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。