朱文華 崔元萍 湯柳

摘要：本文針對(duì)某箱體結(jié)構(gòu)特性，對(duì)箱體焊接變形進(jìn)行了分析，介紹了在焊接過程中采用的合理焊接工藝方法，采取的控制措施，如局部增大剛性法、溫差法等等，使焊接變形控制在要求范圍。

Abstract： According to the structural characteristics of a box， the welding deformation is analyzed. The reasonable welding process method and control measures used in the welding process is introduced， such as local increase of rigidity method， temperature difference method and so on， so that the welding deformation control in the required range.

關(guān)鍵詞：箱體;焊接變形控制;焊接工藝

Key words： box;welding deformation control;welding technology

中圖分類號(hào)：TG441.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）29-0187-02

1? 概述

某箱體由偏轉(zhuǎn)脖頸、主體、法蘭接口等構(gòu)成，見簡(jiǎn)圖1所示，材質(zhì)為316L不銹鋼。在該構(gòu)件中，偏轉(zhuǎn)脖頸的30°夾角及其與主體測(cè)量點(diǎn)所形成的48.8°夾角，偏轉(zhuǎn)脖頸中心高度210mm，是重要尺寸特性。另外，偏轉(zhuǎn)脖頸上下兩大面厚度尺寸56mm是裝配尺寸，焊后大面平面度小于0.5mm，兩大面平行度要求小于1mm，精度要求嚴(yán)格，同時(shí)要求動(dòng)態(tài)漏率小于2E-10Pa.L/S。因此必須采取合理的焊接工藝方法，減少焊接變形，控制焊接質(zhì)量，使產(chǎn)品滿足要求。

2? 焊接變形分析及控制要點(diǎn)

焊接變形是由焊接時(shí)不均勻加熱引起的，在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中，由于焊接時(shí)產(chǎn)生的熱源以及焊接熱循環(huán)的影響，使焊件不均勻受熱，在焊件上形成了不均勻的溫度區(qū)域，致使焊件產(chǎn)生不均勻的收縮及膨脹，使焊件內(nèi)部形成焊接應(yīng)力引起形變。如收縮變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形、角變形等，變形與焊件的形狀、尺寸、材料的物理性能及加熱條件等因素都有關(guān)。

由不銹鋼鋼板焊接成偏轉(zhuǎn)脖頸，是典型的薄板箱體結(jié)構(gòu)，形狀不規(guī)則、焊縫不對(duì)稱，在焊接過程中，易產(chǎn)生收縮變形、彎曲變形、扭曲變形。而厚度尺寸56mm要求焊后大面平面度小于0.5mm，兩大面平行度小于1mm，及脖頸與測(cè)量點(diǎn)所形成的48.8°夾角，是需要控制的關(guān)鍵尺寸;能否保證，一是要合理安排工藝順序，如在采取焊后加工，消除焊接變形造成的誤差方面，考慮主體（包括各法蘭焊接）與脖頸分別先焊接成形，再加工主體上與脖頸焊接的258×458方孔，然后將脖頸與主體焊接;二是在焊接時(shí)要采取工藝措施控制焊接變形。

3? 焊接方法及焊接材料

根據(jù)316L不銹鋼的焊接特點(diǎn)和零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用手工氬弧焊，遵循“等成分”原則選擇焊接材料，同時(shí)為增強(qiáng)接頭抗熱裂紋和晶間腐蝕能力，使接頭中盡量不出現(xiàn)鐵素體，選擇H00Cr19Ni12Mo2氬弧焊用焊絲。其成分見（表1）。

不銹鋼焊接的突出特點(diǎn)是對(duì)過熱敏感，故焊接時(shí)宜采用小電流、快速焊;采用手工氬弧焊熔焊打底，焊接參數(shù)見表2。

4? 控制焊接變形的措施

①局部增大剛性法。焊接偏轉(zhuǎn)脖頸上蓋板時(shí)，兩端接口作為連接部位，需要對(duì)最終的尺寸精度進(jìn)行控制。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特性，焊蓋板時(shí)，在兩端內(nèi)腔塞入支撐，并將法蘭安裝到位，這樣通過增大焊件局部的剛度，達(dá)到減小變形的目的，如圖2所示。

②剛性固定控制變形法。焊接偏轉(zhuǎn)脖頸上蓋板，由于焊接截面積大，焊接冷卻后，出現(xiàn)的變形大。利用工裝夾具將其固定夾緊（如圖3），并在施焊完畢后繼續(xù)保持壓緊固定狀態(tài)，使焊接殘余應(yīng)力慢慢釋放，減小板面焊接收縮變形。

③溫差法控制變形。溫差法是用外部冷卻源和熱源來調(diào)節(jié)焊接溫度場(chǎng)，造成與常規(guī)焊接不同的溫度分布，使焊縫附近的金屬產(chǎn)生收縮和膨脹，以抵消焊接產(chǎn)生的膨脹和收縮，達(dá)到控制焊接殘余應(yīng)力和變形的關(guān)系。

在偏轉(zhuǎn)脖頸的焊接過程中，采用水作為冷卻介質(zhì)，用水冷將下表面焊縫的根部區(qū)域拘束，限制其膨脹，而上表面焊接部位在施焊過程中產(chǎn)生較高溫度進(jìn)行膨脹，當(dāng)焊接完成后，外表面高溫金屬冷卻收縮，由于內(nèi)表面金屬被水冷卻一直保持室溫因此不會(huì)再收縮，因而成為外部金屬收縮的障礙，達(dá)到減小變形的效果。見圖4。

④焊后矯正法。在焊接脖頸與主體時(shí)，為保證脖頸與測(cè)量點(diǎn)所形成的48.8°夾角，采取在鏜床上進(jìn)行定位焊接，因此設(shè)計(jì)專用定位胎具，利用鏜床主軸頂住偏轉(zhuǎn)脖頸法蘭面進(jìn)行定位，同時(shí)焊接過程中在橫向和縱向兩個(gè)方向打百分表監(jiān)測(cè)變形量，針對(duì)變形方向，在構(gòu)件的相關(guān)區(qū)域進(jìn)行加熱，使得局部區(qū)域產(chǎn)生壓縮性塑性變形，從而對(duì)焊接變形進(jìn)行一定的抵消（見圖5），變形量可控制在0.1范圍內(nèi)。

5? 結(jié)語

在焊接過程中，焊接變形和焊接應(yīng)力的控制，要結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)構(gòu)件的受力情況、焊接工藝的選擇等具體參數(shù)，結(jié)合有效的焊接措施控制焊接變形。通過采取以上措施，有效控制了偏轉(zhuǎn)脖頸的焊接變形，保證了厚度尺寸56mm，大面平面度小于0.5mm，兩大面平行度小于1mm，脖頸與測(cè)量點(diǎn)48.8°夾角的要求，漏率達(dá)1.57E-10Pa.L/S，滿足箱體密封要求。

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