鄭州四維機(jī)電設(shè)備制造有限公司 李彥成

鄭州交通職業(yè)學(xué)院 蔣敏

液壓支架側(cè)護(hù)板焊接變形的控制

鄭州四維機(jī)電設(shè)備制造有限公司 李彥成

鄭州交通職業(yè)學(xué)院 蔣敏

液壓支架側(cè)護(hù)板的主要作用是調(diào)整支架間隙，起到架間密封，防止碎矸落入的作用。這就要求側(cè)護(hù)板裝配后動(dòng)作靈活可靠，但往往側(cè)護(hù)板由于焊接變形，直接影響裝配尺寸，需要機(jī)械或火焰矯正，浪費(fèi)了大量工時(shí)。隨著液壓支架向高強(qiáng)度發(fā)展，有些支架的側(cè)護(hù)板材料為高強(qiáng)度鋼，火焰矯正會(huì)導(dǎo)致材料的軟化，而機(jī)械矯正又往往會(huì)導(dǎo)致焊縫開裂，影響側(cè)護(hù)板焊縫強(qiáng)度。

一、側(cè)護(hù)板變形的原因

結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力與變形的主要原因是沿焊縫部位受熱不均勻，其次是焊縫金屬收縮、金相組織的變化及結(jié)構(gòu)的剛度不同所致，另外，焊縫在焊接結(jié)構(gòu)中的位置、焊接順序、焊接方法、焊接工藝參數(shù)及焊接方向等對(duì)焊接殘余應(yīng)力與變形也有一定的影響。結(jié)構(gòu)件焊接變形的基本形式有收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等。

側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)主要由頂板和側(cè)板搭接而成。這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于T形接頭，T形接頭變形的基本方式是角變形，T形接頭角變形可以看成是由立板相當(dāng)于水平板的回轉(zhuǎn)與水平板本身的角變形兩部分組成。T形接頭不開坡口焊接時(shí)，其立板相對(duì)于水平板的回轉(zhuǎn)相當(dāng)于坡口角度。側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 側(cè)護(hù)板

在90°的對(duì)接接頭，產(chǎn)生的角變形為β，如圖2所示。因此，側(cè)護(hù)板的焊接變形主要是由角變形引起的。

圖2 角變形

角變形產(chǎn)生的根本原因是由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻。就堆焊或焊接而言，如果鋼板很薄，可以認(rèn)為在鋼板厚度方向上的溫度分布是均勻的，此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生角變形。但在焊接較厚的鋼板時(shí)，在鋼板厚度方向上的溫度分布是不均勻的。溫度高的一面受熱膨脹較大，另一面受熱膨脹小甚至不膨脹。由于焊接面膨脹受阻，出現(xiàn)較大的壓縮塑性變形，這時(shí)，冷卻時(shí)在鋼板厚度方向上產(chǎn)生收縮不均勻的現(xiàn)象，焊接鋼板一方面收縮大，另一方面收縮小，故冷卻后平板會(huì)產(chǎn)生角變形。

影響側(cè)護(hù)板焊接變形焊縫有兩條，外側(cè)焊縫1和里側(cè)焊縫2。如圖3所示，對(duì)于側(cè)護(hù)板的焊縫1和焊縫2而言，焊縫1在焊接過(guò)程中熱膨脹受阻的力量小于焊縫2，出現(xiàn)的壓縮塑性變形也小于焊縫2，造成焊縫2的焊后角變形量大于焊縫1，結(jié)果造成側(cè)護(hù)板的頂板與側(cè)板不垂直，出現(xiàn)β角變形。

二、側(cè)護(hù)板焊接變形的控制

1.側(cè)護(hù)板傳統(tǒng)焊接變形控制。由于外側(cè)焊縫1產(chǎn)生的角變形較里側(cè)的焊縫2小，為了防止側(cè)護(hù)板頂板與側(cè)板之間由于焊縫角變形而引起的不垂直。側(cè)護(hù)板的焊接縫如圖3所示采取焊前組裝時(shí)對(duì)頂板和側(cè)板之間加剛性支撐如圖4所示，焊后去掉支撐。加剛性支撐的目的就是防止頂板與側(cè)板之間由于焊接變形引起的不垂直。這樣焊縫在冷卻過(guò)程中不能自由收縮，結(jié)果使焊縫中存在較大的焊接殘余應(yīng)力，去掉支撐后仍有一部分變形，需要進(jìn)行機(jī)械或火焰矯正。

圖3 側(cè)護(hù)板的焊縫

圖4 側(cè)護(hù)板加支撐

2.利用合理拼裝工藝和焊接工藝控制焊接變形。

（1）組裝工藝。在對(duì)側(cè)護(hù)板進(jìn)行組裝時(shí)，預(yù)先給頂板設(shè)置反變量，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，頂板和板夾角預(yù)留1.5°反變形量較為合適。

（2）焊接工藝。為了保證側(cè)護(hù)板低應(yīng)力和低變形，制定合理的焊接，順序焊前均要進(jìn)行打底焊。首先，焊外側(cè)的焊縫1，再翻轉(zhuǎn)180°，焊接焊道2。焊接方向采用分中退焊法，即起焊位置均選在側(cè)護(hù)板中間位置。在焊接焊縫2時(shí)，側(cè)護(hù)板因焊接應(yīng)力產(chǎn)生角變形，與拼裝時(shí)預(yù)先設(shè)置了反變形剛好相抵消，這樣就可以利用反變形控制焊接變形，又降低側(cè)護(hù)板焊縫的殘余應(yīng)力。側(cè)護(hù)板的焊接采用CO2保護(hù)焊，利用CO2保護(hù)焊具有熱量集中、焊接速度較快、熔池小等優(yōu)點(diǎn)，焊后側(cè)護(hù)板的變形得到較好地控制。

通過(guò)預(yù)制反變形量，制定合理的焊接順序和方向，選擇合理的焊接規(guī)范，最終達(dá)到控制焊接變形的目的，使側(cè)護(hù)板的角變形得到有效地控制，減少了矯正工序，降低了制造成本，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，在生產(chǎn)中取得良好的效果。

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