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        薄板焊接變形的火焰矯正

        2021-02-26 11:40:10黃彥博劉智慧
        金屬加工(熱加工) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:線狀調(diào)平圓點

        黃彥博,劉智慧

        德陽東汽電站機械制造有限公司 四川德陽 618000

        1 序言

        常規(guī)的風電機艙罩多采用復(fù)合材料制成,具有重量輕、易成形等優(yōu)點,但同時也存在著成本高、殼體易變形、材料無法回收利用等缺點。因此德陽東汽電站機械制造有限公司對風力發(fā)電機組機艙罩采用金屬材料進行了優(yōu)化設(shè)計。金屬機艙罩設(shè)計采用內(nèi)部骨架支撐、外部包裹薄板的形式,保證了機艙罩強度。

        這種薄板焊接結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)波浪變形,如果火焰矯正方法使用不當,選擇同厚板一樣任意火烤捶打矯正,還會出現(xiàn)斑點狀態(tài)的表面。金屬機艙罩制作的難點在于如何有效控制焊接變形,因此生產(chǎn)過程中不僅需要正確的火焰矯正方法,也需要設(shè)計各類工裝來保證精度。

        2 薄板焊接變形的矯正方法

        火焰圓點加熱和線狀加熱產(chǎn)生殘余的壓縮塑性變形,使其彎曲的縱橫纖維得到收縮,恢復(fù)至直線形,則薄板的波浪變形得到矯正。

        (1)圓點加熱法 圓點加熱法是火焰在構(gòu)件上加熱為圓點形面積的一種火焰矯正方法。在板件上加熱一個圓點形面積,沿板厚溫度分布,可構(gòu)成圓柱體或圓錐體(即為加熱體),如圖1所示,其邊界框架與未加熱部分構(gòu)成剛性固定,則加熱體同兩端剛性固定的鋼棒加熱冷卻產(chǎn)生的變形與應(yīng)力為同一個道理。加熱體受邊界框架的制約。當加熱溫度至200℃以上時,冷卻后會沿加熱體圓柱的徑向產(chǎn)生殘余的壓縮塑性變形和應(yīng)力,可使波浪變形減小。由加熱體本身冷卻受邊界框架制約產(chǎn)生拉應(yīng)力,邊界框架以外產(chǎn)生壓應(yīng)力,形成新的應(yīng)力平衡。

        圖1 圓點加熱框架加熱體

        加熱圓點的面積大小根據(jù)板厚決定,如薄板加熱圓點直徑取較大些,加熱溫度600℃以上屈服點較低,其熱膨脹受邊界框架的制約;若加熱圓點選擇凸向變形位置,則產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力可分為切向應(yīng)力和法向應(yīng)力。切向應(yīng)力使加熱體產(chǎn)生壓縮塑性變形,因加熱體較薄易失穩(wěn)。法向應(yīng)力使加熱體和邊界框架凸起成皰狀[1]。但如加熱圓點直徑過小,冷卻后沿加熱體圓柱徑向產(chǎn)生殘余的壓縮塑性變形和應(yīng)力也較小,因此火焰矯正的效果也不明顯。經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐,總結(jié)出鋼板的厚度與加熱圓點直徑的關(guān)系,見表1。

        表1 板厚與加熱圓點直徑關(guān)系 (mm)

        1)錘擊矯正法。將凸起處及凹陷處頂起或用工裝施加外力使變形處成凸起狀態(tài),將火焰加熱圓點錘擊調(diào)平。加熱圓點相互之間的距離為80~150mm。加熱圓點順序:先矯正凸起處,后矯正頂起或揪起的凹處。加熱圓點溫度控制在400~490℃,趁熱使用大錘在加熱圓點周邊錘擊至平為止,并同時噴水冷卻。為減少錘傷可采用銅錘或墊平錘錘擊。錘擊矯正法操作簡單,應(yīng)用廣泛,適用于修理板面質(zhì)量要求不高的構(gòu)件。板面易留下疤痕和表面坑凹不平。

        2)板面調(diào)平定位矯正法。根據(jù)構(gòu)件波浪變形的特點,使用平尺測量劃出矯正范圍。在矯正區(qū)域劃出行格圖和加熱圓點面積。火焰加熱前應(yīng)將凹凸處加外力調(diào)平。凸起處壓平,凹處頂成平面,使用平尺檢測調(diào)平處方可按照事先劃出的圓點進行加熱。對調(diào)平處采用中性火焰,厚板用碳化火焰,加熱調(diào)平處溫度至400~490℃時立即噴水冷卻。一般一次在行格內(nèi)頂壓,在一個平面內(nèi)可調(diào)平幾個圓點,然后加熱、噴水冷卻,再重新檢測行格內(nèi)平面度變化,實物效果如圖2所示。一般情況下,原加外力將凸起調(diào)平加熱冷卻后,卸除外力不會反彈,仍保持加外力時調(diào)平的狀態(tài),即加熱點定位于平面內(nèi)。若將行格諸點逐個加外力調(diào)平后,同上述方法加熱冷卻,則所劃的矯正范圍內(nèi)的波浪變形便會矯平。矯平效果不但能達到技術(shù)要求,而且矯正區(qū)域不留下錘疤和痕跡[2]。

        圖2 圓點矯正實例

        3)夾板矯正法。夾板夾持薄板使波浪變形被擠壓恢復(fù)到原平面,則板內(nèi)壓應(yīng)力也恢復(fù)到原壓應(yīng)力值,加熱體上下周邊框架擠壓力加大,形成剛性框架。由于加熱體熱膨脹受邊界框架的擠壓,壓縮塑性變形加大,則冷卻下來殘余壓縮塑性變形也大,于是過加熱點的縱橫纖維縮短,使松弛的纖維被拉直,板面的波浪變形被矯平[3]。

        使用帶孔的具有足夠剛度的平板作為胎具,將帶有波浪變形的板件放在平臺上壓平波浪變形,或使用烤板夾胎將板件波浪變形夾平。然后通過胎具上的孔火焰加熱,噴水冷卻,將板件的波浪變形矯平,夾板矯正實例如圖3所示。

        圖3 夾板矯正實例

        (2)線狀加熱法 線狀加熱法是火焰在構(gòu)件上沿直線、曲線和環(huán)線的連續(xù)加熱方法,被加熱構(gòu)件上的加熱面積呈一條較窄的帶狀。

        火焰在構(gòu)件上加熱線狀同在構(gòu)件上堆焊一條焊縫的焊接變形一樣,有沿加熱長度方向的縱向收縮變形、垂直于加熱長度方向的橫向收縮變形,以及以加熱線為軸的角變形,如圖4所示。在一塊板厚為δ,長度為L,寬度為b的矩形鋼板上,使用火焰烤槍沿板中心線呈線狀縱向加熱冷卻,其中△1為縱向收縮量,△2為橫向收縮量,α為角變形。

        圖4 鋼板中間線狀加熱變形

        線狀加熱法其加熱線越寬,在溫度相同的條件下,產(chǎn)生的橫向線性膨脹越大,則火焰矯正產(chǎn)生的壓縮塑性變形就越大,火焰矯正效果也越好,但易引起板件局部翹曲變形。因此線狀加熱寬度應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的變形情況和板厚選擇。

        1)直線加熱?;鹧嬖跇?gòu)件上沿直線的火焰矯正。火焰加熱寬度較窄,加熱速度較快。如果構(gòu)件背部沒有筋板,火焰加熱寬度大,會引起構(gòu)件局部翹曲變形,因此最好加熱寬度≤15mm。

        2)環(huán)形線加熱?;鹧嬖跇?gòu)件上一環(huán)套一環(huán)向前加熱,加熱寬度較大,加熱體溫度均勻,加熱速度較直線加熱速度慢。若加熱體后面沒有依托,加熱線寬度≤40mm。

        3)曲線加熱。加熱寬度較大,加熱速度慢,適用于厚板火焰矯正加熱。線狀加熱矯正構(gòu)件彎曲變形加熱應(yīng)烤透。但火焰矯正角變形,不得烤透,通常加熱深度為板厚的1/2~1/3。加熱規(guī)范要控制穩(wěn)定。

        采用以上三種基本形式,還可組成其他形式的加熱方法,如平行線法、網(wǎng)線法。線與線之間的距離為50~200mm之間,平行線法和網(wǎng)線法可構(gòu)成局部或大面積加熱。

        3 結(jié)束語

        1)通過實踐得知,夾板矯正在薄板焊接變形的矯正法中是較麻煩的方法,但火焰矯正效果最佳。

        2)火焰圓點加熱產(chǎn)生纖維收縮變形的大小與火焰加熱的面積成正比,也與加熱點的分布有關(guān)。若加熱點在x、y方向分布均勻,加熱點面積相同,則在板面波浪變形區(qū)域形成行格分布,火焰矯正效果好。

        3)鋼結(jié)構(gòu)在制造過程中,焊接變形是不可避免的,只有采取有效的方法、措施控制焊接變形,并對超出公差要求的焊接變形進行有效的矯正,才能在滿足質(zhì)量要求的同時,又滿足經(jīng)濟性要求。

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