鋼結(jié)構(gòu)的聯(lián)接一般采用焊接的方式,**常用的焊接方法是熔化焊接(我廠主要采取的是CO2氣體保護(hù)焊)。因?yàn)楹附邮窃诟邷叵逻M(jìn)行的,所以,焊接件結(jié)構(gòu)就會發(fā)生不同形式的變形,結(jié)構(gòu)本身也會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。機(jī)械工程貨車車體在制造的過程中也會出現(xiàn)此種問題,一旦控制不好,就會嚴(yán)重影響其制造質(zhì)量和使用壽命,我廠針對焊接變形這一問題,采取一些措施,取得良好效果,現(xiàn)總結(jié)如下。
1 焊接變形的主要原因
(1)焊縫在結(jié)構(gòu)的位置原因,不同的焊縫位置在焊接完成后都會產(chǎn)生不同形態(tài)的變形,這主要是由破口角度、接頭形式等結(jié)構(gòu)形態(tài)不同而引起的重力性變形。
(2)結(jié)構(gòu)剛性導(dǎo)致的變形,在受力相同的情況下,剛性較大的結(jié)構(gòu)變形就小,而剛性弱則變形大,如較薄的二手鋼結(jié)構(gòu)與小而重的結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí),剛性小的薄片結(jié)構(gòu)就容易變形。
(3)焊接順序和裝配原因,一個(gè)同樣的焊接結(jié)構(gòu)采用不同的床配方法和焊接順序都會對其變形產(chǎn)生一定的影響,如前面提到的剛性較弱的結(jié)構(gòu)如在安裝和焊接順序上增加了對其的載荷就容易使之變形。
(4)焊接材料的原因,焊接后由于熱脹冷縮的原因材料會在焊接后產(chǎn)生一定的變形,而焊接材料的線膨脹系數(shù)較大則會對焊接變形影響較大。如:不銹鋼和鋁材的焊接后變形的幾率要大于碳鋼材料,就是這個(gè)原因。
(5)焊接采用方法的原因,在焊接過程中,焊接使得焊件受熱而溫度升高,金屬材料的導(dǎo)熱性會導(dǎo)致整個(gè)材料變熱,而焊件的體積越大則受熱變形的幾率也就越大,變形也就越嚴(yán)重。如:實(shí)踐中氣焊比手弧焊的變形大,而手弧焊比氣保護(hù)焊接的變形嚴(yán)重。因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)材料和工藝的要求選擇合適的焊接方法。
(6)焊接規(guī)范執(zhí)行原因,對焊機(jī)規(guī)范的執(zhí)行也可以影響焊接的變形,如:變形隨著焊接電流的增加而增加,焊條直徑越大而變形增大。因此在焊接中應(yīng)當(dāng)根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)盡量選用更加合理的焊接規(guī)范來進(jìn)行操作。
2 控制措施
對焊件進(jìn)行焊接時(shí)會產(chǎn)生瞬間的內(nèi)部應(yīng)力,焊接后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力并以此產(chǎn)生的殘余應(yīng)力變形這時(shí)焊接中不可避免的情況。但是通過必要的手段對前面提到的變形的某些因素進(jìn)行控制,或者采用合理的校正措施還是可以控制部分焊接變形的產(chǎn)生的,下面就對幾種主要的焊接變形控制措施進(jìn)行介紹。
2.1 焊前準(zhǔn)備
(1)鋼材要求:焊接前應(yīng)當(dāng)做好對鋼材料和焊接材料準(zhǔn)備工作,即按照生產(chǎn)要求對焊接用構(gòu)件的鋼材的牌號、規(guī)格、尺寸、質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行核對,同時(shí)按照圖樣或者設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢查。焊接用鋼材料的材料質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)的國家或者行業(yè)規(guī)范,確定原則有:鋼板、型材、管材的計(jì)算厚度大于6mm時(shí)重要的構(gòu)件不能采用級別A的沸騰鋼;結(jié)構(gòu)件的半徑/厚度小于10并需要冷彎的時(shí)候,則應(yīng)當(dāng)選用對應(yīng)的鋼材;如確定鋼材的等級時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮工作的環(huán)境溫度、材料厚度、構(gòu)造部位、焊接工藝等綜合因素進(jìn)行選用,可以按照行業(yè)或者設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選取。重要的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)按照焊接工藝評定執(zhí)行。
(2)焊條、保護(hù)氣體的要求:對低碳結(jié)構(gòu)和合金結(jié)構(gòu)焊接用焊條應(yīng)符合國家5117、5118標(biāo)準(zhǔn);氣焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊接則需要按照國標(biāo)1300、8100標(biāo)準(zhǔn);采用二氧化碳保護(hù)焊接則需要控制保護(hù)氣體的純度達(dá)到99.5%。其余氮?dú)庑∮?.1%,水蒸氣小于0.05%。
另外,在焊接新型的鋼材或者使用新型的焊機(jī)和焊條時(shí)應(yīng)先行做實(shí)驗(yàn),以保證其工藝可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo),同時(shí)保證焊機(jī)材料焊條、焊絲、焊藥、保護(hù)氣體等選擇符合整個(gè)焊接工藝的要求。
2.2 合理的焊接工藝
焊接工藝的關(guān)鍵階段:(1)下料和預(yù)處理,這個(gè)階段是將材料進(jìn)行預(yù)先的處理,如對托料架進(jìn)行清理、找平,滿足切割要求;保證相應(yīng)的托架符合材料的尺寸;下料適應(yīng)保證材料的余量控制;切割過程中應(yīng)當(dāng)保證速度、氣流、氣壓等符合工藝要求,同時(shí)不應(yīng)對切割區(qū)域進(jìn)行冷卻處理,切割后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行矯形處理。(2)組對、焊接階段,這個(gè)過程應(yīng)當(dāng)控制焊接的基準(zhǔn)面便于操作,并保證工件的穩(wěn)定,對接角度符合設(shè)計(jì)要求;在焊接時(shí)應(yīng)按照規(guī)程進(jìn)行控制,保證質(zhì)量;對焊條應(yīng)進(jìn)行必要的處理。
焊接工藝是影響焊接質(zhì)量和控制變形的關(guān)鍵流程,因此應(yīng)當(dāng)合理的采用焊接的工藝,并且使之符合兩點(diǎn)要求:**,在焊接工藝的選擇和改進(jìn)中應(yīng)當(dāng)保證符合自身作業(yè)的條件,如果焊接工藝的設(shè)計(jì)不符合實(shí)際生產(chǎn)條件的要求,過高或者過低都將直接影響工藝的實(shí)施;第二,焊接工藝設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合材料的狀況,即在下料、組對、焊接、焊接后處理等環(huán)節(jié)都應(yīng)當(dāng)符合鋼制構(gòu)件的材料特征,并且便于開展工藝,如大批量生產(chǎn)還應(yīng)當(dāng)考慮滿足機(jī)械化自動(dòng)化作業(yè)的需求。
(1)縮減焊縫的尺寸。焊接的內(nèi)應(yīng)力是來自焊接中對局部的加熱過程,為此在滿足設(shè)計(jì)構(gòu)件的尺寸要求下,應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)焊縫的尺寸,即利用合理的焊接設(shè)計(jì)技巧既滿足構(gòu)件的使用要求也可以盡量縮小焊接的長度,以此降低變形。
(2)降低焊接約束力。在焊接中對工件的約束力越小其焊接后的恢復(fù)性形變也就越小,其熱脹冷縮的情況也可以降低,因此在焊接中盡量不要采用剛性過大的固定方法,而是盡量采用托架的方式,以此降低對焊接件的約束,和重力變形。
(3)合理設(shè)計(jì)焊接順序。在需要多次焊接的情況下,即對焊縫較多的構(gòu)件進(jìn)行焊接前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的分析和設(shè)計(jì),根據(jù)焊接構(gòu)件的形狀和焊縫的規(guī)律設(shè)計(jì)焊接的順序,即對可能會產(chǎn)生大的形變的焊縫先焊接,而對變形影響較小的焊縫后焊接,這樣就可以先對自由度較大的構(gòu)件進(jìn)行約束,控制構(gòu)件的整體變形幅度。
(4)利用外力控制焊接殘余應(yīng)力。在焊接完成后可以利用錘擊法對焊縫進(jìn)行處理,即在焊接完成后利用圓頭的小錘或者電動(dòng)工具對焊縫的金屬進(jìn)行修正,使其產(chǎn)生塑性的延伸性變形,以此消除器冷卻后產(chǎn)的收縮性拉力。但是此方法應(yīng)當(dāng)視材料和鋼構(gòu)件的情況而定,對要求精度高或者材料脆性大的不宜采用。
(5)采用強(qiáng)制變形和反變形法。對于大的工件采用強(qiáng)制變形法和反變形法相結(jié)合,選擇好強(qiáng)制固定位置和反變形余量,掌握好冷卻時(shí)間,對于工件變形量的控制效果更佳。
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