師志亮

液壓支架長頂梁焊接變形的控制

師志亮

通過對(duì)ZZ5300型液壓支架長頂梁焊接時(shí)的應(yīng)力分析及焊接變形的計(jì)算，介紹了在生產(chǎn)制造過程中合理利用焊接內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的焊接變形，采取有效工藝措施，保證頂梁的焊接質(zhì)量的方法。

焊接變形；焊接應(yīng)力；工藝措施

2007年10月，我公司為晉華宮礦制造ZZ5300型液壓支架頂梁，其頂梁主體結(jié)構(gòu)主要是由大小頂板、主筋板、蓋板組焊而成的箱式結(jié)構(gòu)。大小頂板采用δ16-Q420鋼板搭接后組焊而成。這種結(jié)構(gòu)截面形狀的焊縫遠(yuǎn)離構(gòu)件中性軸，在焊接過程中變形最大，而頂板的平面度要求不大于3 mm，不允許扭曲變形，因其頂梁超長且面積大，一旦變形嚴(yán)重后校正困難，且影響其他部件的焊接、加工、裝配質(zhì)量。我們通過對(duì)頂梁焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，變形量的計(jì)算，采取合理的工藝措施，利用焊接內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的焊接變形，使頂梁主體結(jié)構(gòu)各部件組焊一次成型，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 焊接變形分析和反變形量的計(jì)算

1.1 焊接變形分析及預(yù)防措施

在頂梁組焊過程中，焊接變形主要形式為橫向收縮和彎曲變形。大小頂板、主筋之間的焊接長焊縫方向引起的頂梁縱向收縮變形與焊接方向和焊接順序有關(guān)，面內(nèi)產(chǎn)生縱向收縮，面外產(chǎn)生彎曲變形。應(yīng)力分布見圖1，圖2。通過分析我們選用由中間向兩端焊接，強(qiáng)制反變形，抵制內(nèi)應(yīng)力，對(duì)縱向收縮通過增加梁體的長度的方法。對(duì)整個(gè)頂梁而言，由縱向收縮和橫向收縮引起的撓曲變形較為顯著，因此對(duì)撓度和彎曲的控制好壞直接影響到頂梁各結(jié)構(gòu)的尺寸精度。針對(duì)這一點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)反變形組焊胎具來保證其焊接質(zhì)量。

1.2 反變形量的計(jì)算

偏離構(gòu)件截面中性軸的焊縫不但引起構(gòu)件的縱向收縮，還引起構(gòu)件的彎曲，焊縫所造成的彎曲f值可用下式計(jì)算：

式中：e——焊縫塑性變形區(qū)中心（一般可取焊縫中心）與截面中性軸的距離，cm；

L——構(gòu)件長度（焊縫與構(gòu)件等長），cm；

I——構(gòu)件截面慣性矩，cm4；

qv——焊接線能量，J/cm，qv=20 000K2；

K——角焊縫焊角，cm。

已知參數(shù)：

焊角 K=15 mm，高度 H=240 mm；板厚 δ=16 mm，寬度=1 400 mm，長度L=4 200 mm；qv=20 000K2=45 000 J/cm；e=(140－0.3)/2=69.85 cm，L=420 cm。

因其頂梁結(jié)構(gòu)為箱式結(jié)構(gòu)，在截面慣性矩的計(jì)算中參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定截面慣性矩計(jì)算公式為：

2 焊接工藝

2.1 焊前準(zhǔn)備

清理焊縫周圍的銹蝕，打磨露出金屬光澤，準(zhǔn)備2臺(tái)YD-600KH型二氧化碳電焊機(jī)。

2.2 焊接規(guī)范及參數(shù)

焊絲ER50-6，焊絲直徑1.6 mm，保護(hù)氣體CO2，電流 260 A～280 A，氣體流量 20 L/min～25 L/min，電弧電壓27 V～29 V。

2.3 焊接順序

頂梁焊接順序見圖3：先斷焊大小頂板的焊縫1，然后焊其焊縫2，接著焊接完焊縫1，然后對(duì)稱焊接主筋與頂板焊縫3，最后焊接焊縫4。以上焊縫均為長大焊縫，焊接方法和焊接順序見圖4，2人分別由頂板的中心向兩端對(duì)稱施焊，使頂板兩邊和主筋板受力大小基本相同，可避免產(chǎn)生扭曲變形。此外由頂板的中心向兩端對(duì)稱跳焊，可降低焊接應(yīng)力所導(dǎo)致的影響，保證其平面度。

3 結(jié)論

通過對(duì)頂梁的焊接應(yīng)力及焊接變形分析計(jì)算，采用合理的焊接方法和焊接順序，制定有效工藝措施控制焊接變形，使頂梁一次焊接成型，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，免去了復(fù)雜的焊后校正過程，從而保證頂梁的焊接質(zhì)量。

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2] 宋天虎.焊接手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

Control of the Distortion in Long Top Welded by Hydraulic Support

Shi Zhiliang

Through the stress analysis and the distortion calculation con ducted on ZZ5300 hydraulic support and its application in long top beam,this article introduced the method to rationally manipulate the internal stress produced during welding,which will ensure the quality of the beam.

welding deformation;welding stress;process measures

TG44

A

1000-4866（2010）03-0046-02

師志亮，男，1993年9月畢業(yè)于大同煤校，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)力泰公司工作，工程師。

2010-06-23

2010-07-07