焊接结构（精选11篇）
焊接结构 篇1
镗床立柱是一个重要的结构大件, 其结构性能的好坏直接影响到机床的加工精度。传统的立柱结构通常采用铸造成型, 铸造立柱的质量大, 动态响应速度慢, 而且铸造开模费用昂贵, 不适合单个或少量机床的制造。若在机床设计中采用焊接立柱结构, 其优点可归纳如下:
1) 可提高构件刚性。焊接结构的刚度一般为铸件的1.5~1.8倍;
2) 造型高度灵活。设计中不受铸造工艺条件限制, 生产中可以根据需要不断改进结构, 几乎不产生废品;
3) 可以减轻立柱整体的重量, 增加稳定性, 减少磨损;
4) 可大幅度地缩短零件制造周期, 降低制造成本。
1 焊接立柱的结构设计
1.1 焊接立柱的设计原则
1) 焊接立柱的设计必须保证整台机床的加工精度和稳定性。通过合理配置加强筋板的布局结构、选用合适的焊接工艺方法及施焊顺序, 来保证立柱的整体强度和焊接质量。
2) 立柱结构应有利于减小焊接应力与变形。设计焊接结构时, 应尽量选用尺寸规格较大的板材和管材。焊缝尽量对称布置, 避免密集、交叉, 以防止接头组织恶化和应力集中。一般两条焊缝间距要求大于三倍的板厚且不小于100mm。
3) 改善焊接立柱的减振性能。焊接立柱的材料减振性较差, 要改善其减振性能必须从结构设计上采取措施。例如, 利用接触面的微量相对运动引起能量消耗的方法, 可有效提高结构的减振性。
4) 焊缝位置应便于施焊。布置焊缝时, 要有足够的操作空间;否则, 不仅施焊时作业条件差, 重要的是焊接质量难以保证。
5) 焊接立柱的工艺孔布置应合理。保证在不影响立柱强度的情况下, 便于零部件的安装与维护。
1.2 立柱结构设计
镗床立柱安装在滑座上, 通过滚动导轨沿工作台做水平方向运动 (X轴运动) , 工作时主轴箱沿立柱滑轨做垂直方向运动 (Y轴运动) 。配重块为减小立柱体积安装在立柱内, 主轴箱与配重块通过立柱上面的链轮相互保持平衡。在镗削时, 主轴箱将切削力传递到立柱滑轨上, 从而使立柱承受由滑轨传递来的轴向力、切向力、力矩和扭矩载荷的综合作用。这就造成立柱不但产生弯曲与扭转变形, 而且有时候还会导致立柱的截面形状产生畸变, 从而导致加工精度降低。镗床整体布局示意图如图1所示。
若采用单壁立柱焊接结构, 焊接过程中产生的变形不易控制, 焊接应力大, 难以保证立柱的整体刚度、导轨的强度和加工精度。相对于单壁立柱结构, 整体双壁立柱结构可提高抗弯刚度37%, 抗扭刚度47%。因此, 采用整体双壁立柱结构, 如图2 (a) 所示。
立柱外壁前板不但要承受来自主轴箱与配重重力方向的载荷, 而且其表面要进行滑轨支撑板焊接, 产生的焊接应力使其表面受力复杂, 故应增立柱大前壁壁厚。合理的配置内外壁之间筋板的结构十分重要, 采用米字形加强筋性能优良, 可以有效的提高抗弯和抗扭的综合性能。为避免焊缝交叉、降低焊接难度, 在米字形加强筋交点处采用圆管段作交汇点如图2 (b) 所示。立柱四角采用无缝钢管, 自然形成圆角, 可加强立柱的刚性、避免应力集中。滑轨支撑板结构如图2 (a) 所示, 60°斜角既可以有效的提高支撑板强度, 又可保证后序导轨焊接加工的顺利进行。当进行镗削加工时, 主轴与方滑枕伸出主轴箱 (Z轴运动) , 在切削力的作用下, 立柱重心向Z轴方向与X轴方向进行偏移, 故加大立柱底板在Z轴与X轴方向面积, 保证加工过程中的稳定性。同时, 为提高底板抗弯强度, 在底板与立柱相交出焊接加强筋。立柱总体结果图如图2所示。
1.外壁2.内壁3.无缝钢管4.底板5.滑轨支撑板6.立柱前壁7.筋板
2 立柱的焊接工艺
机床立柱的焊接质量直接影响立柱的刚度与后期加工的加工余量, 错误的焊接工艺将导致立柱焊后变形过大, 甚至形成废件, 造成不必要的浪费。整体双壁立柱结构复杂, 焊接困难, 因此合理选择正确的焊接工艺方法至关重要。立柱焊接所用材料为焊接性能良好的Q235钢板, 采用由内向外的焊接方式, 即先焊内壁, 再焊中间的加强筋, 最后焊外壁。焊缝施焊顺序应遵循如下原则:1) 为保证焊缝能较自由收缩, 应先焊收缩量大的焊缝;先焊错开的短焊缝, 后焊直道长焊缝。2) 为使内应力合理分布, 应先焊工作时受力较大的焊缝。3) 对称焊缝, 应采用对称施焊方式。
2.1 内壁的焊接
内壁的焊接工艺必须以保证内壁四边的垂直度为基础, 它的成形质量将直接影响后期焊接变形。内壁相邻两板间开55°坡口, 搭接方式如图3所示。先采用间距为100mm的点焊方式进行焊接。当四壁点焊成形后, 用角尺对内壁四角进行测量调整, 保证内壁四边的垂直度满足要求。为减少后期焊接工艺中因焊接变形导致的内壁四边垂直度发生改变, 应在内壁内每间隔1m的距离用无缝钢管焊接一个临时支架, 最后对内壁四条坡口采用牌号为J422 (型号E4303) 的焊条进行双面焊接。焊接长焊缝时, 为了减少焊接变形, 应采用逆向分段焊法, 即把整个长焊缝分为长度为150~200mm的小段, 分段进行焊接, 每段都朝着与总方向相反的方向施焊, 先外后内, 焊完一面马上翻转工件90°焊接第二面。焊接完成后去掉临时支架。
2.2 加强筋的焊接
筋板位于内外壁之间, 它们之间产生的阻尼又能有效的提高结构的抗振性。对筋板进行倒角, 使筋板与内壁板行程的角焊缝既不连续, 又不形成直接交叉, 从而有效地避免了应力集中, 筋板焊接型式如图4所示。采用混合气体 (85%氩气, 15%二氧化碳) 保护焊进行角焊缝双面焊接, 角焊缝的高度不低于4mm。施焊时先将筋板按要求焊接成米字形结构, 再将其整体焊接到已焊好的内壁上。
2.3 外壁的焊接
外壁与筋板的焊接采用塞焊形式, 即对外壁开孔, 然后在孔中焊接筋板与外壁, 最后填满孔形。因焊接好的米字形筋板高低不平, 所以在外壁焊接前必须对其进行机械加工。加工平整后, 沿米字形筋板尺寸在外板上打孔。为保证筋板边缘的充分焊接、减少应力集中, 塞焊孔直径应大于筋板厚度4mm~6mm, 塞焊孔孔距为70mm~80mm。米字形筋节点相连处不焊接, 避免焊缝交叉, 利于吸振, 塞焊孔形式如图5所示。在焊接塞焊孔时, 要间隔焊, 避免变形量过大。外壁塞焊完成后, 四角采用无缝管进行搭接焊。因外壁与内壁间距狭窄, 无法进行双面焊接, 为保证焊缝焊透, 应采用钨极氩弧焊打底, 然后再用牌号为J 422的焊条进行焊接, 焊接形式如图6所示。滑轨支撑板最后焊接到立柱前壁上, 为保证焊接质量和定位准确坡口处留2mm~3mm钝角。焊缝采用氩弧焊打底, 然后采用混合气体保护焊进行焊接, 焊缝的焊接顺序为abcd。滑轨支撑座坡焊接形式与口大小如图7所示。
焊接完成后, 对焊缝进行打磨和修整, 以保证立柱外形美观、焊缝平整光滑。为改善和减小结构的残余应力分布, 在工艺上采取两次时效的方法, 即焊后消应力时效处理和粗加工后二次时效处理, 效果理想。
3 结论
立柱是镗床机械结构中重要的部件之一, 其结构性能的好坏直接影响到机床的加工精度和稳定性。论文在对镗床焊接立柱的结构及焊接工艺进行分析的基础上, 采用了整体双壁立柱结构, 通过合理配置加强筋板、选择合适的焊接工艺, 保证了镗床立柱的总体刚度和焊接质量, 并顺利通过了机械加工。通过实际应用, 该焊接立柱结构镗床的加工精度能够满足生产要求。
摘要：在分析现有焊接立柱结构特点的基础上, 根据相应的设计原则与使用要求, 对其结构进行了改进与优化, 并详细阐述了焊接立柱各组件的设计依据。同时, 通过合理选择立柱的焊接工艺方法及施焊顺序, 顺利通过了机械加工, 保证了立柱的焊接质量。
关键词：镗床,焊接立柱,结构设计,焊接工艺
参考文献
[1]沈阳钻镗床研究所.焊接立柱的设计与制造[J].机床, 1981.
[2]史光远.焊接结构设计与制造[M].郑州:黄河水利出版社, 2006.
[3]曾子平, 陈家骥.机床立柱筋板布置对静刚度的影响[J].天津大学学报, 1981.
[4]陈祥坤, 杨宪锋, 隋建兴, 姜明茂.TH6916A立柱焊接结构的改进及工艺保证措施[J].机械工人 (热加工) , 2003.
焊接结构 篇2
铁道机车车辆焊接结构焊接成型过程数值分析
针对目前焊接成型过程数值分析状况,文章介绍了焊接成型数值分析理论方法,对焊接温度场分析存在的.问题及焊接残余应力和变形的影响因素与产生机理进行详细阐述,分析总结焊接成型数值分析过程存在的难点.针对这些难点,概述近年来新技术方法的应用情况及焊接成型数值分析的软件工具,提出今后的焊接成型数值分析的发展方向.
作 者：米彩盈 肖冯 徐传来 MI Cai-ying XIAO Feng XU Chuan-lai 作者单位：西南交通大学机械工程学院,四川,成都,610031 刊 名：电力机车与城轨车辆 英文刊名：ELECTRIC LOCOMOTIVES & MASS TRANSIT VEHICLES 年，卷(期)： 33(1) 分类号：U270.1 关键词：焊接成型 有限元 焊接温度场 焊接残余应力 焊接变形钢结构施工中机械焊接 篇3
关键词：机械焊接；控制措施；安全隐患
目前，钢结构焊接技术在我国的发展尚处于探索阶段，与西方发达国家还存在一定的差距。最早在焊机的设计上往往功能单一、结构简单，只能完成最基本的焊接与切割工作，对焊接工作的多样化考虑不足，即便是后来的焊接机器人的诞生，其灵活性也颇受局限，经常在实际操作当中发生错误。此外，在对外引进的焊机当中，除了高昂的价格以外，国外对我国出口的焊机技术上也相对粗糙，没有达到当时国际的先进水平。
1.机械焊接技术
机械、石化、冶金、造船、航空航天的建设都离不开焊接，而机械焊接技术种类繁多，工艺复杂，如何在生产实践中做好质量控制成为当前最主要的课题。机械焊接技术分类焊接工艺种类繁多，按焊接过程的特点不同可分为：气保焊压力焊手工电弧焊和钎焊三大类：第一种，气体保护焊：简称气保焊，其焊接保护是依靠从喷嘴里连续喷出的气体将四周空气隔开，机械地保护电弧和焊接区域以完成焊接的焊接方式气体保护焊的保护气体主要有氮气和氢气以及二者的混合气体；第二种，压力焊：主要有电阻焊摩擦焊扩散焊旋转电弧焊和超声波焊等几种，其中以电阻焊最为常用。第三种：钎焊，它是将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的一种方法；第四种：手工电弧焊，用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称为手工电弧焊，简称手弧焊，就是我们通常所说的电焊。
2.焊接技术的质量控制
焊接的质量问题至关重要，因为焊接技术关系到整个钢结构的安全性和稳定性，尤其是大型的钢结构中，焊接技术的质量要求更为严格。要保证焊接技术的质量，就要重点关注焊接接头处的焊接质量，因为接头处关系着两部分之间的联系，尤其是两种不同材料之间的焊接，实质上相当于两种不同金属材料重新融合的过程。焊接接头处是影响焊接质量的主要部位，因此在焊接时应该重点加强对接头处的质量控制，保证技术的规范性，采取一定的措施加强对焊接效果的检测，及时消除质量隐患，能够有效地提高焊接质量，保证钢构件的安全性。在焊接时，要保证技术操作的规范性，获得良好的焊接效果，要重点做好焊道的尺寸、强度、外观、漏水试验要求和焊接变形等工作。焊接技术工人在进行焊接工作时，一定要熟悉焊接要求，根据焊接图谱进行焊接，要保证程序化的操作焊接技术，在焊接开始时，首先要检查焊接材料以及焊接接头处的材料表面情况，保证材料的光滑清洁卫生，以免影响焊接效果。在焊接时要遵照工艺图开展工作，同时要注意焊接后的材料的实用性，保证焊接处的圆滑过渡以及适当的余高，留下改进空间，保证不影响材料的使用。按规定，焊缝的余高应该在0.5～3.5mm之间。同时焊接完成后要进行质量检修，及时地处理不合格的构件，同时要限制返修的次数，因为反复焊接会影响焊接处金属的物理质量，影响材料性能的稳定性。
3.焊接技术新工艺的发展
随着现代焊接工艺的发展和建筑钢结构新的技术要求，未来的焊接技术主要的发展趋势可以从两个方面进行具体分析：一是新技术的研发方面，主要是为了提高焊接的质量，扩大焊接技术的范围；二是要创新焊接工作的技术设备，将计算机人工智能技术引进焊接领域，提高焊接现代化水平。
3.1 研发新的焊接反变形技术
实际生活中，由于焊接技术的限制和钢构件的使用环境所致，经常会出现焊接处变形的情况。这种情况限制了领域内技术的发展和业务的扩大。从实际情况来看，变形主要分为纵向、横向收缩变形、弯曲变形、角变形和波浪变形等，因此有必要研发焊接反变形技术。实际应用中主要是通过完善焊接工作各个环节以提高焊接质量的方法避免变形的程度。而对于新的反变形技术，虽然也有研究，但是成果并不丰富。目前反变形技术的一个创新是利用残余角变形的方法，主要的技术规范是在焊接开始前对焊接材料进行技术处理，施加弹性的反向变形，利用热弹塑性有限元法来模拟结构的焊接过程，确定焊接结构的弹性反变形规律：焊接前施加弹性反变形的结构在焊接后角变形趋于零，效果十分理想。
3.2低温焊接
焊接钢构件有时候也会出现断裂的问题，主要是由于低温造成的，尤其是当钢构件中存在缺口的时候，断裂发生的概率更大。科学研究焊结构件断裂的原因，结果表明低温焊接能够有效地减少断裂事件的发生。因为低温焊接比较重视焊接时对焊件的预热，并根据周围的环境温度进行调节预热与后热。同时也可以通过调整焊缝金属的微合金化的程度，同焊接规范相配合，使焊缝金属产生针状铁素体而获得理想的焊缝强韧性，从而取得焊接工艺评定试验的成功，确保工程实体质量。焊接工艺参数设定：冷却条件的改变影响相变，热影响区的组织取决于钢材的化学成分和焊接的冷却条件，同时也影响扩散氢的逸出和焊接应力的改变。焊接热影响区的冷裂纹大多数在马氏体内部产生，焊接区冷却速度过大易产生马氏体组织。焊缝所处的工况完全不同，焊缝中心产生偏析，低温焊接防治冷裂纹的同时，还须防范由于结构拘束度大，照搬工艺试验的结果很可能适得其反，甚至造成严重后果。电加热可以使预热区域受热均匀，有效防止局部受热造成接头附加应力；升温速度均匀、可控，防止造成母材过热等现象，可达到母材充分均匀预热。由于液-固态氢溶解度不同，在结晶温度下液态溶氢量是固态时的4倍以上，溶氢较多的半溶化晶界起了“通道”作用，氢很容易沿着该通道从焊缝——熔合区——热影响区扩散。在低温施工中，控制AV≥0.6的前提下，采用控制不同焊接位置的AV，实现大电流，防止淬硬组织的产生。
参考文献：
[1]潘海珍.焊接缺陷产生的原因预防检验[J].科技创新与应用，2012
汽车地板焊接结构优化 篇4
汽车车体结构设计是一项十分复杂的工程, 往往需要经过反复试验、验证和确认, 才能保证符合产品设计的最终目标。焊装工艺作为车体制造工艺过程中关键的一环, 在车身试制阶段需要结合自身的产品知识以及现有的工艺实际情况, 在产品导入初期对结构提出改进方案。
车身地板通常由前总成、前地板、后地板、后尾梁等部件构成, 各自结构的设计是否合理对焊接质量有直接的影响, 从而会产生整车的安全隐患, 因此如何在焊装工艺过程中对部件的结构进行分析和改进, 变得十分重要。
本文以东风本田汽车有限公司某车型的导入为背景, 通过若干典型的结构改进实例, 结合自身工作经验, 总结出了解析该类似问题的方法和思路。
焊接打点结构改进
地板的门槛件是与前地板面板焊接在一起, 此两种零件的搭接结构设计不存在任何难点, 设计者也往往有着丰富的经验。但是如果没有充分考虑到焊装工艺设备的实际情况, 就会出现打点干涉或打点半点的可能。
在不影响前地板面板与门槛件配合关系的条件下, 将原来不合理的焊接结构 (见图1) 改进为带进枪通道的焊接打点结构, 即将该型面改为凹型面 (见图2) 。这样既保证原有的配合结构不变, 又解决了焊接过程中的打点困难问题。
后地板面板结构改进
后地板面板底部一部件形状为近似“π”型, 在车型导入前期, 常常发生该零件因搬运或取件过程中发生变形, 导致后续工位安装精度差。零件结构如图3所示。
改进前的刚性较差, 改进后刚性明显提升, 检证结果如图4所示。
通过在原结构上新追加一加强版, 使得原“π”型的部件更改为“井”, 刚性明显提升, 新部品在包装运输过程中没有出现之前的刚性不足的问题。改进后的结构如图5所示。
前地板结构改进
前地板与后地板搭接处为后排乘客上下车脚踏位置, 如图6所示。前地板由7种零件构成: (1) 和 (3) 为左右门槛件, (2) 为面板, (4) 为中间加强件, (5) 和 (6) 为前座椅安装支撑件, (7) 为上面加强件。脚踏位置仅仅只有0.65mm的面板支撑, 经过驾驶试验, 在一定车速情况下, 驾驶室可能存在明显的振动异响的问题, 影响驾乘人员的舒适性。经过分析, 原因可能出在前后地板搭接处。
注意到可能发生振动异响这一隐患后, 在搭接处的位置追加新的加强件, 如图7所示。
通过在原有前地板结构基础上新追加了 (8) 和 (9) 两块加强件, 经过驾乘试验确认, 已经消除这种振动异响的隐患, 驾乘人员无法明显感觉到原有异常。
设备实用性问题改进
前地板上的座椅安装件 (5) 和 (6) 在加工时, 为最后安装的部件, 在安装时, 需要使用焊接夹具对其进行加紧定位, 但是部件上的定位基准孔靠近内侧, 如图8所示, 使得夹具结构变得过大, 压臂长度达到450m m以上, 不利于焊接夹具轻便化和安全性, 同时也给焊接作业性带来了困扰。
在保证前地板焊接夹具定位加紧精度的基础上, 通过将前地板上座椅安装件的定位基准孔修改至外侧, 夹具压臂的长度由原来的450m m减短至215m m左右, 如图9所示。焊接夹具的压臂变短, 提高了焊接作业性, 同时也避免了作业过程中可能存在的安全隐患。
结语
车身地板的焊接结构的合理布局在设计阶段一般没有被充分考虑到, 在对焊接设备参数 (焊枪电极杆长度、直径、角度等) 非常熟悉的前提下, 通过优化焊接打点型面的结构, 提高了焊接作业性。
车身部件因刚性不足在包装运输和乘坐时易发生变形, 这种问题在产品开发初期往往不容易被发现, 在试产过程中明确类似的问题, 提出改进措施, 解决了这类问题。
水工金属结构焊接质量的管理 篇5
关键词：焊接技术；质量要求；影响因素
水利水电工程的金属焊接结构是一种开启闭合的安全设备。要保证金属结构焊接的能够安稳持续发展，就要求我们必须保证水工金属结构的高质量设备。
水工金属结构安装焊接质量控制的严格现场办理，主要包括对产品实施检验和测试，严格按照规定要求办理实施相关焊接。产品施焊时，质检员、技术员必须督促焊工严格执行既定纪律，严格按焊接作业指导书要求进行焊接，对于不同等级的焊缝必须有严格要求，要有质检员签字认可方能实行计划。高质量的金属焊接技术是公司乃至一个国家经济效益的根本所在，所以培养专业人才和专业知识是非常重要的任务之一。
1.金属焊接性概念
金属焊接是指铁，钢，铝等金属材料在规定的焊接施行条件下，焊接成规定计划要求的部件，并满足标准和顾客以及达到公司最大效益的根本要求。
1.1金属焊接的内涵
金屬焊接时有时产生的缺陷是不可避免的，因此敏感度的增多也是要克服的难题之一。
1.2金属焊接的使用条件
利用人为因素分析，如物理和化学方法，利用图标制作进行分析，利用各种专业图标进行透彻详细的分析。
1.3焊接的实质
焊接的实质是使两个分离的发热物体通过加热或者被加热，或者两个一起被使用，又或者一方被另一方温度感染，在可以或不可以填补材料的条件下借助于扩散和凝聚作用而形成了一个整体的过程和计划。
1.4焊接的影响
在焊接过程中，焊缝金属从常温被加热到最高温度，然后再慢慢冷却到常温。逐渐形成循环过程。
1.5异种金属
所谓异种金属的焊接性，就是指不同的化学成分所构成的不同金属物体和构件，在计划中的条件下与另一物体发生发热和散热的过程。在规定的焊接条件下焊接成按计划设计要求的构造，并满计划定服役要求的能力，焊接性受材料、焊接方法、构建类型及使用要求四个因素的影响。
1.6金属焊接方法
熔焊是在焊接过程中将焊接接口逐渐加热然后逐渐冷却形成一个温度差而产生的物理和化学现象早就的焊接方法。熔池随着源头不断向前前进，冷却后形成接连现象，焊缝而将两个工件连接成为一个金属构造。压焊是在施加压力的条件下，使两个工件互相作用施加压力从而产生热量形成固态电压的过程。当加热到由液态到固态状态时，在侧面压力作用下连接成为一体，就会有很大的有利之处了。
钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作材料，将工件和钎料加热到一定温度，此温度高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填补空缺形成原子间的契合从而达到嵌入式焊接。
2.水工金属结构焊接质量管理的主要途径和方法
对于水工金属结构焊接质量，具体来讲就是接口要保证使用安全，不能危害人身和财产安全。结构要求符合最基本原则，焊接结构的理性是水工金属又好又快发展的活的灵魂。
2.1焊接缺陷
常见的焊接缺陷：裂纹缺陷，气孔缺陷，夹渣缺陷，未熔合未焊透缺陷，形状缺陷，以及电弧擦伤、严重飞溅、母材表面撕裂、磨凿痕、打磨过量等。
2.2控制焊接工艺条件
焊接时严格要保持平静状态；尽量采用直流短狐焊，反接；铝合金TIG焊时，线能量的选择要特别慎重考虑氢的溶入和排除；铝合金MIG焊时，常采用增大熔池存在时间，以利气泡溢出。
2.3焊接冷裂纹
延迟性裂纹，猝硬软化性裂纹，低塑性脆化裂纹，和其他裂纹。
2.4应力控制
选择合理的接头方式，并使本来就存在的物质逐渐减少；判断合理的焊接顺序，选择合理的焊接标准，适当增加焊接的流动电流，使温度降低快速下降，增温等。
2.5设备管理
为了制造厂的根本利益不受侵害，也为了保证人民人身和财产安全得到极高的保障，厂部的员工和领导必须加大对工作的认真态度和责任意识，必须全面排查安全隐患，必须将不合格的金属焊接质量扼杀子摇篮里，坚守职业道德。需要被调配后得到最高领导的批准和许可，在监控器的监督下实施。焊接设备的使用者必须经过专业操作技术培训，有一定操作证书后后才能被允许操作。应有安全保护罩，线的长度都不能超过规定范围内的长度。必须在使用过程中保证设备的完好无损，不允许过分浪费资源以及具有危险步骤的使用。焊接设备应有完整的保护功能。接地线及手把线都不得搭在易燃、易爆和带有热源的物品上，机床设置和建筑物金属构架或轨道上接地线不接在供气管道，接地电阻不能超过规定电阻，设备外壳要最好可以接到地面。工作结束后，关闭所有电源是所有工作中最重要的一项。施焊现场的危险范围内，不得堆放易燃易爆物体。
2.6焊接设备管理职能
组织焊接设备安排；重新添加焊接设备安装、建账，配置；焊接设备台帐管理各种大小轻重章程。事故记录与处理；焊接设备运行管理和各种报废装备的重新利用和配置；制定关于设备具有严格意义上有优势的规章制度。焊接设备档案管理（合格证、说明书、装箱单）；动力消耗管理、分析、重置；焊接设备统计分析工作。为了确保重大项目的重要施工工序——焊接施工的全过程必须受到监控。即保证焊接后的所有任务达到既定要求，并完美出色。符合项目的质量控制和管理的要求。为规范炼油项目工程的质量管理行为，加强工程质量管理，确保工程质量，实现无重大事故，无重大技术缺陷，无人才失误与工作失误的目标，所以制定本规定办法。
2.7焊接工艺要求
在工程焊接前承包商做必要的焊接工艺评定策划，焊接工艺应满足文件设计和一般标准的要求。当改变焊接方法时，应重新进行焊接工艺评定。焊接工艺指导书都应该按照审核批准的焊接工艺规定报告为依据，施工前应由焊接技术责任人根据焊接工艺规定结果安排焊接工艺教导书，并向参加该项工程焊接的工作人员和有关操作人员进行详细的学术交流，施工中焊工应严格遵守焊接工艺指导书的规定。焊接工艺指导书至少应包括下列内容：焊接前的预热，焊接时的备热，焊接后的散热以及各种部件的散热发热转化；焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接层次、清根要求、间隙及尺寸允许偏差、焊接顺序等焊接工艺参数规定；检验方法及合格标准；其他必要的严格规定。
3.结语
金属焊接的质量不仅仅关乎一个企业的利益发展和生死存亡，更是一个国家长久发展得到广大人民支持的必经途径。随着焊接技术的不断提高，专业人才培养力度的加大，以及对焊接技术的严格要求，我国金属焊接技能已能挑起大梁为我国的科技发展做出应有的贡献。水工金属结构焊接质量直接影响到人身和财产安全，所以必须加大排查力度。高质量的金属焊接技术是公司乃至一个国家经济效益的根本所在，所以培养专业人才和专业知识是非常重要的任务之一。尊重人才和技术。水利金属结构焊接质量直接影响到我国生产业，制造业，甚至是出口商品的名声所在。随着该技术的不断改进和提高，焊接人才不断涌现，而此也为有此才能的人们提供了更多的就业机会和实现自我人生价值的途径。为了制造厂的根本利益不受侵害，也为了保证人民人身和财产安全得到极高保证的保障，厂部的员工和领导必须加大对工作的认真态度和责任意识，必须全面排查安全隐患，必须将不合格的金属焊接质量扼杀子摇篮里，必须以最广大人民利益为指导，坚守职业道德。
参考文献
[1]孔小青.水工金属结构焊接质量的管理[J].中国新技术新产品，2010，23：127.
[2]欧利华.论水工金属结构产品的焊接检验[J].广东科技，2013，16：202+192.
焊接结构 篇6
案例教学是围绕一定教学目的把实际中真实的情景加以典型化处理, 形成供学生思考分析和决断的案例 (通常为书面形式) , 再通过独立研究和相互讨论的方式来提高学生的分析和解决问题的能力的一种方法[1]。
由于《焊接结构》课程具有很强的实践性、应用性, 所以在该课程的课堂教学中有意引入一些生产制造中焊接工程典型案例对于课程的教学会起到良好的作用;将焊接工程应用典型案例引入教学也是《焊接结构》课程性质的要求, 同时也是教学内容与方法的优化和改善。为此, 近些年作者在《焊接结构》的教学中, 在引入焊接工程典型案例进行理论教学方面进行了一些有益的尝试。
一、焊接工程典型案例在《焊接结构》教学中的实践
焊接技术作为材料的一种重要连接方法, 在我国国民经济建设中占有越来越重要的地位。焊接结构是焊接技术应用于工程实际产品的主要表现形式, 也是许多工业部门中应用最为广泛的金属结构[2]。能够用于《焊接结构》教学的焊接工程典型案例不胜枚举, 作者在此仅选择几例典型案例进行叙述。
1.“鸟巢”钢结构工程。
国家体育场“鸟巢”是2008年北京奥运会主场馆, 场馆主体结构为100%全焊异型空间钢结构;“鸟巢”设计用钢4.2万吨, 实际用钢5.3万吨所耗焊材2100吨以上, 为国内之最;设计要求几乎全部焊缝为全熔透一级焊缝, 焊缝的总长超过了31万米, 现场焊缝超过6万米 (不含角焊缝) , 100%超声波探伤, 一次合格率高达99.5%以上, 质量指标之好为全国之最。在进行《焊接结构》绪论部分焊接结构的特点这部分内容的教学时, 作者向学生介绍了以上几组数字以后, 立刻就引起了学生的注意, 表现出极大的兴趣。用具体的数字做佐证取得的教学效果要远优于教材单调枯燥的叙述。“鸟巢”主体结构由桁架柱、平面主桁架、立体桁架和立面次结构组成, 该结构板件间相互约束显著, 焊缝集中, 焊接应力较大。在建造的过程中, 施工技术人员采取了许多行之有效的措施来控制结构的应力。在课堂教学中讲到焊接顺序对应力和变形的影响时, 作者以“鸟巢”主结构焊接顺序为例进行阐述。首先将主结构的结构特点分析清楚, 然后让学生结合理论知识, 探讨该结构的焊接顺序。学生们反映积极踊跃, 纷纷提出自己的方案并进行论证, 如同自己就是该结构的设计者。课堂讨论气氛热烈, 学生兴趣浓厚, 教学效果良好。并针对“鸟巢”焊接时的一些特殊方法如“分段跳焊”、“单杆双焊, 双杆单焊[3]”提问, 让学生从《焊接结构》中探寻这些方法的理论依据。出乎意料的是, 许多学生在课后利用网络和图书馆资源查阅相关文献资料, 通过分析比较, 归纳出了不同焊接方法的优缺点, 学生理解深入、感受深刻。说明这种教学方式使得抽象枯燥的理论知识变得形象生动, 学生在主动思考中掌握了知识, 收到寓教于乐的效果。
2. 船舶制造。
船舶制造的发达程度, 不仅是衡量着一个国家制造业水平的一个标志, 而且具有重要的战略意义。焊接作为一种重要的制造技术在20世纪20年代开始用于造船, 如今已逐渐成为现代船舶建造工程的关键技术。在船体建造中, 焊接工时约占船体建造总工时的30%~40%, 焊接成本约占船体建造总成本的30%~50%[4]。由于船舶甲板特别是上层建筑往往板厚较薄, 结构较多, 局部位置焊接热输入量较大, 焊接应力使薄板容易产生失稳, 因此很容易出现波浪变形[5]。如果船舶甲板及上层建筑焊接变形过大, 将直接影响船舶外观质量。为控制甲板的焊接变形, 采取刚性固定、分段退焊等焊接工艺措施可有效地减小焊接变形。借助这样的工程案例进行教学, 不仅能提高学生理论知识的掌握程度, 还是理论知识同工程实践的一次完美结合, 有助于理论知识向实践的转化。作者将我国“瓦良格”航母改装制造引入课堂, 并以时事热点为背景分析航母以及造船工业对我国国防的战略意义, 立即引起了学生浓厚的兴趣。通过该例不仅讲明白课程知识点, 而且还间接地进行了一次爱国主义教育。
3. 汽车制造。
焊接技术是现代化制造业中一项重要的加工技术, 而汽车制造业是焊接应用最广的行业之一。随着我国家庭生活水平的提高, 汽车变得越来越普及, 以学生日常生活中可见的东西为教学素材阐述某些问题, 可收到事半功倍的效果。如计算接触焊接接头的静载强度时, 主要计算对象是点焊接头, 而点焊是汽车制造中最常用的焊接方法, 所以该方面例子对于学生掌握接触焊接接头静载强度的计算方法帮助甚大。
焊接作为现代机械制造重要手段之一, 应用的领域非常广泛。在一些其他领域焊接也起到了重要作用, 如航空航天、石油、化工、电力等部门。由于文章篇幅所限, 不一一累述。
二、工程典型案例教学的作用
引入焊接工程典型案例对于《焊接结构》课堂教学的教学效果提升具有明显作用, 典型案例教学的具体作用主要体现在以下几方面。
1. 激发学生的学习热情与兴趣。
《焊接结构》课程有些内容比较抽象难以理解, 如焊件内应力的产生、分布及调整措施, 但是该内容又是《焊接结构》课程的教学重点、难点。以往在讲解这部分内容时, 学生的学习兴趣不足、热情不高, 教学目的难以达到。
工程案例教学结合典型的具体实例, 可以使抽象理论融入到具体的工程典型案例中, 可使抽象问题形象化。这样就可以极大地激发学生们的学习热情, 显著提高教学效果。
2. 促进理论知识向实践转化。
《焊接结构》课程具有较强的实践性, 课程特点决定了理论知识向实践转化的重要性。然而, 我国高校学生在这方面的能力往往不足, 理论知识掌握欠扎实以及缺少理论知识向实践转化的情景是制约转化的主要因素。通过在《焊接结构》课堂教学中进行焊接工程典型案例教学不仅可以夯实课程理论知识, 还可以提供理论知识向实践转化的情景与背景, 从根本上促进了这种转化的可能性。这对于培养具有工程实践能力的焊接技术与工程专业人才具有重要现实意义。
3. 培养学生创新精神。
由于利用工程典型案例教学强调学生利用已有理论知识自主分析、解决问题, 寻求解决问题的途径, 案例教学目标的丰富性、教学案例的复杂性、教学过程的互动性、教学方式的启发性[6]等特点都有助于培养学生的创新精神。
三、工程案例选择原则
选择一个好的工程案例对于教学目的的实现和教学效果的提升可起到事半功倍的效果。工程典型案例的选择要遵循以下原则。
1. 真实性。
焊接工程典型案例是焊接技术在工程实践中的具体应用, 因此它应该具有真实性, 工程典型案例必须具有明确的工程应用背景, 切不可由教师主观臆测, 虚构而作。一个真实的工程典型案例具有极强的说服力, 由典型案例说明的问题可信度高, 对教学效果的提升作用也最行之有效。
2. 针对性。
《焊接结构》课堂教学选择的典型案例必须要针对所讲授的理论知识, 典型案例与具体教学目标的切合度将直接影响典型案例教学的效果[7]。典型案例的针对性还体现在授课对象上, 教师可以选取学生较为感兴趣的案例来进行教学, 使教学取得较为理想的效果。
3. 难度适中。
工程典型案例的选择还要考虑学生已有知识构成及认知能力。难度较大的案例会打击学生主动学习的积极性, 而难度较小的案例又不能有效地培养学生分析、解决问题的能力。因此, 选择难易程度适中的典型案例在一定程度上可以保证焊接工程典型案例教学的顺利进行。
四、结语
《焊接结构》是一门基本理论与工程实际紧密结合的课程。课程有些基本理论比较抽象难懂, 这就对师生提出较高的要求。尤其对于学生来说, 由于知识结构的构成及缺乏一定的工程实践能力, 这些理论知识接受起来就比较困难。课堂教学引入一些具有工程背景的典型案例, 不仅可以激发学生的学习兴趣, 还可以使得理论课教学变得生动且容易接受, 有助于学生掌握基本理论知识。把以课堂讲授为主的教育模式与工程实践有机结合起来, 贯穿于课程教学的各个环节中, 有助于提高学生的综合素质。
通过改变教学模式, 引入工程典型案例进行《焊接结构》课程课堂教学不仅使学生学到了基础的理论知识, 又与生产的实际和本学科的前沿动态相结合, 扩大了学生的视野, 能够更深入地理解专业课的内容, 对所学知识起到融会贯通的作用, 为今后更好地学习先进理论和生产实践知识打下坚实的基础。
摘要：针对《焊接结构》课程特点, 在课堂教学中引入某些焊接工程典型案例进行教学, 取得了良好的教学效果。并在教学实践的基础上提出了利用工程案例进行教学的作用及案例选择原则。
关键词：焊接结构,工程案例,实践,选择原则
参考文献
[1]尹立孟, 周进, 姚宗湘, 等.工程案例教学法在焊接专业教学中的应用研究[J].重庆科技学院学报:社会科学版, 2010, (14) :165-166.
[2]方洪渊.焊接结构学[M].北京:机械工业出版社, 2008.
[3]戴为志, 黄明鑫, 芦广平, 等.国家体育场 (鸟巢) 钢结构安装工程焊接技术[J].电焊机, 2008, 38 (4) :51-76.
[4]张守信.我国造船行业焊接技术:沿革与流变[J].现代金属加工, 2005, (5) :58.
[5]舒先庆, 黄新明, 代国文.钢结构制造中焊接变形的控制方法[J].电焊机, 2007, 37 (6) :127-129.
[6]陈福松.案例教学与创新型人才培养[J].扬州大学学报:高教研究版, 2009, 13 (5) :81-83.
焊接结构设计与应用 篇7
一、焊接结构的应用发展迅速
在机械产品中采用焊接结构能够大幅度地节约资源和能源, 以钢板焊接结构代替铸造结构和锻造结构, 既可减轻机器的重量, 又可提高产品的质量。所以, 就机床制造行业而言, 板材在机床结构材料中的比重已经成为衡量一个国家机床制造技术水平的标志。我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究, 20多年来已取得长足的进步, 焊接结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用, 以焊代铸、以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。以锻压机床为例, 公称压力在800 t以下的机床床身、齿轮等主要结构中, 以前多为铸造结构。进入上世纪90年代, 我国各主要机床制造厂都相继扩建了金属结构制造车间, 大力推广应用焊接结构, 焊接钢材的用量已占锻压机床总质量70%以上。此外在金属切削机床的床身、工作台等部件上也开始应用焊接结构。
在冶金机械、工程机械和发电设备制造业中, 以焊接结构代替铸、锻结构的趋势也十分明显, 如大型转炉托圈及耳轴、汽轮机壳及转子以及各种大型齿轮、铲刀等都不同程度地采用了焊接结构, 不但节省了大量的钢材, 同时也缩短了制造周期。
在水电设备制造方面, 除蜗壳采用焊接结构外, 目前已在水轮机转轮、座环及发电机定子机座和转子支架等大型部件上采用焊接结构。由于运输尺寸限制, 对于座环机座、转子支架等大型环形部件采用分瓣结构, 过去多是在工地靠螺栓法兰连成整体, 现在逐步推广用焊接的方法在工地进行合缝面的连接。这不仅可免除繁杂的分瓣法兰和螺栓的加工, 降低制造成本, 而且不必进行焊后的消除应力热处理, 加工精度也达到了设计要求。焊接结构的广泛应用, 将大大降低我国的铁钢比, 从而在提高资源和能源的利用率上发挥重要的作用, 对促进国民经济的发展具有重要的战略意义。
二、焊接结构的大型化推动高效率焊接技术的长足进步
焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中是主要的生产工艺手段之一。从造船工业来看, 为了缩短造船周期, 提高船舶质量, 降低产品成本, 自“十五”期间开始进行高效焊接技术的探索以来, 至今已取得令人欣喜的成绩。通过重点推广CO2气保焊、重力焊、下行焊、气电垂直自动焊、窄间隙焊和各种衬垫单面焊双面成型等高效焊接技术, 大大提高了船舶制造的焊接机械化、自动化程度, 摆脱了手工电弧焊与埋弧焊一统天下的落后局面, 目前已有20多种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。其中CO2气保护垂直自动焊已实现了焊材和装备国产化, 其焊接效率可达常规手工电弧焊的7～8倍, 大大提高了生产效率。其次, 从电力、炼油、化工和石油化工工业的情况来看, 由于装置日趋大型化, 工程建设中也同样提出了尽快采用自动焊和半自动焊的迫切要求。近年来, 我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中, 已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺, 如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功, 它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。在锅炉和化工设备等压力容器制造过程中, 工件壁厚已高达200 mm～250 mm, 材料品种也日益复杂, 各种焊接新工艺、新装备如窄间隙埋弧自动焊、双头自行式门架焊机及焊缝跟踪系统等正被广泛应用。
在汽轮机制造业中, MAG焊已成为最被广泛应用的焊接方法。据统计, 该方法的熔敷金属量已占总量的65%～75%, 其中约90%是半自动焊, 并已开始使用药芯焊丝进行焊接。水电设备焊接技术也随着机组的大型化而不断发展, 电渣焊已由用于简单的厚板零件的拼焊发展到焊接较复杂的铸钢和锻钢结构件。除此之外, 水轮机转轮的异种钢焊接、水轮机蜗壳的调质高强钢焊接等焊接新技术在解决水电设备大型化过程中出现的制造技术问题发挥了极其重要的作用, 大大推动了水电设备大型化的进程。
另外, 在高效焊接技术的推动下, 我国焊接辅助机械的生产也有很大发展, 各种通用焊件变位机械、焊机变位机械、焊工变位机械已由过去的谁使用、谁设计制造的阶段迈进到专业化厂家生产阶段。我国已对大量使用的焊接变位机、焊接滚轮架制订了行业标准, 国内已制造出可承载500 t的焊接变位机和400 t的焊接滚轮架, 供带极电渣堆焊、窄间隙埋弧焊使用的防轴窜焊接滚轮架也已研制成功并应用于生产。配合精密焊接和弧焊机器人用的国产焊件变位机械已在秦皇岛轿车门厂、南汽IVECO分厂、山东推土机厂、嘉陵摩托车厂等工厂中成为焊接机器人柔性加工单元的重要组成部分。
三、焊接结构制造精度和自动化取得新进展
在机械产品制造中采用焊接结构的一个重要技术课题是控制焊接件的焊接变形以提高产品制造精度, 使焊件的焊后加工量减至最少或不经加工即可用于精度要求高的机械产品之中。这在薄壁焊接结构和精密机械产品的焊接结构生产中显得更为重要和突出。为此, 除了努力提高与焊接密切相关的切割下料以及热处理等制造工序的质量水平之外, 研究并应用精密化焊接结构制造工艺成为焊接界的重要任务。在这方面, 经过“八五”期间的努力, 已经取得十分可喜的进展。例如, 为了适应国防现代化的需要, 我国航空工业中各种适应焊接结构精密化生产的先进焊接技术的开发应用和先进焊接结构的生产制造已有很大进展, 氩弧焊、电子束焊、摩擦焊、扩散焊在我国航空生产厂和研究部门都得到日益成熟的应用, 已生产出一些发动机的重要件和关键件。
在汽车制造工业方面, 随着我国汽车产量的不断增加, 20世纪90年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备, 并在车身、转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺, 提高了焊接效率和产品质量。其中我国一汽、二汽、南汽等多家汽车制造企业都引进了以点焊机器人为主的焊接生产线, 每条线上装备的点焊机器人少则七八台, 多则十几台, 实现了驾驶室、车身等薄板冲焊结构的自动化点焊作业。
除此之外, 为了提高产品精度和生产率, 还研制了一批高效自动化专用焊接机械, 如集装箱波纹板自动拼焊机、气垫运输机气箱自动成型组焊装置、小型制冷压缩机罐体专用焊机、焊接H型钢生产线专用设备等。
焊接结构 篇8
1 不同焊接方法的特点
1) 焊条电弧焊:是应用最广泛的连接金属的焊接方法, 其主要原因是它的灵活性, 凡是焊条能达到的任何位置的接头, 均可采用手工电弧焊方法连接;由于焊接过程由焊工控制, 可以根据观察适时调整, 故对焊接接头的装配尺寸要求相对降低;可焊金属材料广, 但熔敷效率低;手工焊焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技能及现场发挥, 甚至焊工施焊过程中的精神状态也会影响焊缝质量。
2) CO2气保焊:相比手工电弧焊, CO2焊焊接成本低、生产效率高、焊后变形较小;应用范围广, 可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等;焊缝抗裂性能高, 焊缝低氢且com含氮量也较少;抗锈能力强, CO2焊对焊件上的铁锈、油污及水分等, 不像其他焊接方法那样敏感, 具有较好的抗气孔能力;操作性好, 具有手弧焊那样的灵活性。但是CO2气体保护焊也有一些缺点, 在电弧空间里, CO2气体氧化作用强, 要使用含有较多脱氧元素的焊丝来实现焊接熔池的脱氧;不论采用什么措施, 飞溅仍比手弧焊大得多。
3) MAG焊 (Ar80%+CO220%) :显著提高电弧稳定性, 熔滴细化, 过渡频率增加, 飞溅大大减少 (飞溅率为1%～3%, 采用射流过渡时几乎无飞溅) , 焊缝成形美观。此外, 采用混合气体保护还可以改善熔深形状, 未焊透和裂纹等缺陷大大减少, 并能提高焊缝金属的力学性能, 减少焊后清理工作量, 节能降耗, 改善操作环境。MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接, 能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头, 具有良好的适应性和可操作性。
2 对接接头的特点及分析
对接接头的设计主要包括接头的坡口形式选择、坡口尺寸 (坡口角度、坡口面度、钝边、根部间隙) 的确定等内容。我们认为CO2焊、MAG焊对接接头应具有以下特点:CO2焊、MAG焊不开坡口的最大厚度可由焊条电弧焊的6mm提高到12mm;开坡口接头的坡口角度可由焊条电弧焊一般的60°减少到30°左右, 钝边高度可比焊条电弧焊增加1.5～2.5mm, 根部间隙可减少1～2mm, 这是因为CO2焊、MAG焊较焊条电弧焊有以下几个方面的优势。
1) CO2焊、MAG焊采用混合气体保护, 热量集中, 受热面积明显比焊条电弧焊少, 所以熔化极气保焊热量利用率高, 有效功率系数大, 焊接熔深显著增加。
2) CO2焊、MAG焊电流密度大, MAG焊采用φ1.0焊丝短路过渡时, 焊接电流一般为160～220A, 电流密度为204～280A/mm2;采用φ1.6焊丝射流过渡时, 焊接电流一般为300～370A, 其电流密度为149～184A/mm2;而采用焊条电弧焊时, φ4焊条的焊接电流一般为160～220A, 其电流密度只有13～18A/mm2, 远小于MAG焊。所以, 熔化极气保焊电流密度大, 电弧穿透力强, 熔深大, 单道焊缝厚度大。
3) CO2焊、MAG焊采用的是纯CO2气体或者Ar+CO2混合气体保护的焊接方法, 不必象焊条电弧焊那样需考虑焊条药皮熔渣的上浮而设计较大的坡口角度 (坡口面角度) , 此外, 焊丝直径较细, 焊丝容易深入坡口底部, 在间隙较小时, 有利于根部焊透。按照上述原则设计的焊接接头, 一方面可以减少焊丝的填充量, 节省因坡口加工产生的母材消耗, 节省了气体的消耗量和电能, 降低了成本, 提高了劳动生产率。另一方面可以减少焊接热影响区的宽度, 减少焊接应力与变形, 提高焊接质量。
3 角焊缝焊脚的特点及分析
1) 有人常错误地认为焊脚越大, 接头的承载能力越高, 故设计时, 常选用较大的焊脚。但经实验证明, 大尺寸焊脚的角焊缝单位面积的承载能力并不大, 反而较低。由于焊脚过大, 接头受热较严重, 因此, 焊接应力与焊接变形大。此外焊脚过大, 填充材料用量增加, 焊接时间增长, 焊接成本也较高。
2) CO2焊、MAG焊可采用较焊条电弧焊较小的焊脚我们知道, 工程上为了安全可靠和计算简便常假定角焊缝都是在切应力作用下破坏的, 一律按切应力计算其强度, 并假定危险断面是在角焊缝截面的最小高度处, 该最小高度为该断面的计算厚度, 并忽略焊缝余高和少量熔深的影响。对于焊条电弧焊由于熔深较浅, 可忽略其影响, 如图1所示其计算厚度为:a条=0.707K条;对于CO2焊、MAG焊, 由于熔深较大, 故必须考虑其影响。根据《焊接手册》, 如图2所示, 其计算厚度为:
当K气≤8, a气=K气
当K气>8,
a气= (K气+P) cos45°
=0.707 (K气+3) (取P=3)
由于角焊缝的切应力与焊缝的长度、所受外力及断面计算厚度有关, 在焊缝长度和外力相同的情况下, 要使两种焊接方法角焊缝强度相等, 即切应力相等, 则两者的断面计算厚度就应相等, 即a条=a气, 经简化可得到如下公式:
当K小于或等于8, K气=0.707K条
当K>8, K气=K条-3
由此可见, 在保证接头强度相等的情况下, 当焊脚较大时 (K>8) , 采用CO2焊、MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊小3mm;当焊脚较小时 (K≤8) , 采用MAG焊的焊脚仅为焊条电弧焊的0.707倍。
4 焊接对比试验
1) 对接接头力学性能试验参照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》进行, 目的是对坡口角度较小、钝边较大、间隙较小的CO2焊、MAG焊焊接接头与焊条电弧焊焊接接头的力学性能进行对比分析。
试验材料母材Q345 (16MnR) , 规格300×125×10, 焊条电弧焊开60°V形坡口, 钝边3mm, 间隙1mm;CO2焊、MAG焊开30°V形坡口, 钝边3mm, 间隙1mm。
焊条电弧焊焊条E5015, φ3.2、φ4, 单面焊双面成形;CO2焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气CO2, 单面焊双面成形;MAG焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气80%Ar+20%CO2, 单面焊双面成形。
检验项目外观检查, X射线探伤, 焊接接头力学性能试验 (拉伸试验和弯曲试验) 。
试验结果外观检查合格;X射线探伤底片均为I级;焊条电弧焊抗拉强度为526MPa和534MPa;CO2焊抗拉强度为567MPa和570MPa;MAG焊抗拉强度为546MPa和552MPa;均大于母材的拉试验度;180°冷弯试验, 三种焊接方法面弯、背弯各2次全部合格。
2) 焊缝厚度的比较
(1) 对接接头焊缝厚度试验:对接接头的焊缝厚度是指焊缝的正面到焊缝背面的距离, 对接接头焊缝厚度试验, 是对不开坡口的对接接头。以下分别采用焊条电弧焊和CO2焊、MAG焊进行焊接来比较它们的断面焊缝厚度。
试验材料母材Q235B, 规格300×125×10, 接头不开坡口, 留1mm间隙。
焊接材料及焊接要求:焊条电弧焊E4304, φ4;CO2焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气CO2;MAG焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气80%Ar+20%CO2;均为单层单道焊。
检验项目外观成形检查, 5个断面宏观金相焊缝厚度检验。
检验结果3个试件外观成形良好, 从5个断面的宏观金相来看, MAG焊焊缝厚度明显大于焊条电弧焊, 平均大3mm左右, 而CO2焊焊缝厚度较MAG焊更大, 这是因为CO2焊比MAG焊的电弧熔深大的缘故。
(2) T形接头角焊缝试验:T形接头角焊缝试验目的是对CO2焊、MAG焊接头断面的熔深与焊条电弧焊接头断面熔深及成形对比分析。
试验材料母材Q235B, 规格300×125×10, 接头不开坡口, 留1mm间隙。
焊接材料及焊接要求焊条电弧焊E4303φ4;CO2焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气CO2;MAG焊焊丝ER50-6φ1.2, 保护气80%Ar+20% CO2, 单道焊。
检验项目外观成形, 5个断面宏观金相熔深检验。
检验结果3个试件焊缝外观成形较好, 根部均焊透。CO2焊、MAG焊的熔深明显大于焊条电弧焊, 其中CO2焊熔深最深, 均呈圆弧状。
5 焊接对比试验分析
从对接接头力学性能试验可知, CO2焊、MAG焊与焊条电弧焊的焊接接头抗拉强度均大于母材的抗拉强度, 焊接接头的冷弯试验全部合格。这说明减少坡口角度, 增加钝边高度, 减少间隙的CO2焊、MAG焊的焊接接头力学性能均高于焊条电弧焊, CO2焊焊缝的抗拉强度较高, 但是MAG焊的综合力学性能更好。从对接接头焊缝厚度试验可知, 不开坡口的CO2焊、MAG焊的焊缝厚度明显大于焊条电弧焊。
从对T形接头角焊缝熔深试验可知, CO2焊、MAG焊的熔深明显大于焊条电弧焊, 且CO2焊、MAG焊焊缝的断面成形也优于焊条电弧焊, 这说明CO2焊、MAG焊可通过减少焊脚大小来获得等强度的焊条电弧焊角焊缝接头。
6 结论
1) 对于开坡口的对接接头, CO2焊、MAG焊坡口角度可由焊条电弧焊的60°减少至30°～35°, 钝边可增大1.5～2.5mm, 根部间隙可减少1～2mm。对于角焊缝, 当焊脚K>8时, 采用CO2焊、MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊减少3mm;当焊脚K≤8时, 采用CO2焊、MAG焊的焊脚可取焊条电弧焊焊脚的0.7倍即可。基于以上原因, CO2焊、MAG焊的焊接成本均远低于焊条电弧焊, MAG焊因为富氩较CO2焊略高, CO2焊的成本是焊条电弧焊的50%左右。
2) 从力学性能试验可知, 接头抗拉强度以CO2焊最高, MAG焊次之, 焊条电弧焊最低, 但都高于母材规定的最小值;究其原因是由于CO2焊焊缝有轻量渗碳作用, 但是MAG焊焊缝的综合力学性能更好, 焊条电弧焊焊缝的各种性能均可以达到母材的要求。
3) 焊条电弧焊使用性最灵活, 适应性最强, 但焊接变形大且难以控制, 生产率低;CO2焊焊接成本低、生产效率高、焊后变形较小, 应用范围广;MAG焊显著提高电弧稳定性, 熔滴细化, 过渡频率增加, 飞溅大大减少, 焊缝成形美观。故我们在要求外观的重要焊缝采用MAG焊, 在工厂制作中往往采用高效低成本的CO2焊, 在野外现场作业一般采用焊条电弧焊。
摘要：通过对焊条电弧焊、CO2气保焊、混合气体保护焊的工艺试验及评定, 证明了熔化极气保焊具有高效质优的优点, 确定了在不同的生产施工条件下合理采用不同的焊接方法以及焊接工艺, 对中铁二十一局集团第二工程有限公司的钢结构工程的生产有着较高的可操作性和实践指导意义。
关键词：钢结构,焊接方法,焊条电弧焊,气保焊
参考文献
[1]姜焕中.电弧焊及电渣焊[M].
[2]周振峰.焊接冶金与金属焊接性[M].
[3]吴林.焊接手册[M].
车身结构焊接性分析与标准 篇9
点焊工艺可行性分析
点焊是车身焊接中最常用工艺方法, 由于其本身工艺特点, 对产品结构、产品定义有一定特殊要求。
点焊焊接时, 用到最多的工具是焊钳, 焊钳尺寸结构会对产品结构有很大影响。焊钳分为X形和C形两类 (见图1) , 常用焊钳的电极杆和电极帽直径有13mm和16mm两种型号, 角度有15°、30°和90°, 手动焊钳电极帽高度有20mm和23mm两种, 自动焊钳的电极帽高度有13mm、18mm、20mm和23mm四种, 电极杆最短为10mm, 电极臂直径最小为30mm, 焊钳气缸缸径为20~45mm。所以设计焊点搭接边、板件R角、焊点位置处的焊钳通道以及周围板件空间, 都要充分考虑这些影响因素。
1.点焊对料边要求
依据经验, 两层板件搭接焊接边通常为12~16mm, 一般>14mm, 侧围门洞焊接边考虑到密封性一般为12~14mm, 料厚较大或有三层板焊接情况下, 搭接边宽度应>17mm, 焊接料厚越大, 搭接宽度越宽。另外, 点焊接头形式分为对接接头 (折边接头) 和搭接接头, 一般尽量采用搭接接头的形式。折边接头对于零件尺寸不易保证, 且安全性能不高。搭接接头属于滑动搭接, 能消除部分误差, 对于尺寸精度有保证且安全性能较高。
2.零件搭接结构
焊接板厚及板厚比要求大于1∶3, 避免中间钣金较短的三层板焊接;多层板搭接过度处焊点易焊接悬空;杜绝四层板焊接;总板厚一般材质小于5mm, 高强钢板小于4mm。与外板匹配的焊接总成件, 要预留出焊点扭曲空间, 否则易造成外板鼓包。
3.点焊位置
减少斜面焊接和外漏焊点, 增加焊点标识。整车外漏焊点很难控制焊点外观质量, 例如毛刺、扭曲、击穿及压痕等缺陷 (见图2) 。
倾斜面焊点焊接时焊钳不易垂直焊接, 容易出现焊点扭曲和毛刺 (见图3) 。
为了有效保障焊点位置, 提高工位保障能力, 建议增加焊点标识 (见图4) 。
4.焊点间距与数量
从焊点间距、焊点分步来分析焊点数量。点焊时, 相邻两焊点的中心距称为焊点间距或简称为点距。焊点间距越小, 焊点数自然增多, 虽然能提高被焊接件的连接强度, 但在能保证连接强度的条件下, 焊点间距应以加大好。这不仅能减少焊点, 提高生产率, 而且也减少点焊时分流, 提高焊接质量。焊点应该合理布局, 因此在设计时必须选一个适当点距。经验值为30~80mm, 但焊点间距与板件厚度和板件层数都有关系, 不同的焊接厚度焊点间距经验值见表1。
另外, 车身紧固处, 有些焊点可以省去, 紧固标准件连接可以代替焊接连接, 如A柱加强板总成与侧围外板在门铰链安装处三层板焊点 (见图5) 。
5.焊接空间
焊接空间直接影响着焊点外观和强度质量, 主要包括焊钳电极通道、板件U形和平行结构和R角焊接。
通过焊钳通道焊接的焊点, 要留足焊钳活动空间, 据经验, 最小开口尺寸为30mm, 深度不要超过40mm, 否则会造成焊接分流, 焊钳不易操作。
板件U形、‖形焊接时, 两板件的间距要留足焊钳的活动量, 至少40mm, 一般采用100~150mm, 否则无法焊接和分流。如果有此种结构, 要采用特殊焊钳, 这样会造成成本浪费以及现场焊钳的维护。
R角大小和直缓直接影响焊接, 根据经验, R角宜直不宜缓, 90°角为宜, R角翻边宜长不宜短, 有效焊接边最少为20mm, 焊钳电极与板件翻边的避让间隙大于2mm。
6.点焊尺寸稳定性
初级焊接总成零件搭接形式及焊接顺序会决定此产品在次级总成中定位和尺寸要求, 甚至会带来整车零件故障, 主要包括自焊接零件结构、两方向焊接结构及零件结构软。自焊接零件指的是零件本身不同部位进行定位焊接, 保证安装面, 但相对尺寸会有一定偏移, 再焊接到其他总成上, 一定会影响安装功能面尺寸。
两方向焊接, 通常是加强件在U形结构中焊接, Z向和Y向均焊接, 为了保证焊接强度, 通常会先焊接Z方向上焊点, 这样再焊接Y向上点时, 就会造成U形本体件Y向尺寸。
零件设计时未考虑焊接定位性, 直接让钣金悬空搭接无法定位, 且焊接空间较狭窄, 这样焊接尺寸反弹较大。
凸焊工艺可行性分析
凸焊主要用来焊接车身上的螺母和螺栓。凸焊使用工具就是凸焊焊机的凸焊电极, 分为上下电极。
螺母凸焊下电极直径大小有32mm、35mm、38mm和42mm, 常用为φ32mm;上电极直径有16mm、20mm和27mm, M5, 常用为φ16mm、M6和M8, 常用为φ20mm。所以普通螺母的下电极至少要预留φ32mm的圆平面。保险带安装螺母座上电极与下电极直径相同, 有φ38mm和φ42mm两种。所以对于安全带螺母上下电极需要至少预留φ38mm的圆平面。螺栓凸焊下电极直径大小有φ25mm和φ32mm两种, 上电极大小有φ16mm和φ20mm两种。M5、M6下电极常用深度为30mm, M8下电极常用深度为38mm。为保证焊接可操作性和凸焊尺寸, 凸焊螺母底孔统一定为 (M+1) mm, 凸焊螺栓底孔统一定为 (M+0.5) mm。凸焊预留平面和凸焊孔径经验值见表2。
考虑凸焊空间时, 除了上述说的凸焊面尺寸外, 还有结合焊机的喉深, 通常为400~750mm, 这样就要关注凸焊孔到零件边缘尺寸 (见图6) 。另外, 凸焊零件尺寸要<1.6mm, 质量<10kg, 且要刚性好, 外表面件不建议凸焊, 例如侧围外板。
使用凸焊工艺, 料厚要做分析, 通常对应关系见表3。
(单位:mm)
另外, 部分特殊结构凸焊要尽量避免, 主要包括:深度超过60mm的凹碗结构、宽度小于150mm的U形或平行型结构, 同一零件焊接M5和M6螺母, 同一零件正反面凸焊同一种标准件, 凸焊孔附近设计孔径相近过孔 (见图7, 凸焊应为两边孔, 中间过孔易被凸焊) 或漏液孔, 同一零件多种凸焊种类和型号, 易漏水处使用凸焊螺母 (例如后盖铰链处, 应使用凸焊螺栓, 这样利于密封。上述情况如果在车身上出现, 会给生产工艺带来错漏焊、生产效率低下、操作安全等问题。
CO2焊工艺可行性分析
CO2焊工艺常用在点焊不能实现焊接的部位或结构, 设计时应考虑焊接接头处于刚度较小状态, 避免出现截面突变、余高过大、交叉焊缝等结构, 否则容易引起应力集中结点。
另外, 对一些特殊要求做如下阐述, 主要包括板厚、搭接间隙、焊接位置标识、烧焊附带质量缺陷等。
1) 小于1.0mm板厚减少使用CO2焊接, 极易引起焊接咬边。
2) 零件搭接有间隙、不贴合, 不易焊接。
3) 设计标准焊接标识, 如单钣金开孔、单钣金开豁口 (见图8) 。
4) 如轮罩等封闭腔上方减少CO2焊接, 焊接飞溅会带来外表面鼓包。
5) 隔音较快、密封胶附近不能使用CO2焊接, 焊接热量会让胶着火, 进而丧失功能。
6) 圆柱零件焊接, 应采用段焊, 避免整圈焊接 (见图9) 。
7) 车身总成地板背面减少焊接, 仰焊质量不易控制。
螺柱焊工艺可行性分析
螺柱焊主要用于焊接力矩较小螺柱标准件焊接, 通常用来装整车搭铁、护板、垫等附件。螺柱焊实现主要工具是螺柱焊枪, 其灭弧罩尺寸主要有φ25mm和φ30mm两种, 普通植焊螺柱, 必须保证螺柱焊接处φ25mm以内是平面;搭铁螺栓, 要保证螺柱焊接处φ30mm以内是平面。
另外, 焊接面还有一些特殊要求, 主要是不能出现折叠、断裂、变形、凸凹、焊点、毛刺及悬空等情况 (见图10) 。
结合生产防错, 在同一零件上或同一焊接工序内螺柱焊焊柱直径、样式尽可能统一, 在不能统一样式情况下, 尽可能统一直径。
上述车身结构参数是在长时间总结以及取得标准化成果后, 跨部门的SE同步小组充分对接和研究的结果。合理可靠的车身结构, 会给工艺带来很多便利, 同时能保证车身质量和整车性能。
焊接结构生产的教学研究与探索 篇10
关键词：焊接结构；教学模式；教学内容；教学方法
【分类号】TG457-4
随着焊接技术的发展和进步，焊接结构在航空航天、石油化工、起重运输、船舶桥梁、核动力设备、机械制造等工业部门应用越来越广泛，焊接结构具有减轻质量、提高结构的整体性的优势，现代金属结构正在不断扩大焊接结构的应用范围。焊接结构生产是高职院校焊接技术及自动化专业一门实践性较强的综合性、应用性的专业课程。在教学中，按照项目引导、任务驱动的主导思想做好该课程的改革与创新，使学生在学校打下扎实的焊接结构生产基本理论知识，达到焊接结构生产企业对学生知识和技能的要求，并获得焊接中级工证书。
1.焊接结构教学内容改革
焊接结构是焊接技术应用于工程实践的载体。随着科学技术的不断发展，焊接结构的教学内容也必须与时俱进，不断更新其教学内容。焊接结构生产课程应以能力培养为目标，以工作内容为依据，以工程实践能力培养设计理论课教学内容，让学生掌握必要的焊接结构理论知识。在我院“校企合作”的办学模式下，以“工学结合”人才培养模式为指导，通过校企合作和企业调研分析确定本专业主要培养从事焊接及相关行业的设计、操作、管理的高端技术技能型专门人才。课程教学内容以实际项目为载体设计学习情景；以高职学生的认知特点（模仿能力强）和职业成长规律为依据序化教学内容；以职业岗位能力为核心确定课程教学目标。以相对稳定的教学内容和课程体系，管理制度和评估方式，实施人才教育过程，岗位需求的教学内容包括以下五个模块：焊接结构基本知识、焊接应力和变形的控制、焊接结构生产工艺加工工艺规程编制和生产组织和管理。教学内容的选择强调理论够用，突出少而精，力争做到易懂，好学。
2.焊接结构教学方法改革
焊接结构生产是一门实践性较强的综合性、应用性的专业课程，不同的行业、企业、产品的生产工艺、技术、方法时多种多样的，仅依靠传统的教学方法学生理解起来有一定难度。教师在教学设计上要灵活运用各种教学方法，重点采用项目教学法、任务驱动法、教学做一体化等突出工学结合的教学方法，注重学生工程能力培养。
（1）项目教学法。以学生为主体行动导向教学。在课程项目的开发上，结合具体产品，基于生产过程组织内容，将必须掌握的核心能力设置在相应的教学项目中，使理论知识和实践技能有机地结合在一起。在教学过程中根据教学内容选取板板对接焊，梁柱的焊接，焊接小车和压力容器作为载体，使项目难度由易到难，由浅入深，符合学生的认知规律。在教学过程中，以学生为主体，充分发挥学生的能动性。
（2）任务驱动法。通过对教材内容的重新整合，用任务将教学内容加以贯穿，使学生在完成任务的过程中自主学习，最大限度地发挥学生的主动性、积极性和创造性，培养学生的信息素养和创新精神，进而提高实践能力，完成教学目标。其主要包括三个环节：
1）布置任务：任务应密切联系要求学生巩固的技能和相关的知识点，任务的设计与实际生产过程挂钩。设计任务要有简单的基本要求，使学生完成任务的步骤不受限制，给学生流出足够的创新空间。
设计任务要注重创设适当的教学情境，引导好学生带着真实的任务进入学习情境。布置任务过程中要注意任务的划分，教师要在学习总体目标的框架上，把总体目标细分成一个具体的项目制作，并把每一个学习模块的内容细化为一个个任务。任务要符合学生特点，遵循由浅入深、由表及里、循序渐进的原则，具体明确，最后设计出综合的项目制作。
2）分析问题：任务驱动过程中，学生应尽可能的独立的完成，教师作为活动的参与者、指导者和帮助者，在布置任务后，应适当的进行巡视并介入到完成任务的过程中给予必要的指导。学生可以进行小组讨论，通过合作解决问题。学生在相互交流意见共同完成任务的同时，要学会了表达自己的见解，也学会聆听他人的意見，相互学习，共同提高。
3）总结交流。教师 是引导者，引导学生及时进行总结、交流、评价反思问题解决的各环节效果，同时给予肯定和补充，并不失时机地提出新问题，为新知识埋下伏笔。
（3）”教学做”合一。教学过程中，将教、学、做三者有机结合，交替进行，实现理论与实践一体化。理论知识为学生的实践打下基础。课堂教学与实践地点一体化，实践教学活动以焊接实训基地上课为主，在教学过程中，以学生小组为团队，专、兼职教师共同指导，学生与教师共同评价教学成果。
3.教学评价
（1）焊接结构教学质量评估体系改革
教学质量评估即是教师获取教学反馈信息、改进教学管理保证教学质量的重要依据，又是学生调整学习策略，改进学习方法提高学习效率和取得良好学习效果的有效手段，改革课程教学质量评估体系，就是要改革专业课程一理论考试定成绩的考核方法，增加对实践能力的考核比例，同时建立起课程教学质量评价和反馈机制。
改变以理论考试定成绩的考核办法，形成多元化考核体系，考核内容包括相关知识掌握情况、学习工作态度、任务完成情况及质量、团队协作能力、工艺纪律执行情况等。考核方式由个体自评、互评和教师评定三部分组成，建立以专业任课教师、企业实践指导教师评价为主，其它评价主体为辅的机制，建立与工作岗位和能力匹配的焊接结构课程试题库。考虑到工作岗位需求，课程的试题库题目以中级焊工考试题库为主，兼顾高级焊工和技师考试题库。
（2）教学效果评价
在明确的任务引导下，通过主动的探究过程不仅积累了知识，而且还提高了思维能力，特别是动手操作技能。而且整个教学过程最大限度地调动了学习积极性，创造了互帮互助，公平竞争的学习氛围。
参考文献
[1]骆敏.“焊接结构生产”课程项目的开发与实施[J].机械职业教育，2013，（1）
[2]冯雷.多媒体与任务驱动式教学法相结合探讨[J].教育技术，2012，（11）
钢结构焊接变形的控制 篇11
焊接是种热加工, 加工过程中就会存在焊接应力和焊接变形, 焊接变形的产生不仅影响了钢结构的外观, 降低装配质量, 增加制造成本, 还会降低焊接接头的性能和降低结构的承载能力, 如果严重的话会导致焊件报废, 还可能在使用过程中造成人身财产安全隐患。因此, 焊接施工前必须对焊接变形不同类型和产生原因进行全面分析, 并采取有力的措施控制焊接变形量, 以确保钢结构工程质量。
1 焊接应力和焊接变形
焊接过程中, 对焊件进行局部不均匀的加热是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。焊接应力和焊接变形既同时存在又相互制约。如果焊接应力减小则焊接变形会增大, 如果焊接应力增大则焊接变形会减小, 一般焊接应力和焊接变形都减小是不可能的。在实际制造过程中, 往往焊后的焊接结构既存在焊接应力, 又产生焊接变形。如果要使焊接应力和焊接变形都减小, 就不得不采取一定的工艺措施, 比如焊后消除应力热处理, 锤击焊缝等可以减少焊接应力, 采取合理的焊接工艺可以减少焊接变形。
2 焊接变形的分类和产生的原因
1) 焊接变形的分类。焊接变形通常指的是焊接残余变形。焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形;根据变形的不同特点则可分为:角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。
2) 焊接变形产生的原因。 (1) 钢结构刚度:刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。例如工字钢截面和纵向桁架变形量, 主要取决于其横截面积的大小, 横截面积大刚度好, 抗变形能力强。 (2) 焊接连接缝的位置和数量:从经济上考虑, 一般会尽量选用尺寸规格小的型钢, 当钢结构刚度不足时, 就应在设计焊接连接缝位置和数量时, 尽量减少焊缝数量, 考虑在结构上对称安排, 使得构件只能产生线性变形;当焊缝为不对称的安排, 则会产生弯曲变形和角变形。 (3) 装配顺序:一般焊件整体刚性比零部件的刚性大, 从增加刚性减小变形的角度考虑, 对于截面对称、焊缝对称的焊件, 采用整体装配焊接, 产生的焊接变形较小。然而有时因为结构复杂, 不能整体装配, 而是边装配边焊接。 (4) 焊接工艺方面:焊接线能量对焊接变形的影响也比较大, 随着焊接线能量的增加, 加热宽带增加, 引起的焊接变形也增大。断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小。焊接变形还与坡口形式有关, 坡口角度越大, 则产生的角变形大。因此, 在焊接施工过程中必须制订合理的焊接工艺措施。
3 钢结构焊接变形防治措施
3.1 焊接节点构造设计
1) 控制焊缝的数量和大小。钢结构焊缝数量多、尺寸大, 焊接时的热输入量也越多, 造成的焊接变形也更大。因此, 在钢结构焊接节点构造设计时, 应设法控制焊缝的数量和大小, 尽可能减少焊接变形。钢结构所使用的工字钢、槽钢、角钢等结构材料尽可能长、尽可能少拼焊以减少焊缝数量。
2) 根据焊接工艺选择适合的焊缝坡口的形状和尺寸。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。板厚14 mm以上的对接焊缝采用X坡口如图1, 采用双面焊, 角焊缝采用对称焊缝如图2。
3) 焊接节点的位置应处于构件截面的对称处, 结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置, 同时应避免在高应力区。
4) 对于节点形式的选择, 应选用的刚性小的节点形式。避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中, 从而减少焊接变形。
3.2 焊接工艺措施
1) 组装和焊接顺序。钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平台上进行。该平台应确保所受的自重压力的程度足够大, 不会出现钢构件失稳和下沉的现象, 以满足构件组装的基本要求。在焊接小型构件时可一次完成, 即在焊接固定好位置后, 用合适的焊接顺序组装完毕。而大型钢结构组装与焊接需要先将小件组焊接完毕, 然后再进行最后的组装和焊接。
2) 预留收缩余量。由于在冷却过程中焊缝会产生收缩反应, 结果减少了工件焊接后的尺寸。在大型构件焊接时常用预留收缩余量的方法。预留收缩余量就是在焊接前特意将构件长度加长一点点, 或者组装时留一些间隙, 防止构件尺寸焊后缩短, 留间隙会增加填充量, 焊接热量加大, 又会另外增加了焊接变形, 所以通常是将构件尺寸放长一点点, 留有收缩量, 焊后便保证了构件的尺寸。
3) 反变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩产生拉应力, 使得构件发生变形, 在大型构件焊接时常用反变形的方法。例如为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形, 可以在焊前用油压机或折边机在相反方向预先压弯盖板;为保证扁钢与工字钢焊后保持垂直, 可先将扁钢向后焊一边倾斜一个小角度 (通常2°左右) , 焊后变形会垂直 (如图3) 。
4) 刚性固定法。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下, 要想使其位置固定是比较困难的。所以, 每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外, 还需要用一些焊接夹具将构件夹紧以使得焊接过程中构件得以固定, 可使结构件的水平度和垂直度得到保证。
4 结语
通过采取适当的焊接节点构造设计措施和焊接工艺技术措施, 可以有效地控制钢结构的焊接变形, 达到确保工程质量和进度的目的。并在实践中不断总结和积累焊接经验, 以提高控制焊接应力和焊接变形的技术水平, 确保钢结构工程质量, 并提高工程施工效率, 为人身财产安全提供可靠的保障。
参考文献
[1]王国凡.钢结构焊接制造[M].北京:化学工业出版社, 2004.