(jù)

薄壁圓筒零件環(huán)形焊縫在焊接過程中與焊縫冷卻時，焊縫與近縫區(qū)的金屬溫度很高，而遠離焊縫區(qū)域的金屬溫度較低，這就造成了不均勻的溫度場。在溫度場作用下，受膨脹的近縫區(qū)金屬在兩側(cè)較低溫度金屬的約束限制下產(chǎn)生壓應(yīng)力。在冷切過程中，近縫區(qū)的金屬因熱收縮受到兩側(cè)金屬的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力。焊接因焊接過程中的壓應(yīng)力與冷切過程中的拉應(yīng)力變形，導致零件達不到工藝要求[1]。焊后的殘余應(yīng)力也影響著零件的強度性能。

為使焊件滿足工藝要求，需要采取措施控制焊接變形。焊前的預防與焊后的矯正都可控制焊接變形。焊接預防常用方法有預變形法和剛性固定法[2]等。預變形法對薄壁圓筒形零件封閉環(huán)形焊縫造成的變形效果較好[3]。撐塊結(jié)構(gòu)是預變形的一種措施，它還有焊后矯正與消除殘余應(yīng)力的效果。

撐塊結(jié)構(gòu)是根據(jù)漲形模具改制而來的，主要包括錐塊、定位塊與撐塊，撐塊由幾塊扇形塊組成。給錐塊一個向下的力，使錐塊向下運動，錐塊推著撐塊朝外運動，撐緊焊件，限位塊通過控制錐塊向下的位移來控制撐塊朝外的位移，從而保證零件的外形尺寸。撐塊結(jié)構(gòu)對焊件施加的力遠遠大于焊接過程中的應(yīng)力與焊后的殘余應(yīng)力。焊接應(yīng)力與焊后殘余應(yīng)力相對于撐緊力對零件形狀的影響可以忽略，而撐塊施加給零件的力在圓周方向是均勻的，從而保證了零件的圓度。撐塊結(jié)構(gòu)可以使零件滿足工藝要求。

2　實例

2.1圓筒對接焊

圓筒對接焊是兩個薄壁圓筒零件的對接氬弧焊，零件壁厚0.8mm，焊縫處直徑250 mm，對接間隙不大于0.3mm，錯位不大于0.2mm，橢圓度不大于φ0.5mm。分塊撐緊結(jié)構(gòu)在焊接過程中能較好地滿足這些要求。零件擺放好，錐塊向下移動，帶動撐塊向外運動，撐緊零件，解決零件的錯位要求。上面的零件加壓板，施加一個向下的力，解決了對接間隙的問題。在焊接過程中，撐塊撐緊零件，撐緊力遠大于焊接過程中的應(yīng)力，焊后撐緊力抵消殘余應(yīng)力，焊接應(yīng)力對零件的形狀影響較小，零件的圓度由撐塊的圓度來確定，保證撐塊的加工精度，零件的圓度就能滿足要求。

2.2圓環(huán)槽端面焊

圓環(huán)槽端面焊是在一個圓環(huán)槽內(nèi)焊接一個圓環(huán)件，圓環(huán)槽的內(nèi)壁厚1mm，在焊接端面焊的過程中容易變形，影響零件的圓度，且零件的直徑為φ60mm，空間不便使用分塊撐緊結(jié)構(gòu)。但是需要一個圓周向外的力來保證零件的形狀，利用撐塊結(jié)構(gòu)的工作原理，設(shè)計了焊接工裝。由彈性脹圈代替了撐塊，在焊接時錐塊帶動脹圈撐緊零件，保證零件的圓度滿足要求。焊后，錐塊拿開，脹圈回縮，方便零件的取出。撐塊結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用在圓周面上焊凸臺，其他形狀的封閉焊縫的薄壁零件。

3　結(jié)語

1）薄壁零件焊接易變形，零件焊后常常達不到工藝要求，撐塊結(jié)構(gòu)的工裝在一定程度上解決了圓筒零件焊接錯位，保證焊后零件的圓度與尺寸。

2）撐塊結(jié)構(gòu)通過改進還可以應(yīng)用在其他類型的薄壁零件的焊接中。

[1]李軍,楊建國.薄壁結(jié)構(gòu)焊接的焊中控制研究現(xiàn)狀[J].焊接,2008 (8):16-22.

[2]拉達伊.焊接熱效應(yīng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997:267-280.

[3]郭強吉.L形梁焊接變形分析及控制[J].熱加工工藝,2016,45(9): 27-29.

（編輯：王紅霖）

Application of Support Block in W elding Tooling

Shi Fen
(China Aviation Industry Southern Aviation Industry(Group)Co.,Ltd.,Zhuzhou Hunan 412000)

In thewelding process of thin-wall parts,there are deformation because of thewelding stress,which finally affects the quality of the parts,and the residual stress after welding also affects the performance of the product.Therefore,deformation and residual stress should be reduced,and to a certain extent,the support block structure eliminates residual stress and welding deformation.This paper mainly discusses the application of supportblock in welding tool.

thin-wall parts;welding deformation;residual stress;supportblock structure

TU621

A

2095-0748(2016)21-0061-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.21.27

2016-10-18

石芬（1984—），女，湖南衡陽人，碩士，助理工程師，研究方向：鈑金零件工裝設(shè)計。