薄板变形

薄板变形（精选7篇）

薄板变形 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.

薄板变形 篇2

1 目前我国钢结构现状

由于国家经济的快速发展, 对于钢材的需求量逐年上涨, 为此国家调整产业技术政策以满足日益见长的钢需求。对于现在钢结构的所建筑的建筑越来越趋向于新颖, 结构越来越繁多, 各种形状的钢结构建筑拔地而起这也促进了钢结构的迅猛发展, 各式各样的钢材随之开发出来, 新型的钢建筑越来越多。焊接作为钢结构的主要连接方法, 由于其自身的专业性难点, 伴随着建筑的行业的发展面临着越来越多的技术挑战, 为此强化焊接技术也显得势在必行了。对于焊接工艺的强化之外, 还需要对焊接工的意识工作要做好, 其实许多的焊接缺陷都不是因为技术的原因而是因为焊接工人消极的工作态度所造成的, 有些抱着差不多的心态, 马虎了事, 这也导致了焊接缺陷众多的原因之一, 所以除了强化焊接工艺之外还要对员工的思想意识进行强化。

2 环卫车辆钢结构焊接的难点

钢结构焊接的难点是影响焊接质量的主要因素, 对于目前的钢结构的主要焊接技术中广泛应用的手法, 手工电弧焊接法对焊接工人自身的要求很高, 这需要丰富的实际焊接经验, 对焊接的工程了如指掌, 这有这样才能做到保证焊接的质量。手工电弧焊接技术的对焊接技术人员的手艺的要求是比较高的, 焊接质量的好坏标志性的参考就是焊接工艺的好坏。那么焊接的好坏是取决于焊接技术人员焊接时的心态以及焊接技术人员的焊接手艺的。我们的焊接技术人员对于焊接时一定要依据相关焊接的流程以及规章制度来进行焊接, 并且在焊接以后要进行焊接点的检测这样才能避免焊接点的不牢固等问题的出现。

2.1 焊接工艺将影响钢板是否变形

在环卫车辆的焊接过程中, 焊接的地点、角度对焊接的难度加大了不少。尤其在钢结构的节点数多, 结构复杂时这工作难度是很大的。另外钢板的厚度, 焊接的密度以及交叉焊接对焊接接头的受力影响颇大, 容易导致焊接接头出现裂痕。还有新型的材料的投入使用使得焊工的实际操作经验不足, 对焊接有着很大影响。还有多种材料的结合使用, 对焊接接头无非是受力造成了损失。现场实际勘测的质量的方式存在片面点, 基本上都是焊工凭借经验判断估计。对实际一些环境因素却又没有考虑到, 例如低温电磁等因素对接头的影响。

2.2 焊接的环境对焊接的影响

一般而言钢铁焊接的环境都是在室外, 所以正常情况的天气对焊接没什么影响但是对于一些极端天气需要注意, 例如大风、雨雪天气等, 对焊接的质量影响较大, 可以暂时停止焊接对于低温天气应该对焊接点进行预热。这些情况或多或少对焊接会有所影响, 所以焊接应当选在一个合适的时机进行。或者在焊接区域搭建防护工具, 例如防护棚等。

2.3 焊接缺陷对钢结构的影响

焊接缺陷对钢结构的影响根据缺陷的实际情况而定, 在一般的状况下, 对钢结构的焊接会造成断裂, 导致焊接点区域的受力性能降低。同时在焊接过程中还会出现气孔, 是焊接处变得脆弱, 气孔出现的原因是在焊接中用于保护的气体发生中断。对焊接的气孔而言, 在焊接内部的气孔远比分布在表面的钢结构要好的多, 密集的气孔比单一分布的气孔钢结构质量要好的多。

2.4 怎么样进行预防变形

对于焊接时因为焊接速度和焊机电流而造成的连续的或者断断续续的咬边状况时, 我们可以在焊接时的后选择适当的焊接电流和焊接速度, 掌握好正确的焊接角度与熟练的运条手法, 使焊条焊接缝侧壁的保持合适的距离。对于焊接工程所生成的气孔我们应该在焊接检查好保护气体的状况, 预防在焊接的过程中焊接气体中断供应。可以在焊接前对焊接构建提前预热。要是使用合格的焊接材料。

对于在焊接过程中出现的焊道层之间的金属未融化的现象, 我们在焊接时应该注意清除干净的熔渣还有掌握好运条技巧, 选择合适的电流。这些现象是焊接中容易出现的现象, 做焊接人员应该要加强注意。

3 结束语

本文分析钢结构焊接工艺时出现的各种状况以及相应的防护措施, 对焊接缺陷的进行了比较科学全面的分析, 加强焊工的焊接技术, 是提高钢结构的焊接质量的关键, 也是提高环卫车辆的质量的核心关键之一。除了提高焊接工艺技术之外, 在合适的时机下焊接也是比较重要的, 环境虽然对焊接的影响不是很大, 但是所有的影响累计起来, 对钢结构的质量还是会造成降低的。在焊接施工的过程中, 注意对焊接点进行质量检测, 检测时必须严格按照国家标准来进行, 只有这样才能保证焊接的质量。对于焊接一定要认真对待。

摘要：对于现在的环卫车辆而言, 钢材在其中的作用是巨大的, 对于环卫车辆的整个构造钢结构是非常重要的, 车辆的环卫箱大多皆是由钢材搭建而起, 整个环卫车辆而言, 钢结构简直是整个车辆的骨架。对于钢结构的焊接一定要进行认真的把关, 千万不要出现钢结构焊接缺陷, 否则会直接影响施工质量以及危及工人的生命安全。钢结构的焊接部位的承受能力以及焊接部位的使用性能状况这些都可能因为焊接的不到位而发生一些变形等情况的发生。所以我们对于焊接时一定要进行检查, 钢板的变形很大一部分完全可能因为焊接的不到位而发生。本文针对钢结构的焊接缺陷的各个方面进行全面分析, 总结钢结构焊接缺陷所出现的原因以及解决措施, 对钢结构焊接过程中的难点做出详细的分析, 对环卫车辆中的钢板的焊接施工人员具有参考意义以及帮助。

关键词：钢结构,焊接缺陷,难点原因,防护措施

参考文献

[1]陈淑惠.焊接方法与设备[J].高等教育出版社, 2009.

[2]姜泽东.埋弧自动焊[J].化学工业出版社, 2010.

[3]李亚江.焊接缺陷与对策[J].化学工业出版社, 2009.

[4]刘天佑.钢铁质量检测[J].冶金工业出版社, 2011.

薄板变形 篇3

由于冲裁变形具有瞬时性、狭小性和复杂性等特征，用传统的塑性力学计算方法和实验方法很难得到成形过程中的精确的应力、应变场，只能从材料力学的角度，从宏观上确定毛坯内部大致的应力区域[1]。国内外研究者们开始大量采用有限元分析技术研究冲裁变形过程[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。在国外，N.Hatanaka等[2,3]对冲裁裂纹的生成条件和扩展过程进行了分析，分析了冲裁工艺参数对冲裁断面质量的影响，获得了与试验一致的结果;F.Faura等使用有限元方法研究了冲裁间隙对冲裁质量的影响，并由此求解出最佳冲裁间隙[4];Ridha Hambli等人[5,6]对冲裁断裂准则进行了深入广泛的试验和分析研究;T.C.Lee等人[7,8,9]研究了精密冲裁变形有限元分析技术，开发了相关的网格重画程序。在国内，赵震、谢晓龙等人[10,11,12]也研究了精密冲裁变形有限元分析技术，用相关的有限元软件研究了精冲过程的变形机理和变形过程，研究了工艺参数对冲裁断面质量的影响;秦泗吉、方刚、虞松等人[13,14,15,16]研究了普通冲裁变形有限元分析技术，利用有限元方法对普通冲裁的工艺参数进行了优化，对冲裁断裂准则进行了比较研究。上述研究面向的大多是常规的普通冲裁和厚板精密冲裁。

迅猛发展的信息、汽车等产业对IT金属制件的需求量非常巨大，这些IT金属制件具有料厚超薄、形状复杂、精度高等特点，通常采用高速精密级进模具通过多次冲裁和其他工序制造，可以说，冲裁工序是其最基本的工序。目前，针对这种生产工艺中的薄板冲裁数值模拟的研究还很少，本论文应用有限元模拟方法对这种薄料精密冲裁过程、冲裁质量、成形机理进行了研究。

2 薄板精密冲裁有限元建模

2.1 几何建模

建立的薄板精密冲裁有限元分析模型如图1所示。薄板厚度为0.3mm，冲裁基本尺寸为0.6mm，以凸模尺寸为基准，取单边冲裁间隙为5%t配做凹模，具体尺寸如表1所示。使用密度窗口局部细化冲裁间隙附近的网格，将凸模、凹模、卸料板视为刚体，不进行网格划分。

2.2 材料模型

模拟所用材料为常见的电子产品材料锡磷青铜QSn6.5-0.1，图2是单向拉伸试验得到的锡磷青铜QSn6.5-0.1的真实应力应变曲线。

3 结果分析

3.1 冲裁过程

图3表示了薄板精密冲裁变形过程中的弹性变形、塑性变形、裂纹初始和扩展、完全分离四个阶段。结果显示变形主要集中在冲裁间隙附近的非常狭小的区域，其他部位的材料几乎不发生变形;弹性变形阶段极其微小，甚至可以忽略;裂纹初始位置非常接近凹模圆角，裂纹扩展角度非常小，裂纹质量较好。

3.2 冲裁断面质量分析

冲裁件的质量可以用冲裁断面质量和尺寸精度来衡量。其中，冲裁断面质量的优劣对后续的工艺和应用具有重要影响，是影响冲裁件质量的最重要和最直接的因素之一。

图4、图5分别是数值模拟和电子显微镜下拍摄的薄板精密冲裁件试样断面，表2是二者结果的对比。试验所采用的冲裁条件与模拟条件一致，两种结果非常接近，毛刺非常小，圆角带、光亮带、断裂带界限分明。

3.3 静水应力分析

冲裁过程的断裂属于韧性断裂，这种断裂是由微小空洞的增长和合并引起的。材料内部存在着由位错堆积、第二相粒子或者其他缺陷等形成的许多空洞，研究表明塑性变形区的静水拉应力的叠加促进了裂纹的发展，并最终导致材料的断裂[17]。因此，就可以根据材料内部的静水拉应力的大小和分布来判断裂纹初始的时刻和位置。

图6a、b分别是凸模行程比为5%和25%时刻材料内部的静水应力场分布图。从图中可以看出，静水应力场集中在冲裁刃口周围，且明显的分成了四个区域：凸模端面、凸模侧面、凹模端面、凹模侧面。其中，凸模端面和凹模端面处于静水压应力场，凸模侧面和凹模侧面主要处于静水拉应力场。

图7是普通冲裁条件下的静水应力等值线图，其分布规律与高速、精密级进冲压中的冲裁相似。但是相比之下，高速、精密级进冲压条件下的冲裁区域静水压应力场的范围和强度都较普通冲裁条件下的大，这主要还是由于压边力增加了压应力成分。静水压应力的增加延迟了裂纹的形成和发展，因此，其冲裁断面质量得到提高。

在薄板的高速精密级进冲裁过程中，为了保持条料的平整和减小各工位之间的变形影响，在压料力不足的情况下，一般还会调节卸料板位置，使其对板料形成0.01mm～0.05mm的强压量，以防止板料的流动。正是这种强压作用增加了薄板冲裁变形的静水压应力区域的范围和程度，延迟了裂纹的发展，这对提高冲裁断面质量非常有利。

4 结论

(1)所建立的薄板精密冲裁变形有限元分析的几何模型和材料模型符合IT制件高速精密级进冲压中的实际情况。

(2)分析结果显示薄板精密冲裁变形主要集中在冲裁间隙附近非常狭小的区域，其他部分的材料几乎不发生变形;弹性变形极其微小，甚至可以忽略，裂纹初始的位置非常接近凹模圆角，裂纹扩展角度非常小，裂纹质量较好。

(3)冲裁断面质量与实际生产中的冲裁断面质量非常接近。

薄板变形 篇4

近年来, 我国的工业生产制造不断发展, 工业技术先进化水平不断提升。在复杂结构件产品的生产领域, 焊接技术以其特有的技术工序简单、技术操作周期短等优势已经发展成为了工业制造的重要技术与手段。但是, 结构件焊接时的变形问题并未得到有效的解决, 尤其是薄板结构件的焊接变形问题严重影响焊接产品的质量。要对焊接产品的变形问题进行有效的控制与矫正需要从焊接产品的变形原因出发, 对焊接变形进行预防, 再制定有效的变形控制与矫正方案。

1焊接变形的种类及其原因分析

薄板结构件的厚度一般不超过4 mm, 在进行薄板结构件焊接时需要采用电弧焊方式。由于结构件的厚度限制, 薄板结构件容易变形, 再加上焊接技术需要迅速加热与冷却, 这种高强度的焊接方式导致薄板极易变形。当前, 薄板结构件的焊接技术仍然存在焊接变形的瓶颈, 在焊接变形处理中主要还是采取预防与矫正的方法。

薄板结构件的焊接主要运用电弧焊技术。电弧焊技术主要是对结构板进行不均匀加热与冷却, 进行有效焊接的同时也增加了薄板变形的几率。造成薄板结构件焊接变形的最根本因素是焊接过程中的冷热极限变形与焊接结构件的自身刚性因素。薄板结构件的焊接变形中的热变形影响因素中包括焊接工艺、焊接参数、断面大小与焊缝数量、薄板材料的热物理性能。焊接变形影响因素中的焊接参数包括焊接电流电弧电压计焊接速度等, 一般而言, 焊接电流及电压与结构件变形度成正比, 而与焊接的速度成反比例, 在焊接时适时参考与变化焊接参数可以有效预防焊接变形。此外, 在薄板的结构件焊接中不同的焊接工艺会有不同的变形度, 焊接工艺中加热集中、电流密度大的焊接工艺能有效进行变形控制, 当前常用的自动手工焊接具有加热集中的特点, 是有效的薄板结构件焊接变形改良方法。薄板结构件的变形还受结构件自身的刚性系数影响, 结构件的刚性系数包括构建的尺寸与形状、焊接程序及胎夹具的应用等, 结构件的焊接变形程度与构件的刚性之间是反比例关系, 结构件的刚性强, 构件的变形程度就小。

薄板结构件的焊接变形按照变形的程度可以分为整体变形与局部变形。其中整体变形是指焊接作业完成后整个结构件的比例与尺寸等参数发生的变形, 包括横向变形、纵向变形、弯曲变形与扭曲变形等, 整体变形较严重。而局部变形则是指结构件局部区域的变形程度, 其中包括波浪变形与角变形等, 局部变形主要是受焊接过程中某些参数及结构件刚性变化的影响造成的。

薄板结构件焊接变形研究已经成为焊接技艺及相关企业的重要研究课题, 在进行结构件焊接变形防控中先了解焊接变形影响因素是十分必要的。

2结构件焊接变形的控制与矫正方法分析

薄板结构件焊接变形的防控需要坚持一定的原则与方法。现阶段, 薄板结构件的焊接变形受各种技术及结构件自身条件等的影响, 结构件焊接变形是无法避免的, 只能对焊接件的变形进行控制与矫正, 而结构件焊接变形的控制与矫正需要从薄板结构件材质与焊接工艺参数进行变形防控。薄板材质及其结构设计方面需要全面增强结构件的刚性系数, 并不断提升结构件的使用性能, 在结构件的结构设计中也要将结构件的材质变形系数的有效降低与结构件的焊接程序简化相结合, 从而形成结构件焊接时焊缝的优化分布, 有效降低结构件焊接变形的可能性。在结构件的焊接变形防控中最关键的是焊接工艺方面的防控。合理、科学的焊接工艺操作可以有效减少焊接变形的产生, 在焊接工艺方面, 进行焊接工艺的防控可以采取的有效措施包括:进行合理的结构件分段, 从而将焊接变形分散化;在焊接前优化结构件的焊缝布置, 使其接近结构件截面的中心轴, 但也要尽量避免焊缝过分集中或交叉布局, 这样能有效避免扭曲变形等严重的整体变形;在焊接时尽量减少焊缝数量, 进行结构件截面的合理选择。

薄板结构件焊接主要是从焊接工艺方面进行变形控制。一般而言, 焊接变形的工艺性控制主要包括4个方面:①在无装配应力强制的情况下装配结构件;②多运用自动焊焊接工艺技术, 形成有效的电流与热力分散;③选择并参照合理的焊接参数, 规范焊接程序, 采用较为科学的焊接技术优先短焊缝的焊接, 并由内向外分段退焊;④对结构件进行刚性固定, 以降低焊接变形的几率。薄板的结构件焊接变形控制要贯穿焊接准备阶段的设计阶段及焊接过程中的技艺操作环节。

3结语

焊接变形是不可避免的, 因此, 焊接工业已经制定了相对完善的矫正措施与制度。现阶段的焊接变形矫正工作主要是进行局部变形的矫正, 对于整体变形则主要是在装配及焊接技艺中进行有效的控制。在变形矫正过程中可以采用机械矫正与火焰矫正法两种方法。塑性较高的薄板结构件焊接变形矫正环节可以采用机械矫正, 并且不会形成结构件的硬化;矫正环节可以采用火焰矫正法, 该矫正方法可以对结构件进行压缩性变形矫正, 不适用于塑性较差的结构件材质焊接。焊接变形矫正是对变形控制措施的补充, 在焊接变形处理中首要的还是焊接变形的预防工作。

摘要：在工业生产与制造领域, 焊接技术是一项对繁杂的结构件进行基础加工的重要技术手段, 该技术应用非常广泛。结构件的焊接状况直接影响到结构件产品的质量, 但是, 现阶段的焊接技术因焊接作业时局部受热不均匀以致在结构件焊接时常出现变形。文章就薄板结构件的焊接变形控制与矫正方法进行了探讨。

关键词：薄板结构件,焊接,变形,控制与矫正

参考文献

[1]陈诚贵, 仝振, 陈彦兵.薄板结构件焊接变形的控制和矫正[J].科技专论, 2012 (15) .

薄板变形 篇5

关键词：薄板钢结构,焊接变形,控制措施,施工管理

0 引言

薄板钢结构构件在钢结构建筑中是常见的结构形式, 可以用作设备辅助平台、厂房参观走廊平台等。薄板钢结构制作过程中, 由于板厚过小, 在下料, 拼接, 制作, 运输过程中极易发生变形, 而最为主要的尤其是焊接变形, 钢结构中焊接应力与变形是焊接作业中无法避免的问题。在薄板钢结构的制作过程中, 如何从下料 (节点设计) 、拼接 (焊接工艺) 和制作 (施工管理) 、运输方面采取必要的管理措施, 加强各环节的质量监控, 最大程度的减小变形, 从而保证薄板钢结构的工程质量。

1 薄板钢结构下料尺寸的控制

下料是钢结构加工制作的源头, 下料的质量控制管理直接关系到后续加工装配制作的质量。在薄板钢结构的下料尺寸制作时, 焊接间隙与排版是主要问题, 因此在下料排版的过程中, 要与下料班组协调沟通, 在合理利用材料的基础上尽量减少拼接焊缝, 合理安排焊缝位置与焊缝间隙。由于薄板板厚偏小, 板材下料气割过后会受热产生变形, 因此气割完成后必须机械校正并报检经确认合格方可进入下一道工序, 在源头上保证薄板材料的平整度, 为后续拼装、焊接提供良好的保障。

2 薄板钢结构焊接工艺方法

根据现场制作经验和理论分析结果, 对于薄板钢结构的制作, 可安排焊工在焊前加筋板将焊件固定, 后再进行焊接, 这样可以增加焊件的刚性, 从而达到焊接变形量的减少, 保证装配的几何尺寸。同时施焊前需检查装配尺寸, 由技术员统一对焊工进行焊接技术交底, 使用直径小的焊条对焊件进行定位焊, 能增加焊件刚性, 能很大程度上减少焊接量的变形。焊接前班组自检员需对固定装置, 焊条型号, 以及气割渣等杂物清理状况加强检查。

薄板钢结构焊接工艺和普通焊接工艺基本一样, 要保证工艺措施的执行力度, 首要保证焊工对焊接工艺的理解和认识, 加强对焊接过程的控制和监测, 严格按焊接工艺要求施焊:

(1) 先施焊短焊缝部分, 再施焊长焊缝部位, 可以采用间断焊接的方式分段退焊, 从薄板内部往外部进行焊接。

(2) 安排多名焊工均布对称施焊, 需同时进行。同时均布对称施焊, 这样可以防止由于不对称受热引起应力集中而引起板子变形、起鼓, 对称受热, 受力均匀, 应力相抵消, 故板子变形不明显。

(3) 指导焊工用气保焊与半自动切割机结合施焊。由于薄板面积比较大, 焊缝长度长, 平面度较好的情况下, 可以使用经改进的半自动焊接小车施焊, 能保证焊缝外形质量好, 焊缝大小、直线度良好, 对提高焊接质量有很大帮助。

3 焊接后校正措施

3.1 机械校正

机械校正法是利用机械的作用矫正结构焊接后变形, 一般采用滚床前后两次进行滚压, 滚压过后, 应力消除能达到80%, 变形量能得到很大的矫正。

3.2 火焰校正

火焰校正法是通过对变形构件伸长部分金属进行火焰集中加热, 冷却后, 焊接构件部分金属获得不可逆的塑性变形使整个变形得到校正。此时需严格控制加热区的温度, 温度控制在600℃ -800℃之间。

3.3 手工校正

手工校正法是通过大锤施加作用力于平台板变形处。大锤需控制力度, 切不可用力过猛, 锤击过渡导致变形更加严重, 在施工过程中, 主要是在焊接过程中沿焊缝进行锤击, 使集中在焊缝周边的应力得以扩散。

4 过程监督, 奖罚结合

在施焊和校正过程中要加强监督, 检查其施焊、校正方案是否合理, 效果是否良好。并及时进行纠正和改进。对于薄板构件制作较优的工段可以组织其他工段与其沟通学习, 并给于适当的奖励与表彰, 对于制作较差的工段给予经济处罚, 问题严重的责令其停工整顿。

5 构件运输的保护措施

构件出场装车卸载的过程中, 要严查对薄板采取的保护措施是否到位, 防止在吊装的过程中构件被挂钩部位扭曲变形, 选择合适的吊装挂钩点。另外制作胎具笼子, 把构件统一堆放在笼子里, 减少吊钩直接接触构件的次数, 从而达到避免多次倒运导致薄板构件变形。

6 总结

通过以上各个环节采取的综合管理措施, 在施工的过程中加强监督检查, 确保各项措施实施到位, 对薄板焊接的应力和变形能有效地控制。在车间实际生产过程中, 需针对实际情况进行分析修改, 让质量检查在生产过程中起到监督作用。通过对薄板钢结构焊接变形控制管理的分析讨论, 质量的管理是对过程的控制, 质量管理的重点应在于以预防质量事故, 提升产品质量为目标所采取的一切方案及措施。

参考文献

[1]冶金工业部建筑研究院主编.钢结构工程施工质量验收规范 (GB50205-2001) [S].

[2]中冶集团建筑研究总院主编.钢结构焊接规范 (GB50661-2011) [S].

[3]陈景斌.薄板焊接工艺分析[J].赤子, 2012 (13) .

薄板变形 篇6

1影响多块薄板对接长焊缝变形的主要原因

1.1板材材质对焊接热变形的影响:在焊接过程中,同一厚度不同材质薄板对焊接变形差异很大,主要表现在薄板材料导热是不相同,导热快产生的变形就大,反之则小。不锈钢板导热快于铝板,铝板导热快于钢板。因此在焊接时局部区域产生高热量,导热快的板材变形影响较大。

1.2焊接顺序及方法对焊接变形的影响:在对接焊时,如果从工件一端向另一端焊接后,会产生纵向和横向收缩变形。如果采用单一焊接顺序和方法焊下去产生的变形会更大。

1.3焊接参数选择不当是影响对焊接变形最重要的原因之一:在对接焊时,板材材质或厚度不同,选择的工艺参数要有区别的。选择大电流,高电压,粗焊丝,焊接速度快。产生的变形大,反之则小。

1.4板材刚性对焊接变形的影响:板材厚刚性好,焊接变形就小,反之则大。

1.5焊接设备对焊接变形的影响:在焊接过程中,焊接设备选择不合理,焊后变形会影响产品质量。如设备工艺参数的稳定性及工艺性等。

1.6对接焊缝的形式不同对焊接变形的影响:焊接形式和板材不同,对接焊缝间隙选择过大或过小,都会对焊接变形有直接影响。

1.7焊缝高低不均匀对焊接变形的影响:在对接焊接过程中,大多数企业焊接设备自动化程度不高,靠人工操作,因人的技术水平有高低,经验有丰富之差别。因此人工焊后的焊缝高低不均匀,不如自动化焊接水平高,因此焊接后产生的变形主要有两种。一是波浪变形即凹凸变形。二是对接焊缝不直有时向一侧或向另一侧倾斜,会产生扭曲变形。

1.8卷边或直角边焊接对焊接变形的影响:卷边或直角边对接焊时焊后横向收缩会产生角变形。

2解决多块薄板对接长焊缝热变形的工艺方法

2.1改进工艺方法减小焊接变形。采用上下循环冷却压紧焊接工装夹具,对多块薄板分组进行对接焊,焊后可以使产品不变形或把变形有效的控制在允许的公差范围内。如图1。

采用上下循环冷却压紧焊接工装夹具焊接工艺方法具有以下优点:

2.1.1首先能避开薄板刚性不足的焊接。将多块要焊接的薄板分组用压板紧固在上下循环冷却压紧焊接工装夹具的平台上,形成了一个整体。一是使其刚性增加;二是限制了焊接不能自由变形。然后再焊接很好的控制焊接变形。

2.1.2其次能快速均匀散热。采用上下循环冷却压紧焊接工装夹具法,完全能避开焊接区域产生的热量不均匀,随冷却液带走焊接时产生的高热量,从而达到焊接区域变形减小。同时也能避开不同材质在焊接过程中快速传热将热量均匀迅速带走。

2.1.3最后还具有反变形功能。因上下都采用的是自动循环冷却法进行焊接,焊接工装夹具上部分焊接时产生的热量比下部分高,而下部分冷却速度比上部分快,因此产生的高热量与快速均匀冷却形成了反差,这样可以抵消一部分变形和应力。

2.2选择正确的焊接顺序和方法可以减小焊接变形。对超长度多块薄板对接焊缝常采用的焊接顺序和方法:第一步是将要对多块焊接的板材分组调整好焊缝间隙,然后拧紧螺钉固定在上下循环冷却压紧焊接工装夹具上。第二步是要找到对接长焊缝的中间位置,然后点焊一个点,以这个点为基准向左右两侧进行对称点焊,点焊长度的最小距离是2.5-4mm,点焊每段间隔距离是90-100mm。待焊接件冷却到当日的正常温度后,再进行下一个点焊的位置,依次重复进行对称点焊,直到整个长焊缝焊完为止。第三步是以长焊缝中间点焊位置为基准向左右两侧采取间隔跳跃式分段对称焊接或采取交叉式分段对称焊接都可以。焊接长度5-10mm,焊后必须冷却到当日正常温度后,再进行下一段间隔跳跃式对称焊或交叉式分段对称焊接。这样可以使纵向和横向产生的热收缩相互抵消一部分;多次重复第二步骤的焊接顺序和方法直到整个长焊缝焊接完为止。第四步是;在重复第三步骤焊接过程中适当可以采用手锤较轻微的对称敲打焊缝或者焊接完后采用振动失效法都有利于消除一部分应力(图2)。

2.3正确选择焊接设备可以减少焊接变形。目前对薄板进行焊接时常采用的焊接设备有二氧化碳气体保护焊,氩弧焊,自动焊等焊接设备。根据材质和板材厚度不同,正确选择焊接设备由为重要。有条件的情况下或根据产品质量的要求优先选择全自动焊机,其次选择二氧化碳气体保护焊或氩弧焊机,最后选择电焊。最常用的是二氧化碳气体保护焊。

2.4正确选择焊接参数可以减小焊接变形。在焊接过程中,正确选择焊接参数是非常重要的,对薄板焊接时,应尽可能选择小直径焊丝和较小的焊接电流,电压,焊接速度以及气体的流量等。一是,可以减小焊接件受热范围。二是,减小焊接残余应力。通常根据工件材质的厚度选择焊接电流和焊丝的直径。在生产实践中,我们总结出对3种不同材质薄板气体保护焊工艺参数。(表1)

2.5正确选择对接焊缝间隙可以减少一部分焊接变形。在对接焊接时,根据薄板的对接焊接方式不同来选择焊缝间隙的大小。对于卷边焊或角焊缝不留焊缝间隙。其他焊接方式均要留焊接间隙。导热快的板材,焊缝间隙相对留大一点,反之则小。

2.6采用振动或敲击法消除残余应力。对于薄板刚性好的焊接件可以采用热处理或机器振动失效法去除残余应力。刚性差的薄板焊接不能采用热处理失效法去除应力。只能采用振动失效法去除或者人工用手锤(胶锤或木锤等)敲打焊缝部位,可以抵消一部分应力,这样能起到减小焊接残余应力的作用。振动或敲打时防止用力过大而产生裂纹。

2.7矫正法。在对接焊中出现波浪变形即凹凸变形时,用胶锤或厚胶板敲打凹陷处部位,使其板材产生塑性伸长变形,从而可以达到消除波浪变形目的。

结束语

我公司在生产不同型号的指挥车,气源车,补汽车等产品底板的内外蒙皮及顶盖的外蒙皮都需要用不同的金属薄板进行对接焊组合成一个整体。技术要求焊后内外蒙皮的表面不得有凹凸变形即波浪变形。同时还要求焊后不得渗水等。我们采用了上下循环冷却压紧焊接工装夹具后,实现了多块薄板对接长焊缝焊后不变形,或者把变形有效地控制在最小的公差范围之类内,保证了产品的质量。

摘要：在生产领域中,薄板对接焊是经常遇到的。本文对我们企业生产不同型号的气源车,补气车,7米指挥车以及后设备舱等产品的底板及顶盖内外蒙皮是由多块薄板对接焊而组成。这些产品的特点是:a.板材厚度薄;0.8~1.5mm。b.由多块薄板对接焊组成,焊缝长度800~2800mm。c.对接焊形势多,有平板试对接焊,卷边试对接焊,带矩形管平板试对接焊或带矩形管弧形试对接焊等。d.焊接板材有Q235或20*钢板、5052H34铝板、06Gr19Ni10不锈钢板和ZTA15钛合金板等。

关键词：薄板焊接,多块薄板对接焊,焊缝长度

参考文献

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薄板变形 篇7

随着现代国防工业和民用工业的飞速发展,铝合金结构的应用日趋广泛,其中LD10铝合金因具有良好的物理性能和力学性能,比强度高,而被广泛用于航空航天结构中[1,2]。但由于LD10的热膨胀系数大,在焊接加工时,热裂倾向大[3],同时薄板焊接件在焊后存在严重的焊接变形问题,带来诸如焊接结构尺寸不稳定、易产生焊接裂纹等问题,限制了这种材料的进一步推广应用[4,5]。

为了减小LD10焊接结构的焊接残余应力和变形,通常采用焊后矫正措施,这些措施包括焊缝滚压法[6]、锤击法[7]、机械拉伸法[8]和局部加热法[9]等。这些方法虽然能在一定程度上减小焊接残余应力和变形,但是增加了生产工时和额外的矫正费用,且无法控制焊接热裂纹。随焊冲击碾压法[10,11]虽然可以减小焊接变形及控制焊接热裂纹,但是随焊冲击碾压法作为一种新方法,在冲击碾压塑性变形理论研究的深度和不同生产条件下的应用方面还不够完善。对于焊接热裂纹的控制研究,大多是从冶金手段入手,但由于引入了与母材异质的焊丝,往往会导致牺牲接头的部分力学性能或结晶裂纹转化为更难防治的液化裂纹。

本文采用随焊冲击旋转挤压法来消除残余应力与变形,控制焊接热裂纹,通过冲击旋转挤压系统以适当的旋转速度带动一定形状的冲击旋转挤压压头对焊缝及近缝区施加冲击旋转挤压作用,迫使这部分金属沿着确定的方向发生塑性变形,达到减小变形、调制残余应力、防止焊接热裂纹的目的。

1 试验研究

1.1 钨极氩弧焊工艺

两块LD10铝合金焊接工件的尺寸为300mm×150mm×3mm,连接形式为TIG平板对焊的方式,一次焊透,未添加焊接材料。LD10铝合金属于热处理强化材料,虽然经热处理后抗拉强度得到了提高,但焊接性较差,在焊接时产生焊接热裂纹的倾向较大,同时由于焊接局部热源的加热使得焊接接头的力学性能下降。

采用交流的钨极氩弧焊,在焊前用丙酮擦拭工件表面以清除油污杂质,然后用钢丝刷清理工件表面的氧化膜,将工件送入工装夹具中。焊接过程中采用的工艺参数为:焊接电流230A,焊接速度6mm/s,保护气流量10L/min,钨极直径4mm。

1.2 随焊冲击旋转挤压装置

随焊冲击旋转挤压机构的实物结构如图1所示。随焊冲击旋转挤压系统包括动力源、传力机构和执行机构。动力源提供驱动力,驱动力通过传力机构传递给执行机构,最终作用到焊接工件上,从而起到防止热裂纹与控制残余应力变形的目的。固定导向夹持机构的作用一是固定传力机构及执行机构,同时起到定位与导向的作用,二是将整个装置与外部支架连接在一起。

随焊冲击旋转挤压过程中,冲击旋转挤压头与焊接过程中具有一定温度的焊缝及近缝区发生接触,这将在挤压头与工件间产生接触应力。在冲击的过程中同时有旋转的作用,这提供了剪切力,对产生焊缝及近缝区的塑性变形起到了促进作用,所以冲击头表面应保持一定的粗糙度。压头主要选取圆平底刚性压头,该形式的挤压头便于加工。为了保证冲击旋转挤压过程的顺利进行,在外圆面加工一定大小的倒角,由于冲击旋转挤压过程将产生一定量的塑性变形,将导致冲击杆作用区域和未作用区域之间的高度发生变化,如果不采取一定形式的圆滑过渡,就会在冲击旋转挤压过称中产生过量的切削,这将对变形的协调性和均匀性产生较大的影响,如金属表面起皱等,因此在冲击杆的边缘加工一定大小的倒角。

1.3 冲击旋转挤压过程的实时测量

随焊冲击旋转挤压力是随焊旋转挤压过程中的一个非常重要的参数,其大小直接决定控制焊接残余应力和变形、消除热裂纹的效果,因此有必要对其大小进行测量,测算出其具体的数值范围。本试验采用动态应变仪对随焊冲击旋转挤压力进行测量。

随焊冲击旋转挤压力的大小是由冲击旋转挤压压头的控制电压决定的,旋转挤压压力值与控制电压一一对应。进行冲击旋转挤压力的测量,需要加工出一个特定形状的钢质承压件。测量前,在承压件上承受冲击旋转挤压力的面上粘贴应变片,并将粘贴好的应变片与动态应变仪的通道相连。测量时,在冲击旋转挤压压头冲击作用下,利用动态应变测量仪测出承压件的变形量,进而计算出冲击旋转挤压力。为了找到在冲击旋转挤压力作用下承压件变形随时间的变化规律,需要测出多组数据进行验证。图2为输入电压为150V时,冲击载荷作用下动态应变仪采集到的整体波形界面图。

得出随焊冲击旋转挤压过程不同时刻不同控制电压下承压件的应变量和冲击旋转挤压周期后,进而得出冲击旋转挤压力和冲击旋转挤压频率。不同控制电压下承压件的应变量、冲击旋转挤压周期和频率如表1所示。

2 试验结果及分析

2.1 焊接变形及残余应力

在钨极氩弧焊过程中,应用了随焊冲击旋转挤压工艺对热裂纹进行控制,在焊接件中未出现热裂纹。图3为焊接残余变形的对比测量图。由图3知,常规焊接件焊接残余变形量较大,有7～9mm,相比较来说,经过随焊冲击旋转挤压工艺处理的焊接件焊接残余变形量大幅减小,为0～1mm。说明经过随焊冲击旋转挤压,焊接残余变形得到了有效控制。

采用切条法测量纵向焊接残余应力的分布,因为焊接残余应力是对称分布的,所以测量残余应力在焊件的一半宽度的分布。由图4所示的焊接件纵向残余应力可知,与常规焊接件相比,经过随焊冲击旋转挤压作用,焊接件的残余应力分布发生了显著的变化。焊缝处残余应力由拉应力转变为压应力,而与其相平衡的残余压应力也随之减小。试验结果表明,随焊冲击旋转挤压能够有效减小焊接件焊接残余应力,改善LD10环缝对接焊件中焊接残余应力的分布状态,从而实现了对焊接残余变形的调整与控制。

2.2 焊接接头硬度

截取试样进行硬度测试,以熔合线为基准进行硬度的测量,测量点间距为1mm,测量点的选取为焊缝区3个、熔合区1个、热影响区4个,测量结果见表2。

由硬度测量结果知,在焊缝区,常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件的硬度大体相当,而在熔合区和热影响区,随焊冲击旋转挤压接头的硬度值要高于常规焊接头的硬度值。焊缝区硬度大体相同是由于随焊冲击旋转挤压过程作用于焊缝时焊缝温度较高,焊缝金属抵御塑性变形的能力较弱,冲击旋转挤压作用大部分转变为焊缝金属的塑性变形,产生了动态再结晶,动态再结晶过程使其硬度值基本不变;在熔合区和热影响区,随焊冲击旋转挤压接头的硬度值要高于常规焊接头的硬度值是由于这些区域受到冲击旋转挤压作用时,这些区域已经下降到较低温度,在冲击旋转挤压作用下,这些区域出现了加工硬化现象。

2.3 拉伸试验及断口

为了研究随焊冲击旋转挤压工艺对工件拉伸性能的影响,分别取随焊冲击旋转挤压件、常规焊接件进行拉伸试验,试件取与焊缝的方向垂直的方向。拉伸件长度为110mm,宽度为5mm,厚度为3mm。试验结果如表3所示。

由表3可知,随焊冲击旋转挤压件的屈服强度高于常规焊接件,随焊冲击旋转挤压件的塑性低于常规焊接件,这是由于冲击旋转挤压的作用产生了强化。但两者的抗拉强度相近,常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件均断裂于焊接热影响区部位。

将经过拉伸试验的试件进行适当的处理(在制备断口试件时要将其保护起来,防止受到污染)制成断口试件,超声清洗后进行断口分析。由焊件的断口SEM照片(图5)和拉伸试验可知,焊件断裂位置为焊接热影响区,随焊冲击旋转挤压件和常规焊接件断口上有大量的塑性变形,形成大量韧窝。

2.4 金相组织

为了了解随焊旋转挤压对接头组织的影响,对常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件进行组织的对比观察,金相如图6所示。

3 结论

(1)随焊旋转冲击作用在焊缝及近缝区使得作用区域产生延展塑性变形,从而抵消了焊接过程产生的压缩塑性变形,减小焊后的残余应力峰值,可将焊接残余变形控制在常规焊接的10%以下,并且随焊冲击旋转挤压运动可消除焊接热裂纹。

(2)LD10焊接件存在由于热循环过程所导致的过时效软化区,而LD10随焊冲击旋转挤压件因冲击旋转运动所导致的加工硬化效应使得过时效软化区消失。焊缝部位由于动态回复及再结晶的作用导致加工硬化效应被降低,因此试件硬度均较低。

(3)常规焊接件的屈服强度低于随焊冲击旋转挤压件,其塑性高于随焊冲击旋转挤压件,但二者的抗拉强度相近。常规焊接件和随焊冲击旋转挤压件断裂位置均为焊接热影响区部位,断口处为韧窝断裂状。

(4)随焊冲击旋转挤压运动过程中产生冲击振动,该振动使得熔池处的晶粒破碎,使晶粒产生细化。

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