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        工藝支撐在控制座焊接件角變形中的作用及應(yīng)用

        2015-12-27 07:33:46曹曉民馮小靜
        金屬加工(熱加工) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:焊縫變形工藝

        曹曉民 馮小靜

        1. 概述

        由于焊接是一個(gè)非均勻的加熱過程,焊接結(jié)構(gòu)件焊后因溫度應(yīng)力影響,使內(nèi)部存在殘余應(yīng)力,從而造成焊接件焊接變形。焊接變形按變形的幾何形狀不同分為收縮變形、彎曲變形、角變形、潑浪變形及扭曲變形。其中角變形是比較普遍的一種,每個(gè)焊接件中幾乎都存在,它既影響結(jié)構(gòu)的尺寸,又影響美觀。因此如何控制焊接件的角變形是焊接工作者應(yīng)該解決的問題。下面就我公司生產(chǎn)的三種典型焊接件角變形的控制情況說明如下。

        2. 典型焊接件角變形

        (1)大型變截面工字梁角變形 圖1為我們批量制造的一種風(fēng)電機(jī)座的變截面工字梁,材料為Q345E,上翼板厚度30mm,下翼板厚度20mm,腹板厚度20mm,翼板與腹板間的焊縫要求開坡口焊透并焊角焊縫,焊后進(jìn)行100%UT檢測(cè)。焊前未加任何支撐,自由焊接,焊接參數(shù)如表1所示。

        焊接采取多層多道焊,一側(cè)焊縫焊完后,背面碳弧氣刨清根后再焊接,盡量對(duì)稱施焊,焊接尺寸達(dá)圖要求,焊后24h探傷并檢測(cè)焊接件尺寸。測(cè)量角變形選取了三個(gè)位置,分別為梁長(zhǎng)度方向的左端、中部和右端。焊接后檢查工件角變形尺寸偏差,如表2所示,Δt如圖2所示。

        從表2中可以看出,梁左端的變形較小,中部、右端較大。這是因?yàn)樽蠖硕祟^有擋板增加了剛性,其他部位自由焊接、收縮,所以變形大小不一,焊后火焰矯形,達(dá)技術(shù)要求。該方法存在效率低、成本高,難以形成批量生產(chǎn)。

        圖1 大型變截面工字梁

        圖2 工字梁角變形示意

        表1 焊接參數(shù)

        表 6 (mm)

        沒有采取任何措施自由焊接自由收縮,該件變形很大,為了控制該件的焊接角變形,我們采取增加剛性工藝支撐的方法來減小變形。通過多次試驗(yàn),確定了工藝支撐的數(shù)量、厚度、間距,如圖1中虛線所示(焊接參數(shù)同前)為增加的工藝支撐。通過增加工藝支撐后焊接了數(shù)個(gè)工件,測(cè)量的變形情況如表3所示,均滿足技術(shù)要求,不用矯形。

        增加工藝支撐焊接后檢查工件角變形尺寸偏差,如表3所示,Δt如圖2所示。

        (2)小型變截面工字梁角變形 圖3為我們批量制造的一種風(fēng)電機(jī)座的變截面工字梁,材料為Q345D,上翼板厚度20mm,下翼板厚度20mm,腹板厚度15mm,焊縫焊腳為13mm,焊縫焊后進(jìn)行100%MT檢測(cè)。焊前未加任何支撐,自由焊接,焊接參數(shù)如表4所示。

        焊接采取多層多道焊,一側(cè)焊縫焊完后,對(duì)稱施焊其余焊縫,焊接尺寸達(dá)到圖樣要求,焊后24h探傷并檢測(cè)焊接件尺寸。測(cè)量角變形選取了4個(gè)位置,分別為梁長(zhǎng)度方向的左端、中部1/3處、中部2/3處和右端。

        焊后檢查工件角變形尺寸偏差(見表5),Δt如圖2所示。

        表5中為未加工藝支撐自由焊接后的變形情況,不矯形不能滿足技術(shù)要求。通過試驗(yàn)增加了7道工藝支撐,(增加工藝支撐的焊接參數(shù)同前)在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)工藝支撐間距過大,梁的變形不光存在角變形邊沿,還出現(xiàn)了潑浪狀變形,間距過小焊接存在困難,不利焊接,效率低下。圖3中虛線所示的工藝支撐的尺寸、間距為控制該梁角變形的最佳。通過增加工藝支撐后焊接了數(shù)個(gè)該工件,測(cè)量的變形情況如表6所示,全滿足技術(shù)要求。

        焊后檢查工件角變形尺寸偏差(見表6),Δt如圖2所示。

        (3)箱型梁角變形 圖4為我們批量制造的一種風(fēng)電機(jī)座的箱型梁,材料為Q345E,上面板厚度20mm,下底板厚度20mm,中間筋板厚度15mm,焊縫焊角為10mm,焊縫焊后進(jìn)行100%MT檢測(cè)。焊前未加任何支撐,自由焊接,焊接參數(shù)如表7所示。

        焊接采取多層多道焊,一側(cè)焊縫焊完后,對(duì)稱施焊其余焊縫,焊接尺寸達(dá)圖要求,焊后24h探傷并檢測(cè)焊接件尺寸。測(cè)量角變形選取了多個(gè)位置,分別橫向、豎向測(cè)量其平面度,最大值6 mm/m,最小值3mm/m,均超過了技術(shù)要求。

        通過試驗(yàn)在腔體內(nèi)部增加槽鋼焊接件的工藝支撐,如圖5所示。焊接依然按照前述的工藝參數(shù),焊后測(cè)量其平面度在2mm/m范圍內(nèi),不用矯形即可滿足技術(shù)要求。其他腔體采用相同的方法進(jìn)行。

        3. 分析

        從上述三種焊接件增加工藝支撐前后的變形情況來看,加或不加可以說效果非常明顯。增加工藝支撐后控制焊接變形的效果更明顯。分析如下:

        圖3 小型變截面工字梁

        表 3 (mm)

        表4 焊接參數(shù)

        表 5 (mm)

        表 6 (mm)

        表7 焊接參數(shù)

        圖4 箱型梁結(jié)構(gòu)

        圖5 箱型梁增加工藝支撐后示意

        (1)盡管工藝支撐是臨時(shí)性的,但它改變了結(jié)構(gòu)的形狀,增加了結(jié)構(gòu)的剛性,改變了結(jié)構(gòu)的抗彎截面系數(shù),抵消了殘余應(yīng)力引起的變形。

        (2)工藝支撐增加后改變了結(jié)構(gòu)的散熱狀況,由三個(gè)方向散熱變成了多個(gè)方向散熱,使溫度應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力變小,焊接變形變小。

        (3)工藝支撐的板厚、間距、結(jié)構(gòu)形狀等對(duì)控制焊接角變形影響很大,需要試驗(yàn)確定各參數(shù),否則難以起到控制變形效果。

        4. 結(jié)語(yǔ)

        作為焊接結(jié)構(gòu)件加工的企業(yè),加工的焊接結(jié)構(gòu)件形狀、尺寸千變?nèi)f化,相差很大,焊接變形無處不在,焊接角變形不可避免。本文提供了幾種典型焊接結(jié)構(gòu)件通過增加工藝支撐來控制角變形的方法,可以說效果好,效率高,值得借鑒。

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