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        鋁合金車體大部件焊接變形的影響因素

        2019-05-21 04:54:04唐海鷹程春磊王方榮張京文解鵬
        關(guān)鍵詞:焊接變形焊接工藝影響因素

        唐海鷹 程春磊 王方榮 張京文 解鵬

        摘 要:車體大部件包括車頂、側(cè)墻、地板以及其他大部件,該文通過不同的試驗(yàn)方法對(duì)車頂、側(cè)墻和地板這三大部件的焊接變形進(jìn)行同級(jí)對(duì)比和分類對(duì)比,從而得出影響車體大部件焊接變形的因素。通過試驗(yàn)得出結(jié)論:車體大部件焊接變形與焊接順序有關(guān);車體大部件焊接變形與部件本身外形輪廓有關(guān);車體大部件焊接變形與自身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

        關(guān)鍵詞:車體大部件;焊接工藝;焊接變形;影響因素

        中圖分類號(hào):TG457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 前言

        在焊接過程中由于急劇的非平衡加熱及冷卻,結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生焊接變形。焊接變形是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完整性、制造工藝合理性和結(jié)構(gòu)使用可靠性的關(guān)鍵因素。根據(jù)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),該文針對(duì)鋁合金車體所用型材6005A,結(jié)合車頂、側(cè)墻、地板等各大部件的實(shí)際生產(chǎn)焊接工藝進(jìn)行分析總結(jié),探索車體各大部件焊接變形的影響因素以及變化規(guī)律,為得出與部件相匹配的反變形量提供依據(jù),從而縮短工藝準(zhǔn)備周期,節(jié)約工藝試驗(yàn)成本;減少實(shí)際生產(chǎn)中焊接變形造成焊件尺寸、形狀的變化,減少焊后調(diào)修工作,提高生產(chǎn)效率。

        1 車體大部件焊接變形

        車體大部件焊接完成后,主要產(chǎn)生2個(gè)方向的變形,分別為縱向收縮引起的撓曲變形以及橫向收縮引起的彎曲變形。由于車體大部件縱向長(zhǎng)度約為部件本身橫向?qū)挾鹊?倍以上,且所有大部件焊接過程中采用壓緊裝置在通長(zhǎng)范圍內(nèi)均布?jí)壕o,因此縱向焊縫收縮引起的撓曲變形在實(shí)際焊接過程中可以忽略不計(jì)。該文主要試驗(yàn)分析車體大部件橫向焊接變形的影響因素。

        2 車體大部件試驗(yàn)工藝

        2.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)涉及車體大部件車頂、側(cè)墻、地板,各大部件所用型材材質(zhì)均為6005A-T6。所有大部件均由5塊擠壓型材通長(zhǎng)焊接而成,各部件長(zhǎng)度均為25 m。

        車頂、側(cè)墻、地板,各大部件均為8條焊縫;按統(tǒng)一規(guī)律對(duì)各焊縫編號(hào),先進(jìn)行反位焊接,編號(hào)5~8,后進(jìn)行正位焊接,編號(hào)1~4,如圖1所示。

        2.2 焊接工藝

        車頂、側(cè)墻、地板,各大部件均采用雙手臂自動(dòng)焊接設(shè)備進(jìn)行焊接;采用同樣的焊接順序,均為先反位,后正位,先中間,后兩側(cè),即依次為6\7、5\8、2\3、1\4;各大部件所有焊縫焊接方向均相同。所有部件均采用MIG焊,雙絲焊接,焊接規(guī)范見表1。

        保護(hù)氣體采用99.999%的高純氬,所有焊縫采用相同的坡口形式,如圖2所示。

        2.3 試驗(yàn)方法

        該試驗(yàn)采用反變形試驗(yàn)法以及經(jīng)驗(yàn)值類比法進(jìn)行,即分別給車頂、側(cè)墻、地板在焊前預(yù)制反變形,對(duì)比試件焊后變形與理論輪廓差值的大小,找出合適的反變形數(shù)值,再通過數(shù)據(jù)對(duì)比,從而得出焊接變形的影響因素和變化趨勢(shì)。

        3 焊接變形的影響因素

        3.1 焊接順序?qū)ψ冃瘟康挠绊?/p>

        焊接順序?qū)圀w大部件焊接變形量影響的分析,以地板為例進(jìn)行試驗(yàn)。采用理論平面,先進(jìn)行反位焊接,焊后測(cè)得向反位翹曲5 mm;而后進(jìn)行正位焊接,焊后測(cè)得向正位側(cè)翹曲10 mm。如圖3所示。

        由此得出結(jié)論,車體大部件后焊接面變形大于先焊接面。

        3.2 輪廓形狀對(duì)變形量的影響

        工件輪廓形狀對(duì)車體大部件焊接變形量影響的分析,采用反變形試驗(yàn)法。

        車頂、側(cè)墻、地板各大部件的預(yù)制反變形量和焊后變形量見表2。

        根據(jù)表2,我們可以得出結(jié)論,車頂、側(cè)墻、地板等各大部件的輪廓形狀對(duì)變形量有影響,且輪廓曲率越大,變形越大。

        3.3 母材設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)變形量的影響

        母材設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)車體大部件焊接變形量影響的分析,以側(cè)墻為例進(jìn)行試驗(yàn)。

        對(duì)不同型材截面的側(cè)墻2采用反變形法,以現(xiàn)有側(cè)墻的最佳反變形量為基礎(chǔ),對(duì)比分析2種側(cè)墻的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。側(cè)墻與側(cè)墻2型材內(nèi)筋分布位置大體相同,接頭形式相同,但型材截面內(nèi)筋板厚不相同,如圖4所示。

        側(cè)墻2反位焊接完成以后,使其處于正位放置狀態(tài),對(duì)其在焊接面的5~8#焊縫位置預(yù)制反變形,焊接前預(yù)制反變形位置及工件狀態(tài)與之前試驗(yàn)的側(cè)墻完全相同,測(cè)量并記錄側(cè)墻2的焊后變形量,兩種側(cè)墻的預(yù)制反變形和焊后變形量對(duì)比值見表3。

        根據(jù)以上表格,我們可以得出結(jié)論,大部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)變形量有影響,且型材截面型腔內(nèi)筋壁厚越大,變形越大。

        4 結(jié)論及應(yīng)用

        根據(jù)上述車頂、側(cè)墻、地板等車體大部件焊接變形的試驗(yàn),分析得出結(jié)論,如下因素對(duì)車體大部件焊接變形有影響:

        (1)車體大部件焊接順序影響焊后工件變形量;且車體大部件后焊接面變形量大于先焊接面變形量。

        (2)車體大部件外形輪廓影響焊后工件變形量;且車體大部件外形輪廓弧度曲率越大,焊接變形量越大。

        (3)車體大部件的型材截面內(nèi)筋尺寸影響焊后工件變形量;且型材截面內(nèi)筋板厚越大,焊接變形越大。

        通過上述車體大部件焊接變形影響因素的試驗(yàn)可知,車體大部件焊接變形是有一定規(guī)律可循的,并且反變形方法是對(duì)車體大部件進(jìn)行焊接變形控制的最有效工藝方法之一,只要根據(jù)相應(yīng)的變形規(guī)律,采用合適的反變形量,可以保證車體大部件焊后變形與理論輪廓差值控制在1mm以內(nèi)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:150.

        [2]田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993:28-30.

        [3]江建華,陸?zhàn)?,魏良?固有應(yīng)變有限元法預(yù)測(cè)焊接變形理論及其應(yīng)用[J].焊接學(xué)報(bào),2002(6):36-40.

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