大型焊接結(jié)構(gòu)件機(jī)械加工工藝方法探究

李澳 陳薪輝 王澤林 單家博 劉三娃

【摘 要】對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，最常見(jiàn)和最基本的加工方法是焊接。結(jié)構(gòu)件年產(chǎn)量占全球工業(yè)國(guó)家鋼鐵年產(chǎn)量的45%以上，占有非常重要的地位。與其他加工方法相比，焊接不僅能降低結(jié)構(gòu)金屬材料的消耗，而且能適應(yīng)復(fù)雜的工藝要求，體現(xiàn)了焊接在可操作性方面的優(yōu)勢(shì)。為了有效提高成品質(zhì)量，需要對(duì)結(jié)構(gòu)件的焊接工藝進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】大型焊接結(jié)構(gòu)件;機(jī)械加工工藝;方法探究

一、焊接技術(shù)及焊接設(shè)備分析

機(jī)械焊接技術(shù)有多種類(lèi)型，在焊接技術(shù)的選擇和應(yīng)用中起著非常重要的作用。手工電弧焊是機(jī)械焊接技術(shù)的一種重要類(lèi)型，是一種由人工操作完成的鏈?zhǔn)胶附蛹夹g(shù)類(lèi)型。氣體保護(hù)焊接技術(shù)在技術(shù)類(lèi)型中也很重要。這是一種通過(guò)焊嘴將氣體與空氣分離而實(shí)現(xiàn)的焊接技術(shù)。氣體類(lèi)型也相當(dāng)多樣，主要包括氫和氦或混合氣體應(yīng)用。焊接技術(shù)也很重要。這種焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高溫焊接的技術(shù)，是對(duì)焊接材料進(jìn)行高溫加熱。它具有很高的技術(shù)性。要實(shí)現(xiàn)焊接，必須充分利用液態(tài)焊料對(duì)焊接材料進(jìn)行潤(rùn)濕。焊接工藝應(yīng)該有較好的效果。

對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件，焊接方法和焊接設(shè)備直接決定了結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)件的焊接不能避免一定程度的變形，這就需要外部輔助設(shè)施來(lái)減少其變形。一般選用縫焊定位工裝，以保證其尺寸精度。同時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)件的情況確定合適的焊接順序、焊縫方向、焊縫長(zhǎng)度等。焊接過(guò)程中的變形彌補(bǔ)了反向變形的誤差，使焊接后的零件達(dá)到了質(zhì)量要求。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和研究，焊接工藝得到了一定的優(yōu)化，避免了結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題，同時(shí)也出現(xiàn)了相對(duì)有效的焊接方法。例如，在大型壓力容器的焊接過(guò)程中，如果應(yīng)力較小，可以采用間歇焊接來(lái)減少焊縫道數(shù)。

二、結(jié)構(gòu)件沖裁工藝分析

從相應(yīng)的參考文獻(xiàn)：和實(shí)際工程中，我們可以知道結(jié)構(gòu)件的沖裁工藝與結(jié)構(gòu)件的變形密切相關(guān)。近年來(lái)，技術(shù)水平有了很大的提高，數(shù)控火焰切割機(jī)等先進(jìn)切割設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的光電跟蹤切割相比，這些切割設(shè)備具有更高的自動(dòng)化程度、更高的精度、更高的效率。結(jié)構(gòu)件沖裁工藝在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中需要注意相關(guān)事項(xiàng)，否則會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題。例如，用于焊接的鋼板平整度差，工件的自由彎曲成形方法不當(dāng)，加工過(guò)程中切削量大，大型結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)因外力（如磕碰、磕碰等）引起變形的現(xiàn)象出現(xiàn)。

消除焊接應(yīng)力方法：焊接變形的產(chǎn)生與焊縫中的殘余應(yīng)力密切相關(guān)。一旦焊縫中存在較大的殘余應(yīng)力，在實(shí)際使用中就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題。嚴(yán)重者會(huì)造成焊接裂紋，損壞工件。同時(shí)，隨著工件的使用，焊接殘余應(yīng)力的釋放會(huì)產(chǎn)生新的變形。因此，結(jié)構(gòu)焊接完成后，應(yīng)消除應(yīng)力，糾正變形，確保符合圖紙要求。目前，消除焊接應(yīng)力的方法主要有"自然時(shí)效"、"振動(dòng)時(shí)效"、"熱處理"等方法，應(yīng)根據(jù)不同情況選擇。①自然老化。方法簡(jiǎn)單，不需要設(shè)備，不產(chǎn)生額外的費(fèi)用。但是自然時(shí)效周期比較長(zhǎng)，殘余應(yīng)力不能完全消除，所以不適合生產(chǎn)周期短、交貨期短的產(chǎn)品;②振動(dòng)消應(yīng)力（VSR）具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、減應(yīng)力效果好等優(yōu)點(diǎn)。VSR可以有效地消除殘余應(yīng)力峰值，但不能完全消除殘余應(yīng)力。一般來(lái)說(shuō)，VSR消除現(xiàn)有變形的效果是有限的，但它可以對(duì)使用過(guò)程中的變形起到很好的預(yù)防作用;③熱處理?？梢酝耆附託堄鄳?yīng)力，對(duì)于小焊接件非常有效。然而，由于加熱設(shè)備的尺寸限制，不能對(duì)大型焊接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行整體加熱。在焊接變形位置局部加熱可以有效消除焊接應(yīng)力和應(yīng)變，但必須保證加熱溫度滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。在實(shí)際生產(chǎn)的局部加熱中，很難準(zhǔn)確的控制溫度，一般用溫度計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)工件的具體加熱溫度，以保證溫度的準(zhǔn)確性。

焊接變形的糾正的方法：一般來(lái)說(shuō)，大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形往往是通過(guò)"機(jī)械校正"和"熱處理校正"來(lái)進(jìn)行的。①機(jī)械校正。這種方法是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的方法，主要是對(duì)焊接變形施加反向機(jī)械力來(lái)糾正變形。此法不需要設(shè)備的輔助，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，且效果良好。但新焊接方法對(duì)消除殘余應(yīng)力的效果較差。②熱處理校正方法。這種方法主要是對(duì)焊接局部變形區(qū)域進(jìn)行拉伸加熱（現(xiàn)階段常用電加熱和火焰加熱），通過(guò)冷卻收縮產(chǎn)生反向變形，達(dá)到變形糾正的目的。該方法可以對(duì)變形進(jìn)行徹底的修正，適用于形狀復(fù)雜的工件。但是，這種方法對(duì)溫度校正有嚴(yán)格的要求，并且很難控制溫度。

三、數(shù)控工藝分析

在機(jī)械制造過(guò)程中，通常需要裁剪材料，制作毛胚。在這個(gè)過(guò)程中，可以充分利用數(shù)控技術(shù)。通過(guò)數(shù)字控制技術(shù)，可以有效地調(diào)整過(guò)程的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)智能制造，能促進(jìn)操作的效率和質(zhì)量的生產(chǎn)數(shù)量可以全面改善，可以提高機(jī)械性能全面，沒(méi)有員工參與，有效地降低了人員的風(fēng)險(xiǎn)。采煤機(jī)浮動(dòng)油封結(jié)構(gòu)的加工過(guò)程中，工作人員應(yīng)保證密封圈的壓縮量在內(nèi)圈凸面與外圈凹面之間相等。在此過(guò)程中，采用數(shù)控氣割技術(shù)可以提高切削速度，保證加工精度。

四、焊接質(zhì)量控制分析

在很多位置都有較大的尺寸變化。焊接工藝要求高。即使采取必要的質(zhì)量控制手段和加工方法，也會(huì)存在一定程度的咬邊、氣孔和夾渣等缺陷。另外，如果有凸起的焊縫，則需要用角磨機(jī)和磨床進(jìn)行拋光，以保證結(jié)構(gòu)的表面光潔度和平整度。在焊接檢驗(yàn)過(guò)程中，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)有缺陷或不符合項(xiàng)時(shí)，應(yīng)將缺陷或不符合項(xiàng)告知相關(guān)負(fù)責(zé)人，并進(jìn)行徹底處理和糾正后，再進(jìn)行下一項(xiàng)工作。同時(shí)，所有進(jìn)行糾正的工作場(chǎng)所都應(yīng)有相應(yīng)的程序說(shuō)明，并按照技術(shù)規(guī)程檢查的同一工序重新進(jìn)行檢驗(yàn)、試驗(yàn)和修理，直至合格。除重新焊接和后續(xù)檢驗(yàn)外，還應(yīng)采取糾正措施，以避免不合格項(xiàng)目的再次發(fā)生。

結(jié)論

目前，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工程的發(fā)展越來(lái)越快。大型結(jié)構(gòu)件焊接是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中起著非常重要的作用，也是最有效的方法之一。因此，為了確保成品的質(zhì)量好，焊接過(guò)程的大型結(jié)構(gòu)部件，應(yīng)考慮各種因素影響焊接質(zhì)量，焊接工藝和焊接變形的大型結(jié)構(gòu)部件應(yīng)該分析，從而有效地提高企業(yè)水平結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程，確保結(jié)構(gòu)零件的成形質(zhì)量。

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（作者單位：河南理工大學(xué)）