工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的原因及控制方法

張士營

摘 要：本文以工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的原因及控制方法為題展開了相關(guān)研究，首先簡要介紹了收縮、彎曲、扭曲等主要焊接變形情況，而后就針對造成焊接變形的原因展開了深入的探究工作，結(jié)合本次研究，最終提出了對焊接變形進(jìn)行有效控制的一些具體方法，其中主要就包括了優(yōu)化焊接工藝、工裝模具法、反變形法等幾種方法。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；大型結(jié)構(gòu)件；焊接變形；原因；控制方法

由于工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件的體積與重量均相對較大，其中的板材焊接件結(jié)構(gòu)同樣也十分復(fù)雜，其內(nèi)部當(dāng)中存在著大量的焊接點(diǎn)，極易造成收縮、彎曲、扭曲等變形情況的發(fā)生。若不能不是臺(tái)車架焊接變形量被控制到一定的范圍程度當(dāng)中，便會(huì)導(dǎo)致焊后臺(tái)車架端面、銷軸孔等會(huì)由于沒有多出的余量而難以加工，嚴(yán)重者便會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢。下文將就焊接變形的類型與原因展開具體的分析、探討，并據(jù)此提出了一些針對性的控制變形方法。

1 焊接變形的類型

1.1 收縮變形

這一種焊接變形情況大多出現(xiàn)在對簡單結(jié)構(gòu)零部件采取焊接措施之后，其焊縫會(huì)通過液態(tài)轉(zhuǎn)變成為固態(tài)并逐漸冷卻的這一過程當(dāng)中。在這一時(shí)期，因?yàn)楹附涌p體積越來越小，焊接件的應(yīng)力效應(yīng)也逐漸增大，由此便會(huì)導(dǎo)致焊接件外部尺寸間逐漸縮小。

1.2 彎曲變形

此種焊接變形情況大多出現(xiàn)在多條焊縫內(nèi)應(yīng)力以及收縮變形作用之下所產(chǎn)生的后果，通常會(huì)發(fā)生在焊接件外部細(xì)長同時(shí)橫截面的上部與下部尺寸差別偏大，或者是焊接縫的分布不均勻，甚至是焊接部件順序不適宜等情況。例如推土機(jī)的架箱形梁、臺(tái)車架箱形梁等部位的焊接，通常所發(fā)生的變形即為彎曲變形。

1.3 扭曲變形

這一類變形情況大多會(huì)出現(xiàn)在框架式的大型結(jié)構(gòu)件焊接當(dāng)中，其最為明顯的一個(gè)特點(diǎn)便是扭曲形變位置與方向均無法做到合理的對稱、板件尺寸不合格、焊縫布設(shè)沒有科學(xué)的規(guī)律性，進(jìn)而 焊縫當(dāng)中的應(yīng)力方向出現(xiàn)偏差，力的大小也不勻稱，進(jìn)而極易造成焊接件發(fā)生扭曲變形情況。例如在推土機(jī)機(jī)架焊接之后所發(fā)生的變形情況通常便是扭曲變形。

2 焊接變形的原因

2.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理

在對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接之時(shí)發(fā)生了不均勻的膨脹乃至于在焊縫冷卻的過程當(dāng)中表現(xiàn)出了不均勻的收縮情況，無論是哪種情況的出現(xiàn)均會(huì)導(dǎo)致焊接件發(fā)生極度復(fù)雜的焊接應(yīng)力狀況。影響焊接應(yīng)力的因素十分多樣化，其中可能是焊縫結(jié)構(gòu)、數(shù)量乃至于截面的樣式，也有可能是焊縫所在的位置等。焊縫結(jié)構(gòu)的愈發(fā)復(fù)雜，相伴而生的便是結(jié)構(gòu)件在焊接過程當(dāng)中所產(chǎn)生的應(yīng)力與方向便更加難以掌控。

2.2 焊接工藝不合理

對于焊接工藝的選取是在大型結(jié)構(gòu)件焊接之時(shí)的重要重、難點(diǎn)問題，其不但會(huì)對產(chǎn)品生產(chǎn)效率產(chǎn)生重大影響，更為關(guān)鍵的是還會(huì)直接使得產(chǎn)品質(zhì)量受損。在焊接工藝之中多個(gè)方面的因素均會(huì)對焊接變形產(chǎn)生出極其關(guān)鍵的影響，例如對焊接設(shè)備的選取、參數(shù)的選定、順序的判別等等。應(yīng)用以科學(xué)化的焊接工藝，不但需要焊接人員具備豐富的理論之時(shí)，同時(shí)還要有著扎實(shí)的焊接經(jīng)驗(yàn)。

3 控制焊接變形的方法

3.1 優(yōu)化焊接工藝

此種對焊接變形進(jìn)行控制的方法是在降低焊接應(yīng)力以及控制焊接變形方面所最為常用的一種方法，對于焊接變形的有效控制意義重大。在對大型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接之時(shí)，必須要重視工藝設(shè)計(jì)與焊接參數(shù)的選擇，其中重點(diǎn)就涵括以下幾方面內(nèi)容：盡可能選用熱量輸出相對較小的焊接方式，例如CO2氣體保護(hù)焊接方式，同時(shí)還可采取逐段焊接作業(yè)的方式；采取科學(xué)的焊接順序，盡可能由里至外、由中部向四周、由短至長來進(jìn)行焊接，最大程度的確保焊接工件可均勻升溫；完全不同的材質(zhì)在進(jìn)行焊接之時(shí)，可在焊接之前對其進(jìn)行預(yù)熱處理，而在焊接完成之后則可采取回火的方式來減小焊接應(yīng)力.

3.2 工裝模具法

在對大型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接之時(shí)工裝模具是其中所必不可少的一部分內(nèi)容。選用工裝模具不但可以極大的促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，更加關(guān)鍵的是還可對焊接變形進(jìn)行精確控制。在具體的焊接作業(yè)中，所能夠采用的工裝模具主要包括以下兩類：

（1）組隊(duì)工裝

此種工裝模具大多是應(yīng)用在焊接以前對各零部件在原有工件中的位置進(jìn)行固定，主要采取的是電焊方式從而促使工件產(chǎn)生出一個(gè)較為穩(wěn)固的框架結(jié)構(gòu)。為了能夠更為確切的明確工件位置，保障工件精度，在生產(chǎn)中可應(yīng)用組隊(duì)工裝來實(shí)施工件焊接。

（2）焊接變位機(jī)

一般在大型結(jié)構(gòu)件外觀尺寸與自身重量均相對偏大，在焊接之時(shí)進(jìn)行位置的調(diào)整難度極大。為了提升焊接質(zhì)量與效率，可采用變位機(jī)焊接方式。其可依據(jù)實(shí)際需求對工件空間位置進(jìn)行調(diào)整。利用對工件焊接縫位置的調(diào)整，可促使焊接縫處在最為適宜的狀態(tài)下，有效保障焊縫質(zhì)量與工藝要求。

3.3 反變形法

在寒風(fēng)冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生收縮反應(yīng)，由此便會(huì)導(dǎo)致焊接工件外部尺寸縮小。為了避免在工件焊接之后出現(xiàn)收縮變形情況，可在焊接時(shí)采用反變形法。此種焊接方式的原理即為在工件之上預(yù)先將有可能出現(xiàn)的變形量考慮進(jìn)去，進(jìn)而促使變形量和焊接之后所產(chǎn)生的變形方向相反同時(shí)在形制與外部尺寸上基本上保持一致。例如，在某推土機(jī)后橋箱焊接中增加左、右兩側(cè)法蘭面，其外擋尺寸為（1380±2）mm。而經(jīng)測試在焊接后其尺寸為1373～1376mm，收縮量4～7mm。為保障焊接后尺寸收縮尺寸不發(fā)生較大改變，便采用了反變形法，將其左、右兩側(cè)法蘭面外擋尺寸控制在了1385mm，再焊接冷卻后，尺寸未發(fā)生較大改變。

4 結(jié)語

在工程機(jī)械大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過程當(dāng)中由于其成本較高，因此就必須要做好對大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形控制，只有如此方可確保產(chǎn)品達(dá)到較高的質(zhì)量水平，最大程度的降低廢品生產(chǎn)。在本次研究中重點(diǎn)就介紹了優(yōu)化焊接工藝、工裝模具法、反變形法等幾種焊接變形的控制方法，有效的確保了對各類大型機(jī)械工程結(jié)構(gòu)件的焊接變形控制。

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（作者單位：徐州世通重工機(jī)械制造有限責(zé)任公司）