薄板焊接

薄板焊接（精选8篇）

薄板焊接 篇1

摘要：本公司在承担华世杰项目过程中涉及到薄板的焊接问题。在作业过程中,薄板产生变形严重影响焊接质量。本文根据实践经验,分析论证了薄板焊接前工艺设计、焊接中控制方法及变形矫正措施,介绍了焊后科学,有效掌握了提高焊接质量的技巧。

关键词：焊接,变形,薄板,控制

引言

本文主要阐述了本公司在作业中薄板焊接变形的控制措施,旨在为焊接工艺人提供参考,希望对同行掌握焊接工艺有所帮助。

1 薄板变形影响因素

薄板焊接变形的力学原因主要是在焊接过程中,温度场受到不均匀变化,产生残余应力,致使不同区域的形状和尺寸产生不同的变化。工件受到的残余应力有压应力和拉应力。压应力存在于远离焊缝的区域,拉应力存在于焊缝区,当残余压应力的平均值大于板构件产生变形的临界压力时,就会产生变形[1,2,3]。

合适的焊接方法在保证生产质量的同时要兼顾生产的效率。焊接的方法、工艺选择不当,会直接影响焊接的质量。在工业生产中利用二氧化碳气体保护焊时,如不注意使用合理的焊接工艺,就有可能在点固焊时产生一定的残余应力,并加大焊接过程中残余应力的作用,严重影响焊接质量。

2 薄板焊接变形控制措施

焊前装配必须在标准的平台上进行,并且保证工件平整,工件的边缘没有切割的熔渣与剪切的毛刺,尽可能减少变形和内应力;对局部间隙不均匀的工件,应经打磨以达到标准。不得使用氧—乙炔切割,以避免产生变形;对装配不合适的工件,不得采用生接硬拽的方式,以避免造成附加应力增大。采用设计合理的工装或夹具将工件固定起来,增加其刚性,可以有效减少焊接时的变形[4]。

焊接过程中,薄板变形控制主要是通过合理的焊接顺序与增加刚性固定[5,6]。焊接时按照WPS规定调节合适的电流、电压,采用“分区分段”的焊接方法。焊接时,在焊缝的两侧增加刚性固定的肋板,点焊固定时,注意对称点焊,首先焊接结构中收缩量大的焊缝或者受力较大的焊缝要加强刚性,为使温度能够均匀分布在整条焊道,采用分段退焊的方式,并且保证每段焊缝长度相等,各对称焊缝分段一致。对称的焊缝必须一次性连续焊完,尽可能保证同一时间和相同的焊接参数。我公司在实际焊接过程中,采用带脉冲的氩弧焊工艺,利用自制的工装夹具和氩弧焊电流小、热输入小的特点来有效减少变形,提高焊接质量。

图1所示是华世杰项目中最常见的变径,该工件由六部分组成,除3#外,其余工件厚度均为2 mm。组焊顺序为1#→2#→4#→5#→6#→3#,即先组装1#、2#、4#、5#、6#,最后组焊3#方法兰。组装时加支撑固定,焊接时用带脉冲的氩弧焊,各参数为:焊丝直径1.2 mm,焊枪为水冷焊枪,保护气为纯氩气,焊工佩戴6号黑色滤光镜片的焊帽,调节脉冲电流最大48 A、最小10 A,控制焊接速度75 mm/min。为提高效率,可用气保焊,组焊顺序不变,焊接时使用分段退焊,最后焊接方法兰时注意焊接顺序,先在法兰顶部内进行分段跳焊,然后在背面进行满焊,使用小电流快速焊。

3 变形矫正合理措施

在生产作业中对于薄板结构的矫正,焊前和焊后分别采用机械矫正和火焰矫正。焊接前板材的变形主要是由于钢板的存放不当造成的,在焊前下料时,使用机械矫正法矫正,使用的是平板机矫正,矫正原理是钢板在外力作用下产生与原来变形相反的塑性变形,以消除弯曲、扭曲、表面不平等变形。

焊后件由于刚性大、结构复杂,不适合机械矫正,因此采用火焰矫正。火焰矫正的原理是利用金属材料热胀冷缩的物理特性。矫正变化过程如下:在钢材的变形部位点状加热,加热处的部位温度升高,受热膨胀,而周围没有加热处温度低,因此膨胀受到阻碍,加热的部位产生了压缩塑性变形。停止加热并冷却后,膨胀处的材料收缩,使钢材产生新的变形。通过控制加热和冷却产生新变形来抵消原来的变形,从而达到矫正的目的。

公司在参与项目的过程中,发现薄板的变形主要分为三类:中间凸起型、波浪型、对角翘起型。具体矫正方法为:(1)中间凸起型,采用点状锤击矫正,变形严重时,采用点状加热并锤击矫正,有所不同的是加热锤击的顺序,由四周逐渐向中间,力度由中间重至四周轻;(2)波浪型,一般变形集中在一个边上,采用点状或线状加热,必要时在水中加热。先从凸起的两侧处开始,然后向凸起处围拢,加热长度约为板宽的1/3~1/2,加热间距取决于变形的大小,若一次加热不能矫正,可进行二次加热,加热位置与第一次错开;(3)对角翘起型,采用点状锤击矫正,变形严重时,采用点状加热并锤击矫正,方向沿着无翘起的对角线进行,先中间后两侧依次进行。

4 结束语

我公司通过制定一系列的措施,针对控制薄板焊接变形问题,在焊接、焊后的各个过程进行控制,在项目实施过程中明显提高了焊接的质量,为今后相似的项目工程提供了借鉴。

参考文献

[1]韩国明.焊接工艺理论与技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]青岛海西船舶柴油机有限公司.WPS焊接技术标准[S].2015.

[3]刘云龙.焊工技师手册[M].北京:机械工业出版社,1998.

[4]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1990.

[5]李洪奇.薄板焊接变形的控制和技术措施[J].黑龙江科技信息,2007(6):10.

[6]王长生,薛小怀,楼松年,等.薄板焊接变形的影响因素及控制[J].焊接技术,2005,34(4):66-68.

薄板焊接 篇2

关键词：二氧化碳气体保护焊；薄板焊接；应用

二氧化碳气体保护焊在薄板焊接中的应用有其必要性。我主要谈以下几点：

一、二氧化碳气体保护焊的特点

目前，二氧化碳气体保护焊在薄板焊接中的应用较为广泛，主要包括以下几点：

首先，成本比较低。在通常情况下，焊丝不需要清渣，可以直接应用，而且焊丝的价格和二氧化碳气体的价格都相对较低，比起焊条电弧焊相比，其成本可以降低40%～50%。

其次，生产效率高，而且节能效果好。在焊接过程中，由于其电流密度较大，而且能量相对集中，所以，在焊接时，其熔透性比较强，可以达到电焊弧的1～3倍。

二氧化碳气体保护焊所形成的焊缝，不仅抗裂性能好，而且抗锈能力强，更为重要的是可以进行全位置焊接。

二、二氧化碳气体保护焊在薄板焊接中的应用

1.焊接工艺

在焊接时，宜采用简单的端面进行处理，要求焊枪与焊接小车要设计成一体，并且一键控制，焊接夹具采用专业用具，最大夹持要达到500 mm宽钢板。如中厚碳钢板与不锈钢薄板在采用二氧化碳气体保护焊焊接时，由于两块钢板是T空接，可以直接焊，但要注意层间温度，避免产生焊接变形和出现裂纹，焊接前最好对焊缝附近区域进行预热，因为碳钢板比较厚。另外，在具体实施时，其主要的焊接步骤如下：要做好焊接前的准备工作，将端面油污、水分、锈蚀去掉，避免影响后期焊接，并且需要将接头处进行打磨处理。组对、焊接，将钢板夹放在夹具轨道上，要注意保持2 mm的间隙，接着通过爆丝引弧。焊后处理，在焊接完成后，不必要采取任何措施，只需要等到温度下降后，将工件拆卸即可。

2.焊接参数控制

日常采用的是焊接方法有平焊、立焊和横焊，为此，需要控制好二氧化碳保护焊的焊接参数：

首先，电流、电压和气压的确定。如焊件是12 mm那么焊件破口应该是3～4 mm，电流是360～400 A，根据实际电压调节合适，二氧化碳气体保护焊渗透性能比较好，在作业的时候尽量手平稳摆动幅度和速度要均匀。

其次，二氧化碳气体保护焊角焊焊接参数，如平焊A=310，V= 30，速度=320mm/min，这时，角焊的焊接参数，包括平角焊、立角焊、仰角焊，要以评定合格的焊接工艺为准。

三、二氧化碳气体保护焊焊接薄板注意事项

由于CO2可以采用全位置焊接，不仅成本低，而且焊接速度是手工焊的1～2倍，但是在焊接高强度钢，最好采用手工焊。

如果药芯焊丝与实心焊丝焊接工艺不同，焊接效果也不同，如CO2气体保护焊焊接2.0～6.0薄板的焊接工艺，药芯焊丝6 mm，在实际操作时，没有必要开坡口，自然平板对接I型坡口双面焊即可。

总而言之，要想全面掌握二氧化碳气体保护焊工艺和施工技术，就要了解其焊接特点，掌握正确的运用方法，把握注意事项，进而提高生产效率和质量。

参考文献：

杨明.二氧化碳气体保护焊施工技术[J].山西建筑，2012（19）.

薄板、薄壁工件的焊接修复 篇3

关键词：薄板,薄壁工件,焊接修复,工艺措施

焊接修复是制造业尤其是设备机构维修业中最常用的方法之一,也是技工学校焊工专业学生的就业与创业选择之一。我们学校焊工专业的学生实习实训时,重点训练学生的焊接修复技能,通过各种类型工件的焊接练习,培养学生焊接设备的操作技能、焊接工艺参数的正确选择和工艺措施的合理采用。在教学中,学生普遍对薄板、薄壁工件的焊接修复技能掌握较慢,合格率低。针对教学现状,本文分析了薄板、薄壁工件在焊接修复过程中产生缺陷的种类、原因,提出行之有效的焊接工艺规范和适当的工艺措施,以提高学生的技能水平。

1 薄板、薄壁工件的焊接工艺特点

1.1 薄板、薄壁工件焊接现状

薄板、薄壁工件,通常是指厚度≤2.0mm的工件或板材。随着生产技术水平的飞速发展,各种新材料在设备制造中得到了广泛的应用。同时,原材料价格的不断上涨,迫使制造厂家在生产过程中越来越多地采用减小板材厚度的方法来降低成本。这就使设备产品的金属结构中薄板、薄壁工件越来越多,设备维修工作中的薄板、薄壁工件的焊接修复工作量也日益增加,为焊工专业的毕业生创造了广阔的就业与创业天地。

1.2 薄板、薄壁工件的常用材料及焊接特点

(1)低碳钢:含碳量<0.25%,强度、硬度不高,塑性好,应用非常广泛。常用的低碳钢有20钢、20g钢、Q235等。

低碳钢的焊接工艺性良好,淬火倾向小,焊缝和近缝区不易产生冷裂纹;焊前一般不需要预热,在寒冷地区焊接时,需将焊件预热至100-150℃左右;对焊接电源没有特殊要求,可采用交、直流弧焊机进行全位置焊接,工艺简单。

(2)中碳钢:含碳量0.25-0.60%,含碳量较高、强度较高。常用的中碳钢有35钢、45钢、55钢等。

中碳钢的焊接性较差:热影响区容易产生淬硬组织;容易产生热裂纹;如果焊接材料选择和工艺规范选择不当,容易产生冷裂纹;对焊接材料的脱氧性和基本金属的除油防锈、焊接材料的烘干等,要求严格。

(3)高碳钢:含碳量>0.60%,由于含碳量高,焊接性很差。

高碳钢材料在焊接时由于导热性差很容易形成裂纹;对淬火更加敏感,近缝区极易形成马氏体组织;近缝区易产生冷裂纹;焊接接头强度低。

(4)普通低合金高强度钢:钢中含有少量合金元素,如锰、硅、钒、钼、钛、铝、铌、铜、硼、磷、稀土等。常用的普通低合金高强度钢有Q295、Q345、Q390、Q420等。

普通低合金高强度结构钢的焊接具有下列特点:热影响区的淬硬倾向大,焊接裂纹倾向大。

(5)铝及铝合金:焊接结构中应用最广泛的是防锈铝,如5A02、5A03、5A05、3A21等。

铝及铝合金的焊接特点:表面易氧化,产生致密的氧化膜,影响焊接的进行;容易产生氢气孔;容易产生热裂纹;温度控制不当时,易焊穿;接头不等强;热影响区受热发生软化,强度降低,使焊接接头和母材不能达到等强度。

(6)铜及铜合金:有紫铜、黄铜、青铜和白铜4大类。

铜及铜合金的焊接具有以下特点:难熔合、易变形;焊接接头的强度、塑性、导电性、耐腐蚀性等性能低于母材;易产生扩散气孔和反应气孔;在焊缝及熔合区易产生热裂纹。

(7)珠光体耐热钢:以铬、钼为主要合金元素的低合金钢,具有足够的高温强度和抗高温氧化性。常用的珠光体耐热钢有15Mo、12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV等。

珠光体耐热钢的焊接具有以下特点:淬硬倾向大、易产生冷裂纹、易产生再热裂纹。

(8)低温钢:主要用于低温下工作的容器、管道和结构,工作在-196℃到-10℃的温度范围。常用的低温钢有16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、06MnNb、3.5Ni等。

低温钢的焊接具有下列特点:不含镍的低温钢焊接性良好,淬硬和冷裂倾向小;含镍的低温钢,淬硬性增大,热裂纹倾向增大,需采用合理的焊接工艺条件,增大焊缝成形系数。

(9)不锈钢:含铬量大于12%,在空气、水、蒸汽中能不腐蚀、生锈的钢。常用的不锈钢有0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr25Ni20、0Cr26Ni5Mo、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17等。

不锈钢的焊接特点如下:在焊缝和基本金属的熔合线附近,易发生刀刃状的晶间腐蚀;含镍量较高的奥氏体不锈钢易产生热裂纹。

2 薄板、薄壁工件焊接修复的主要缺陷形式及产生原因

薄板、薄壁工件在焊接修复过程中经常出现的主要焊接缺陷形式有:(1)烧穿。焊接过程中,熔化金属从焊件背面流出,形成穿孔的缺陷称为烧穿,是焊条电弧焊中常见的缺陷。(2)焊接变形大。装配间隙不均匀,焊接电流过大或过小,运条速度不当或手法不当以及焊条角度选择不合适时均会造成焊接变形过大。(3)焊接成形不美观。焊缝外形高低不平,波形粗劣,焊缝余高过高或高低不均,影响工件外观,还会影响焊缝与母材的结合强度。

3 薄板、薄壁工件焊接修复预防缺陷的工艺措施

3.1 薄板、薄壁工件焊接工艺规范

通过上述对各种材质的薄板、薄壁工件的焊接工艺特点和焊接修复中容易出现的缺陷形式的分析,结合实习实训教学实践,可以从以下几个方面选择焊接工艺参数进行焊接。(1)选用小直径的焊条(2.0mm-2.5mm)施焊为宜。(2)采用小电流焊接,按所选焊条对应的电流范围下限值施焊。(3)适当提高焊接速度,以获得较小的熔池和较浅的熔深。(4)采用短弧焊接、直线运条,焊条不要做横向摆动,以免熔池温度过高,烧穿工件。(5)在有条件的情况下,可将工件放在一定的坡度,采用下坡焊,不但提高焊接速度,同时也可防止变形。(6)在施焊条件困难的部位,操作不便的情况下,可采用间断灭弧焊,这样可以随时控制熔池温度和熔池形状,不易烧穿工件,且成形美观。(7)在焊接修复重要工件时,可采用氩弧焊等方法修复。

3.2 薄板、薄壁工件焊接修复工艺措施

由于薄板、薄壁焊接结构的复杂多样,材料品种规格繁多,在焊接修复过程中,除采用了合适的工艺参数外,还要采用合适的工艺措施,才能取得良好的焊接效果。(1)有条件的情况下,可采用卷边焊接或搭接,尽量避免对接焊缝。(2)焊前清理焊缝两侧,露出原金属光泽。(3)装配间隙≤1.5mm,间隙越小越利于施焊。装配时不得错边。(4)定位固定点焊时,应呈点状焊接点固,焊点间距应在50-80mm左右,以防变形和错边。(5)视焊件结构和材质特点,采取适当的焊前预热和焊后热处理措施。

4 结论

笔者多年在教学实践中,指导学生运用上述针对性的工艺规范和合理的工艺措施,能够预防焊接缺陷的发生,焊接修复质量可靠,焊缝成形良好,学生焊接技能大幅提高。

参考文献

[1]邱葭菲.焊工工艺学(第3版).中国劳动社会保障出版社,2005.

不锈钢薄板容器的焊接方法 篇4

随着时代的发展, 不锈钢板材在化工领域的应用越来越广泛, 因不锈钢具有优良的焊接性, 几乎所有的熔焊方法都可以焊接。从实用和技术性能方面考虑, 在不锈钢薄板的焊接方法上应用最广泛的是焊条电弧焊。但是实践证明, 焊条电弧焊焊接有诸多缺点, 如易夹渣、对清根要求高、焊缝外观成形较差、工作效率低、成本高、劳动强度大等。因此在保证焊接质量的前提下, 采用埋弧自动焊轻松地解决了该类缺点问题。但因埋弧自动焊热输入大, 熔池高温停留时间长, 有促进不锈钢元素偏析和组织过热倾向, 容易导致焊接热裂纹, 同时焊接变形大。在综合考虑焊条电弧焊及埋弧焊的特点后, 对不锈钢薄板 (6~8mm) 的焊接采用了“焊条电弧焊+埋弧自动焊”组合焊接工艺。

1 焊接依据

1.1 母材的焊接性分析

不锈钢在任何温度下焊接时不发生相变, 焊接接头在焊态下具有较好的塑性和韧性, 因此不锈钢具有优良的焊接性, 几乎所有的熔焊方法都可以采用, 故在不锈钢的焊接上采用“焊条电弧焊+埋弧自动焊”是可行的。

1.2 焊接工艺评定

黑龙江化工建总公司已具备不锈钢焊条电弧焊及埋弧自动焊两项合格的焊接工艺评定, 故在不锈钢的焊接上采用“焊条电弧焊+埋弧自动焊”组合焊法在技术上无障碍。

2 焊接工艺

2.1 坡口加工

为了控制焊缝金属的成分, 应降低母材在焊缝中的比例;为减少熔合比, 应采用小坡口。坡口的形式如图l所示。

2.2 焊材的选用

通常根据不锈钢的材质、工作条件 (工作温度、接触介质) 和焊接方法来选用焊接材料, 原则上选用焊缝金属的成分与母材相同或相近的焊接材料;因含碳量对不锈钢的耐腐蚀性能影响很大, 在选材时尽可能选含碳量低的焊材。同时为了保证与焊接工艺评定所用焊材一致, 故焊条选用A132, 焊丝为HOCr20Nil0Ti, 焊剂为HJl07。需要说明的是, 在焊剂的选用上HJ260也适用, 但在实际的使用中经反复试验, 采用HJ260焊接时, 焊道表面脱渣较困难, 焊后需用砂轮修磨焊缝表面, 直接影响焊缝外观质量。而HJl07在较高的电弧电压下焊接时, 熔深较浅, 电弧稳定, 焊缝成形美观, 焊剂消耗量低, 易脱渣。同时由于焊剂中含有较多的Ca F2, 又加入了冰晶石, 抗气孔和抗裂纹能力均有提高, 因此综合考虑优先选择HJl07作为焊剂。

2.3 焊接工艺参数

因不锈钢导热性能差, 过高的热输入会造成焊缝开裂, 降低抗腐蚀性能, 变形严重及接头力学性能改变等缺陷, 故一般焊接所需的热输入比碳钢低20%一30%左右。坡口面焊两层, 因坡口较小, 为保证能焊透, 故先用φ3.2焊条打底焊一层, 然后用φ4焊条盖面, 背面清根后用埋弧自动焊盖面焊接。具体焊接工艺参数如下表。

2.4 焊接过程中采取的措施

为了防止焊接过程中出现夹渣等缺陷, 控制焊接变形, 采取了以下措施:

2.4.1

焊前仔细地用钢丝刷将坡口及其两侧20mm范围内打磨干净, 同时保持车间卫生清洁。

2.4.2

定位焊长度50mm, 间距200mm。

2.4.3

焊完每一层后要等10min, 待焊缝冷却后再清理焊道, 准备下一焊接。

2.4.4

清根前, 在焊缝两侧200mm范围内涂白粉, 以防止清根时的飞溅对表面造成点腐蚀。

2.4.5

清根后, 用角磨机仔细地将坡口打磨干净, 至少保证自清根面打磨1mm以上深度, 彻底消除渗碳层。

2.4.6

焊条电弧焊时尽量不做横向摆动, 为的是减少熔池热量, 防止Cr等元素被烧损。

3 焊接结果

3.1 外观检查:

焊缝成形较好, 宽度均匀, 色泽一致, 表面无裂纹、气孔、咬边等缺陷, 如图2所示。

3.2 无损检测:

20%RT检测基本上都在II级以上。

3.3 焊接接头力学性能:

经对产品焊接试板进行理化检测, 抗拉强度及弯曲试验都符合要求, 同时按GB4334.5-2000 (不锈钢硫酸一硫酸铜腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀试验, 结果合格。综上所述, 焊接结果是合格的。

4 结论

4.1 对于6~8mm薄板不锈钢的焊接, 采用“焊条电弧焊+埋弧自动焊”组合焊接法是可行的。

只要工艺合适, 参数适当, 焊接过程中采用相关措施, 就能获得优质的焊接接头。

4.2

由于外层采用了埋弧自动焊, 焊缝外观得到了明显的提高, 同时大大提高了工作效率, 降低了成本及劳动强度。

4.3

薄板焊接的影响因素及解决方法 篇5

关键词：薄板焊接,影响因素,解决方法

1 前言

在机械制造业中,随着焊接技术的迅速发展及应用,焊接已成为金属构件的主要加工方法之一,焊接不仅可以连接金属材料,也可以实现某些非金属材料的永久性连接,如玻璃焊接,塑料焊接等。在钣金加工中有时由于零件的复杂性,一个零件需要拆开加工再进行焊接组合或一个部件由若干个零件焊接组成,因此焊接在钣金加工中尤为重要。如何采用正确方法进行焊接是加工过程中的首要问题,文中主要结合生产实际探讨钣金加工过程中的薄板焊接,影响薄板焊接的因素以及总结出来的几点焊接方法。文中的薄板是指厚度为0.8~6mm的Q235钢材和不锈钢板材。

2 薄板焊接的影响因素

焊接过程是一个不均匀加热的过程,以致在焊接过程中出现应力和变形,焊后便导致焊接结构产生焊接残余应力和焊接残余变形。对于薄板焊接来说,焊接变形显得尤为突出。在薄板焊接中,我们经常看到的变形有以下几种:对接焊缝的角变形,角焊缝的角变形,波浪变形等。焊后变形的影响因素很多,如焊件的结构和刚度,工件的拘束条件,焊接顺序以及焊接参数等。在薄板焊接中,焊接过程中的参数和焊接次序是影响焊接变形的最主要的因素。在薄板焊接中,焊接过程中的热作用决定了焊接变形是不可避免的,但是在保证焊缝力学性能的条件下可以采取各种措施减小焊后焊缝的变形,我们可以从结构设计,加工工艺以及操作技能等几方面同时采取措施。

3 薄板焊接变形解决方法

3.1 从结构设计寻求解决方法

在钣金加工中,由于钣金件外形的复杂性以及受加工设备的局限性,很多零件不能一次成型,这就要求设计人员从结构设计开始,遵循以下几点原则:

(1)尽量采用角焊缝,避免对接焊缝;

(2)焊缝长度尽可能短;

(3)焊缝在焊接结构上的位置对称。结构的对称性有助于消除由于对称焊接产生的变形,当焊缝处在焊件中性轴的一侧时,焊件在焊后将向焊缝一侧弯曲,且焊缝距中性轴越远,焊件就越易产生弯曲变形,在整个焊接结构中,如中性轴两侧焊缝的数目各不相同,且焊缝距中性轴的距离也各不相同,也易引起结构的弯曲变形;

(4)焊接结构的刚性越大就越不容易变形。焊接结构的刚性是在装配,焊接过程中逐渐增大的,结构整体的刚性总比它的零部件刚性大,因此应尽可能先装配成整体,然后再焊接,可减少焊接结构的变形。

3.2 从加工工艺寻求解决方法

结构的设计并不能完全消除焊接变形,有合理的结构设计后,更要有合理的焊接顺序。按照生产实践积累的经验,对于薄板焊接一般采用以下焊接方法:

(1)应该采取对角对称焊,即先焊对角,然后再对称焊接。若焊缝不对称,则先焊焊缝少的一侧,使后焊的变形足以抵消前一侧的变形,使总体变形减少。

(2)定位焊时定位焊缝的长度和间距视焊件的厚度和焊缝长度而定。焊件越薄,定位焊缝的长度和间距应越小,反之则应加大。如焊接薄件时,定位焊缝的长度约为5~7mm,间隔50~100 mm,定位焊从焊件中间开始向两端进行;焊接厚件时,定位焊缝的长度约为20~30 mm,间隔200~300 mm,定位焊的顺序从焊件两端开始向中间进行。(这里的薄件是指厚度为1~3mm的板材,厚件是指厚度为4~6mm的板材。)

(3)采用反变形法。反变形法就是事先判定焊接某种焊缝会产生何种变形,变形的方向并粗略估算或估计变形的大小,预先把焊件人为地制成一个变形,使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等,以达到防止产生残余变形的方法。在定位焊后,将焊件沿接缝处向下折成160°左右,以防止焊件角变形,然后将其接缝处校正齐平。

(4)采用刚性固定法。刚性固定法是将焊件固定在具有足够刚性的基础上,使焊件在焊接时不能移动,在焊接完全冷却以后再将焊件放开,这时焊件的变形要比在自由状态下焊接时所发生的变形小。

3.3 从提高操作技能,积累经验中寻求解决方法

在钣金加工中,一般采用氩弧焊来焊接薄板。氩弧焊是以氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法。由于氩弧焊热量集中,电弧受氩气流的冷却和压缩作用,使热影响区窄,焊接变形和应力小,特别适宜薄件的焊接。生产中一般采用的是钨极氩弧焊。手工钨极氩弧焊的主要工艺参数有:钨极直径,焊接电流,氩气流量,喷嘴直径,喷嘴与焊件间的距离,钨极伸出长度等。

在生产实际中,喷嘴与焊件间的距离以8~14mm为宜。距离过大,气体保护效果差;若距离过小,虽对气体保护有利,但能观察的范围和保护区域变小。钨极伸出长度一般为3~4mm。伸出长度过小,焊工不便于观察熔化状况,对操作不利,伸出长度过大,气体保护效果会受到一定的影响。

在生产过程中,通常焊枪选定之后,喷嘴直径很少改变,钨极直径也很少改变,所以在生产实际中,我们通常用到的可变参数主要是焊接电流和氩气流量。通常根据焊件的材质,厚度来选择焊接电流,通过生产实践我们总结如下:

4 结束语

薄板焊接在钣金加工中应用广泛,如何很好的解决薄板焊接中的变形问题是钣金加工过程中一直探讨的问题,通过结构设计和加工工艺的改进以及操作技能的进一步提高,焊接变形将会得到有效控制和预防,产品质量将会得到进一步提高。

参考文献

[1]王振宏,郭宇.箱形刚性梁焊接变形的控制[J].焊接,2003.

薄板焊接 篇6

1. 激光功率。

激光功率的高低直接影响焊接质量, 我厂使用了两种功率的激光源, 12KW和3.5KW, 激光功率过低会造成焊缝熔不透, 影响焊接质量, 激光焊机产生激光的过程是CO2激光混合气体经过激光源磁悬浮涡轮风机充分混合后进入高压石英管后, 通过电极产生的高压将CO2激发产生激光再通过反射镜、激光输出镜和聚焦镜输出到激光发出装置进行焊接。在这个过程中对激光功率的影响主要有以下几点。

(1) 激光混合气体。激光混合气体主要有CO2、N2、He三种, 对其纯度都有相当高的要求, 一般要达到99%以上, 如果气体纯度不够, 激光功率会有变化, 同时如果磁悬浮涡轮风机的转速不够 (5400转/分钟) 会造成气体不能充分混合, 也会影响激光功率。

(2) 输出镜。激光源产生激光后, 首先要经过激光输出镜传送到激光源外部, 如果激光源输出镜表面出现斑点或者灰尘, 或者其他杂质会吸收和反射激光能量, 从而降低激光功率。激光源输出镜是影响激光功率的重要因素。

(3) 温度。温度是激光源的一个重要参数, 激光源温度控制主要通过水冷冷却, 激光源在产生激光时谁产生大量的热量, 使激光源各部分器件温度不断上升, 如输出镜会因为温度过高而损坏, 所以激光源设备需要配备一个水冷装置, 水冷装置有两台水冷箱, 一台是铜制水冷箱用来冷却激光源内部部件温度, 用来稳定激光功率, 另一台是铝制水冷箱主要用来冷却激光源气体热交换器, 从而冷却混合气体温度。

综合以上因素我们如果要稳定激光功率, 就要保证激光混合气体的纯度和充分混合, 定期更换输出镜, 最重要的是一定要保持水温稳定在25°左右。

2. 氦气保护气。

激光焊接时激光聚集到带钢上, 光能转化为热能后产生很高的温度使出口和入口带钢接触处熔接到一起在通过很快的降温使带钢焊接到一起, 但在此过程中焊接区域有空气存在, 空气在高温情况下会产生离子云使焊缝出现小气泡, 并且会使带钢部分发生氧化, 空气中的杂质和水分会严重影响焊接质量并且在焊接时产生大量火花, 所以我们要在激光焊接处使用惰性气体来当保护气。

3. 焊机双切剪。

带钢在焊接前都需要先经过双切剪剪切处一个合格的截面来, 才能进行焊接, 如果双切剪不够锋利在剪切带钢时出现带钢变形或者出现毛刺, 如果双切剪的间隙过大, 有时会造成带钢剪不断, 都会影响焊接, 所以双切剪要定期打磨并且要保持双切剪的间隙在0.5mm左右, 这样剪切是带钢变形会最小, 剪切效果最佳。

4. 夹钳工作台。

我们由双切剪部分已知剪切是带钢必定会出现变形, 理论上来说如果没有变形, 焊机设备不老化, 带钢间隙是不需要调整的, 只要把间隙定位到零即可, 但由于变形的出现并且焊机在长时间使用后机械结构会出现位移老化造成间隙出现误差, 我们需要通过夹钳工作台来调整焊接间隙, 夹钳工作台就是用来稳定带钢人后调整带钢间隙, 使带钢处在一个最好的焊接间隙上, 进行焊接。

二、板材条件

1. 板形。

冷轧薄板厂主要使用的是热轧厂生产的带钢, 带钢或多或少存在板形问题, 一般带钢会存在波浪形, 如果带钢较厚或者较硬时, 带钢存在波浪形, 夹钳会夹不平带钢, 使带钢的带头和带尾对不正, 影响焊接质量。如果带钢较薄, 只要有一点波浪形, 带头和带尾就会错开, 不能正常焊接, 所以针对此种情况带钢在焊接前需要先在生产线上的双切剪将板形不好的地方切掉, 再送到焊机区域进行焊接。

2. 其他。

除了板形不好会影响焊接效果, 出口和入口带钢厚度超差也回影响焊接质量, 设备性能要求带钢超差范围可用下面公式说明, 由公式得厚度差不能超过百分之三十, 就符合焊接条件。

焊接质量的影响因素是复杂的, 每个因素之间都存在联系, 而且在不同的使用要求下, 会出现不同的影响因素, 我们在学习了大量的有关资料的同时, 更重要的要结合实际情况, 和以上讨论的几点, 做出形影的改善措施, 保证正常生产。

参考文献

[1]MIEBACH公司.MIEBACH激光焊机维护手册[M].

[2]佟欣.激光焊接的特性及应用领域.焊接技术, 2000.

[3]周炳琨, 高以智, 陈倜嵘, 等.激光原理[M].北京:国防工业出版社, 2007.

薄板焊接 篇7

关键词：ABAQUS,强化散热,温度场,残余应力

0 引言

焊接过程是一个局部热量急剧输入, 随后连续冷却的过程。焊接过程中不均匀的加热和冷却是造成焊件内部热应力和变形的主要原因, 其中, 薄板焊接试件变形尤为严重。对于控制薄板焊接变形, 国外主要应用专门的焊接工装及装配夹具[1], 同时采用先进的焊接方法并开发新的焊接变形控制工艺。对减少焊接应力, 常采用预热缓冷的方法, 但有时会起到反作用。北京航空工艺研究所学者关桥开发了动态控制的低应力无变形 (DC-LSDN) 焊接方法来控制薄板焊接变形[2], 而王者昌提出了局部快冷的方法来控制高温应力、应变发展过程[3], 这2种方法均能有效降低焊接应力, 减少残余变形, 并取得了明显的试验效果。

强化散热焊接采用跟随焊炬移动的冷却气体喷嘴对焊缝金属进行强冷, 在焊缝区域产生畸变温度场, 藉此改变焊接应力场, 以达到减小焊接变形的目的。对该焊接方法形成温度场与常规焊接温度场的比较研究, 有助于得到应用该方法减小焊接变形的控制机理。本文采用大型有限元分析软件ABAQUS, 应用三维实体单元对Q235平板对接焊的温度场进行数值模拟, 以获得常规焊接及强化散热焊接条件下焊件的温度场, 为进一步研究该方法, 控制焊接变形提供参考。

1 强化散热焊接装置

为实现对焊缝区域的强化散热, 对焊炬进行改造, 在焊炬后方加装冷却气体喷嘴。喷嘴与焊炬保持一定距离并同步移动, 通过低温CO2气体对焊缝进行射流冲击强化散热, 以达到降低焊接热输入、改变焊接温度场的目的。该焊接装置的简易示意图如图1所示。

2 温度场基本方程

焊接温度场分析为非线性瞬态热传导问题, 根据傅立叶定律和能量守恒定律可得其控制方程为:

式中, ρ为材料密度;c为材料比热容;T为温度;t为时间;λ为材料热导率;为内热源强度。

温度场控制方程的边界条件为:

(1) 对流换热产生的边界热流:

qc=hc (T-T0)

式中, hc为对流换热系数;T0为零对流时参考温度。

(2) 辐射换热产生的边界热流:

qr=εσ (T4-T04)

式中, ε为发射率;σ为斯忒藩-玻尔兹曼常量;T0为零辐射时参考温度。

3 有限元计算模型的建立

3.1 物理模型

试件为200 mm×50 mm×2 mm的Q235冷轧钢板, 计算模型如图2所示。焊接采用手工CO2保护焊。考虑到结构的对称性, 取其一半进行三维数值模拟。在焊接温度场分析中考虑材料的热物理性能随温度变化, 假设材料为各向同性的, 热物理性能参数引自文献[4]。

3.2 焊接热源及强化散热模型

焊接热源采用GOLDAK热源模型, 距加热中心任意一点的热流密度可表示为下列形式[5]:

式中, η为焊接过程中的功率有效系数, 一般为0.7~0.9, 本文中取0.85;U为焊接电压, U=20 V;I为焊接电流, I=50 A。

冷却气体与试件间的换热采用圆形射流冲击传热模型[6]:

Nu=0.726 3× (D/x) 0.24×Re0.5×Pr0.3

式中, Nu为努赛尔数;D为冷却气体喷嘴直径;x为冷却范围半径;Re为雷诺数;Pr为普朗特数。

在数值模拟中, 焊炬和冷却装置以一定的焊接速度 (v=5 mm/s) 移动, 在ABAQUS中分别通过子程序DFLUX和FILM实现。

3.3 网格划分

焊接是一个温度随时间和空间急剧变化的过程, 温度梯度很大。模型网格如图3所示, 为提高模拟精确度及计算效率, 在焊缝附近网格划分得比较细密, 在远离焊缝区域网格划分较稀疏。计算初始步长取0.01, 最小步长取0.000 01, 最大步长为10。计算收敛时按照收敛步长进行计算, 当计算不收敛时自动减小增量步进行计算。温度场模拟采用DC3D20[7]单元。

4 计算结果及分析

温度场的数值模拟是应力、应变场数值模拟的前提和基础, 同时温度场的分布对应力、应变场的分布规律有极大的影响。图4为焊接到板长1/4时的温度分布。

为获得对2种不同焊接方法温度场的总体认知, 对常规焊和强化散热焊焊接过程中到达准稳态后某一时刻的温度场进行分析。文中选取焊接进行至10 s, 焊炬行走至y=50 mm时的温度场进行研究。图5、图6为t=10 s时常规焊和强化散热情况下温度场等温线的比较。

如图所见, 与常规焊相比, 强化散热焊接温度场的等温线范围减小, 说明由于冷却气体的存在, 试件温度大大降低。在焊接方向, 冷却气体作用区域温度出现明显低谷, 随着焊接进行, 由于周围高温金属作用, 温度又有所回升, 但仍低于常规焊接的相应值。强化散热装置在焊缝区域作用效果比远离焊缝区域效果明显, 对温度场产生压缩效应。

焊接过程是一个不均匀加热的过程, 试件上不同点经历的热循环过程有很大不同, 为比较常规焊接和强化散热焊接过程中相同点的温度变化, 本文选取了距焊缝不同距离点进行比较。所选取的点为焊接进行至10 s时, y=50 mm的横向截面上, 距焊缝中心分别为0 mm、2 mm、5 mm、8.5 mm和13 mm的各点。

图7为常规焊接距焊缝不同距离点的温度变化过程, 各点随时间变化趋势相同。在焊炬未到来时, 各点温度基本不变;随着焊炬临近, 温度迅速升高并到达最高温度;随着焊炬远离, 进入冷却过程, 温度逐渐降低。其中, 焊缝中心的点升温及冷却速度最大, 且所达到的最高温度最高。随着距焊缝中心距离增加, 各点温度变化速度减小, 且所经历最高温度降低。

图8为强化散热焊接距焊缝不同距离点的温度变化过程, 整体变化趋势与常规焊接相似。但焊缝中心及距离焊缝较近的点由于强化散热装置的影响, 在冷却气体作用时刻, 温度急剧降低, 形成较大的温度梯度。在冷却喷嘴经过之后, 由于周围高温金属的影响, 温度重新上升, 在变化曲线上形成低谷。由于喷嘴尺寸限制, 距焊缝中心较远点的温度变化不大, 与常规焊接温度曲线基本相同。

图9为在不同焊接条件下焊缝中心点温度循环对比图。对比2曲线可以明显看到, 在强化散热焊接下, 焊缝中心点由于冷却气体的强烈冷却作用, 温度迅速下降;随着喷嘴远离, 由于周围高温金属影响, 温度有所回升, 但总体温度低于常规焊接温度。由此可见, 2种不同焊接方法焊缝中心点所经历的热循环不同, 由此产生的热应力和热应变也不同。强化散热焊接中, 焊缝中心熔化金属在冷却气体作用下迅速凝固, 产生急冷收缩, 对近焊缝区域高温金属产生拉伸作用, 减小了焊缝的不协调应变, 从而达到了降低焊接热应力, 减小焊接变形的效果。

5 结论

(1) 通过ABAQUS软件, 运用DFLUX实现电弧移动, FILM实现强化散热, 获得焊接结构的温度场, 为进一步研究应力、应变场提供参考。

(2) 强化散热焊接过程中, 喷嘴的强冷作用导致焊接温度场产生畸变, 在焊炬后形成低温区, 冷却装置作用部位处于温度场低谷。

(3) 在2种焊接方法中, 距焊缝中心距离不同, 所经历的温度循环也不相同。距焊缝中心近的点承受温度最高, 升温及冷却速度最大, 强化散热效果也越明显。

参考文献

[1]王长生, 薛小怀, 楼松年, 等.薄板焊接变形的影响因素及控制[J].焊接质量控制与管理, 2005, 34 (4) :66～68

[2]关桥, 张崇显, 郭德伦.动态控制的低应力无变形焊接新技术[J].焊接学报, 1995, 15 (1) :8～11

[3]王者昌.局部快冷在熔化焊接过程中的应用[J].机械科学与技术, 2000, 19 (6) :970～974

[4]张家荣, 赵廷元.工程常用物质的热物理性质手册[M].北京:新时代出版社, 1987

[5]莫春立, 钱百年, 国旭明, 等.焊接热源计算模式的研究进展[J].焊接学报, 2001, 22 (3) :93～96

[6]马重芳, 陈永昌.自由表面二维平面射流冲击传热的理论分析[J].北京工业大学学报, 2000, 26 (3) :59～62

薄板焊接 篇8

为了减轻自重,提高空间利用率和综合使用性能,现代船艇大量使用高强度薄板,同时为保证足够的结构强度,船体内部加强结构增多,焊缝大量增加,使薄板焊接变形问题变得十分突出,并且这种变形将无法完全消除。船体薄板焊接变形主要表现为:板收缩内凹,肋骨框架外露的“瘦马”变形;范围较大的波浪变形;局部的凹凸变形等,均是由于薄板抗弯刚度低,在焊接过程中的不均匀加热和冷却引起的。由于薄板焊接变形对船艇外观质量、建造周期、机动性能等均具有重要影响,并且变形本身影响因素众多、各种因素之间的相互作用复杂,使得薄板焊接变形控制技术成为船体建造的关键技术之一,对提高船艇实物质量水平至关重要。

在焊接实施阶段,为控制焊接变形,提高焊接质量,通常要严格控制焊接方法、参数、材料、顺序、人员等,焊接完成后,一般还需要对焊接实施阶段的“输出”采取“后处理”措施进一步减小焊接变形量,如变形矫正、应力释放等。从船艇结构建造过程来看,策划评估及装配施工在焊接实施之前,是焊接实施阶段的“输入”,完整地对薄板焊接变形进行控制,必然还应采取适当的“前处理”措施对焊接实施阶段的“输入”进行控制,忽视策划评估的基础性作用和装配施工的保障作用,往往则会造成薄板结构焊接实施难度增大,焊后处理工作繁重,甚至是结构报废。本文充分认识到策划评估能够有效降低薄板焊接变形控制的潜在风险,而装配精度与薄板焊接变形控制相辅相成,给出了做好控制船体薄板结构焊接变形控制“前处理”工作的一些原则方法,为提高船艇建造质量提供参考。

1 策划评估

策划评估对控制薄板焊接变形具有重要的预防作用。在生产策划阶段必须充分考虑焊接变形控制,尽可能预测焊接变形控制中存在的风险,提前做好预防措施,确保焊接变形矫正的工作量降到最低,减少生产成本。特别对于新研制船艇,设计修改多、建造经验少,更要重视对船体焊接变形控制的策划。

1.1 改进建造方法

在对分段和总段的建造进行策划时,充分利用船厂的传统经验和现有条件,坚持从结构焊接变形趋势可控和工人施焊条件有利的角度进行考虑,确定分段和总段的建造方式与顺序。一方面,要优化零部件组装和分段合拢顺序,例如对于建造难度大、经验不足的分段,可预先建造模拟分段,评估结构建造的可行性和可靠性,还可以采用数值仿真技术提高薄板结构的焊接变形预估和控制精度;另一方面,要优化零部件的焊接顺序和焊接方法,例如由内往外焊、对称施焊,尽可能减少仰焊,灵活采用塞焊、单面焊双面成型等特殊焊接方法,保证焊接质量和焊接变形的可控。

1.2 优化焊缝布局

在充分了解焊接应力和变形产生的机理的基础上,合理地制定施工工艺,坚持理论与实践相结合,做到对焊缝的合理优化。一方面,要减少焊缝数量和长度等,降低焊接热源对结构的热输入,如充分利用板材和型材的规格尺寸;按照标准要求制定船体构件切口及典型节点图册,规定焊缝坡口的形状和尺寸等;另一方面,要优化板缝的布置,如使船体水线以上部分焊缝呈现布局美感;使焊缝对称于焊件的中心轴;将焊缝靠近强结构,避开高应力区;在焊缝相交中宜采用“十”字接头,减少或避免“丁”字接头等。

2 装配施工

装配间隙过大,坡口角度过大,均会增加焊接过程中的热输入,使得焊后的变形量增大,所以始终要注重装配精度,切实控制焊缝间隙,形成控制焊接变形的有利条件,为控制薄板焊接变形提供保障。

2.1 精确加工、细心搬运

下料阶段的板材和型材尺寸精度,必然会影响后续装配的精度,并且越往后期越难保证结构装配精度,因此必须从源头抓装配精度。板材在下料前必须矫平,保持板面平整,型材在下料前必须进行矫直。板材切割宜采用等离子水下数控切割,并且要讲究余量分布,提高无余量下料装配率,减少余量切割阶段产生的结构变形。对于需要加工线型的板材,必须要加工到位,符合加工精度要求,避免在装配阶段生拉硬拽,增加附加应力。加工后的板材应放在托架上,板材搬吊运时,不允许在板材上直接焊接吊马,或者不同线型的薄板叠加搬运。

2.2 释放反变形、增强支撑材

除了在零部件加工阶段对有线型的板材考虑加工反变形以及在船台合拢阶段对主船体基线沿纵向适当放反变形外,胎架作为分段、总段制作的支撑基础,对防止焊接变形过大具有重要的约束作用。胎架应按先横向后纵向的顺序加放纵、横向反变形,纵向应从中间一档肋位向两端并往下释放反变形,纵、横向可按1:1000加放垂向反变形余量,并要制作梁拱反变形样板以便准确释放甲板梁拱反变形。为防止胎架横向收缩变形过大,底部分段胎架两舷外侧需加斜撑以作加强,所有分段胎架底座、支柱、斜支撑角钢加强和纵、横向连接角钢必须与“地牛”和胎架焊接牢固,以防止分段制作过程中焊接应力变形。

2.3 提高装配精度、预防焊前变形