薄板焊接變形控制問題探究

李忠明，歐文連

（青島海西船舶柴油機(jī)有限公司，山東青島，266000）

薄板焊接變形控制問題探究

李忠明，歐文連

（青島海西船舶柴油機(jī)有限公司，山東青島，266000）

本公司在承擔(dān)華世杰項目過程中涉及到薄板的焊接問題。在作業(yè)過程中，薄板產(chǎn)生變形嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。本文根據(jù)實踐經(jīng)驗，分析論證了薄板焊接前工藝設(shè)計、焊接中控制方法及變形矯正措施，介紹了焊后科學(xué)，有效掌握了提高焊接質(zhì)量的技巧。

焊接；變形；薄板；控制

引言

本文主要闡述了本公司在作業(yè)中薄板焊接變形的控制措施，旨在為焊接工藝人提供參考，希望對同行掌握焊接工藝有所幫助。

1 薄板變形影響因素

薄板焊接變形的力學(xué)原因主要是在焊接過程中，溫度場受到不均勻變化，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，致使不同區(qū)域的形狀和尺寸產(chǎn)生不同的變化。工件受到的殘余應(yīng)力有壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。壓應(yīng)力存在于遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域，拉應(yīng)力存在于焊縫區(qū)，當(dāng)殘余壓應(yīng)力的平均值大于板構(gòu)件產(chǎn)生變形的臨界壓力時，就會產(chǎn)生變形［1-3］。

合適的焊接方法在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時要兼顧生產(chǎn)的效率。焊接的方法、工藝選擇不當(dāng)，會直接影響焊接的質(zhì)量。在工業(yè)生產(chǎn)中利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊時，如不注意使用合理的焊接工藝，就有可能在點固焊時產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，并加大焊接過程中殘余應(yīng)力的作用，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。

2 薄板焊接變形控制措施

焊前裝配必須在標(biāo)準(zhǔn)的平臺上進(jìn)行，并且保證工件平整，工件的邊緣沒有切割的熔渣與剪切的毛刺，盡可能減少變形和內(nèi)應(yīng)力；對局部間隙不均勻的工件，應(yīng)經(jīng)打磨以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。不得使用氧—乙炔切割，以避免產(chǎn)生變形；對裝配不合適的工件，不得采用生接硬拽的方式，以避免造成附加應(yīng)力增大。采用設(shè)計合理的工裝或夾具將工件固定起來，增加其剛性，可以有效減少焊接時的變形［4］。

焊接過程中，薄板變形控制主要是通過合理的焊接順序與增加剛性固定［5-6］。焊接時按照WPS規(guī)定調(diào)節(jié)合適的電流、電壓，采用“分區(qū)分段”的焊接方法。焊接時，在焊縫的兩側(cè)增加剛性固定的肋板，點焊固定時，注意對稱點焊，首先焊接結(jié)構(gòu)中收縮量大的焊縫或者受力較大的焊縫要加強(qiáng)剛性，為使溫度能夠均勻分布在整條焊道，采用分段退焊的方式，并且保證每段焊縫長度相等，各對稱焊縫分段一致。對稱的焊縫必須一次性連續(xù)焊完，盡可能保證同一時間和相同的焊接參數(shù)。我公司在實際焊接過程中，采用帶脈沖的氬弧焊工藝，利用自制的工裝夾具和氬弧焊電流小、熱輸入小的特點來有效減少變形，提高焊接質(zhì)量。

圖1所示是華世杰項目中最常見的變徑，該工件由六部分組成，除3#外，其余工件厚度均為2 mm。組焊順序為1#→2#→4#→5#→6#→3#，即先組裝1#、2#、4#、5#、6#，最后組焊3#方法蘭。組裝時加支撐固定，焊接時用帶脈沖的氬弧焊，各參數(shù)為：焊絲直徑1.2 mm，焊槍為水冷焊槍，保護(hù)氣為純氬氣，焊工佩戴6號黑色濾光鏡片的焊帽，調(diào)節(jié)脈沖電流最大48 A、最小10 A，控制焊接速度75 mm/ min。為提高效率，可用氣保焊，組焊順序不變，焊接時使用分段退焊，最后焊接方法蘭時注意焊接順序，先在法蘭頂部內(nèi)進(jìn)行分段跳焊，然后在背面進(jìn)行滿焊，使用小電流快速焊。

圖1　焊接組件示意圖

3 變形矯正合理措施

在生產(chǎn)作業(yè)中對于薄板結(jié)構(gòu)的矯正，焊前和焊后分別采用機(jī)械矯正和火焰矯正。焊接前板材的變形主要是由于鋼板的存放不當(dāng)造成的，在焊前下料時，使用機(jī)械矯正法矯正，使用的是平板機(jī)矯正，矯正原理是鋼板在外力作用下產(chǎn)生與原來變形相反的塑性變形，以消除彎曲、扭曲、表面不平等變形。

焊后件由于剛性大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合機(jī)械矯正，因此采用火焰矯正。火焰矯正的原理是利用金屬材料熱脹冷縮的物理特性。矯正變化過程如下：在鋼材的變形部位點狀加熱，加熱處的部位溫度升高，受熱膨脹，而周圍沒有加熱處溫度低，因此膨脹受到阻礙，加熱的部位產(chǎn)生了壓縮塑性變形。停止加熱并冷卻后，膨脹處的材料收縮，使鋼材產(chǎn)生新的變形。通過控制加熱和冷卻產(chǎn)生新變形來抵消原來的變形，從而達(dá)到矯正的目的。

公司在參與項目的過程中，發(fā)現(xiàn)薄板的變形主要分為三類：中間凸起型、波浪型、對角翹起型。具體矯正方法為：① 中間凸起型，采用點狀錘擊矯正，變形嚴(yán)重時，采用點狀加熱并錘擊矯正，有所不同的是加熱錘擊的順序，由四周逐漸向中間，力度由中間重至四周輕；② 波浪型，一般變形集中在一個邊上，采用點狀或線狀加熱，必要時在水中加熱。先從凸起的兩側(cè)處開始，然后向凸起處圍攏，加熱長度約為板寬的1/3～1/2，加熱間距取決于變形的大小，若一次加熱不能矯正，可進(jìn)行二次加熱，加熱位置與第一次錯開；③ 對角翹起型，采用點狀錘擊矯正，變形嚴(yán)重時，采用點狀加熱并錘擊矯正，方向沿著無翹起的對角線進(jìn)行，先中間后兩側(cè)依次進(jìn)行。

4 結(jié)束語

我公司通過制定一系列的措施，針對控制薄板焊接變形問題，在焊接、焊后的各個過程進(jìn)行控制，在項目實施過程中明顯提高了焊接的質(zhì)量，為今后相似的項目工程提供了借鑒。

［1］韓國明. 焊接工藝?yán)碚撆c技術(shù)［M］. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 2007.

［2］青島海西船舶柴油機(jī)有限公司. WPS焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］. 2015.

［3］劉云龍. 焊工技師手冊［M］. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 1998.

［4］田錫唐. 焊接結(jié)構(gòu)［M］. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 1990.

［5］李洪奇. 薄板焊接變形的控制和技術(shù)措施［J］. 黑龍江科技信息，2007（6）: 10.

［6］王長生， 薛小懷， 樓松年， 等. 薄板焊接變形的影響因素及控制［J］. 焊接技術(shù)， 2005， 34（4）: 66-68.

李忠明（1991-），本科學(xué)歷，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，在青島海西船舶柴油機(jī)有限公司從事船舶柴油機(jī)焊接方面研究。

郵箱：1534788476@qq.com

Exploration of Sheets Welding Deformation Control

Zhongming Li， Wenlian Ou（Qingdaohaixi Marine Diesel Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong， 266000， China）

In Hua Shijie project process， our company involves sheets welding tasks. In the operation procedure， sheets are seriously deformed， affecting welding quality. This paper bases on practical experiences， analyzes design of sheets welding， control measure of welding control and deformation correction. Also， we introduce science of after-welding， helping us effectively master skills of improving welding quality.

Welding； Deformation； Sheet； Control

TG404

A

2095-8412 （2016） 04-764-02

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.049