鋼結構的聯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氣體保護焊)。因為焊接是在高溫下進行的,所以,焊接件結構就會發生不同形式的變形,結構本身也會產生殘余應力。機械工程貨車車體在制造的過程中也會出現此種問題,一旦控制不好,就會嚴重影響其制造質量和使用壽命,我廠針對焊接變形這一問題,采取一些措施,取得良好效果,現總結如下。

1 焊接變形的主要原因

(1)焊縫在結構的位置原因,不同的焊縫位置在焊接完成后都會產生不同形態的變形,這主要是由破口角度、接頭形式等結構形態不同而引起的重力性變形。

(2)結構剛性導致的變形,在受力相同的情況下,剛性較大的結構變形就小,而剛性弱則變形大,如較薄的二手鋼結構與小而重的結構進行焊接時,剛性小的薄片結構就容易變形。

(3)焊接順序和裝配原因,一個同樣的焊接結構采用不同的床配方法和焊接順序都會對其變形產生一定的影響,如前面提到的剛性較弱的結構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生一定的變形,而焊接材料的線膨脹系數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,金屬材料的導熱性會導致整個材料變熱,而焊件的體積越大則受熱變形的幾率也就越大,變形也就越嚴重。如:實踐中氣焊比手弧焊的變形大,而手弧焊比氣保護焊接的變形嚴重。因此應當根據材料和工藝的要求選擇合適的焊接方法。

(6)焊接規范執行原因,對焊機規范的執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。因此在焊接中應當根據技術標準盡量選用更加合理的焊接規范來進行操作。

2 控制措施

  對焊件進行焊接時會產生瞬間的內部應力,焊接后產生的殘余應力并以此產生的殘余應力變形這時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生的,下面就對幾種主要的焊接變形控制措施進行介紹。

2.1 焊前準備

(1)鋼材要求:焊接前應當做好對鋼材料和焊接材料準備工作,即按照生產要求對焊接用構件的鋼材的牌號、規格、尺寸、質量等指標進行核對,同時按照圖樣或者設計要求進行檢查。焊接用鋼材料的材料質量應符合相應的國家或者行業規范,確定原則有:鋼板、型材、管材的計算厚度大于6mm時重要的構件不能采用級別A的沸騰鋼;結構件的半徑/厚度小于10并需要冷彎的時候,則應當選用對應的鋼材;如確定鋼材的等級時應當考慮工作的環境溫度、材料厚度、構造部位、焊接工藝等綜合因素進行選用,可以按照行業或者設計要求進行選取。重要的結構應當按照焊接工藝評定執行。

(2)焊條、保護氣體的要求:對低碳結構和合金結構焊接用焊條應符合國家5117、5118標準;氣焊、埋弧焊、氣體保護焊接則需要按照國標1300、8100標準;采用二氧化碳保護焊接則需要控制保護氣體的純度達到99.5%。其余氮氣小于0.1%,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和焊條時應先行做實驗,以保證其工藝可以達到技術指標,同時保證焊機材料焊條、焊絲、焊藥、保護氣體等選擇符合整個焊接工藝的要求。

2.2 合理的焊接工藝

  焊接工藝的關鍵階段:(1)下料和預處理,這個階段是將材料進行預先的處理,如對托料架進行清理、找平,滿足切割要求;保證相應的托架符合材料的尺寸;下料適應保證材料的余量控制;切割過程中應當保證速度、氣流、氣壓等符合工藝要求,同時不應對切割區域進行冷卻處理,切割后應及時進行矯形處理。(2)組對、焊接階段,這個過程應當控制焊接的基準面便于操作,并保證工件的穩定,對接角度符合設計要求;在焊接時應按照規程進行控制,保證質量;對焊條應進行必要的處理。

  焊接工藝是影響焊接質量和控制變形的關鍵流程,因此應當合理的采用焊接的工藝,并且使之符合兩點要求:**,在焊接工藝的選擇和改進中應當保證符合自身作業的條件,如果焊接工藝的設計不符合實際生產條件的要求,過高或者過低都將直接影響工藝的實施;第二,焊接工藝設計應當符合材料的狀況,即在下料、組對、焊接、焊接后處理等環節都應當符合鋼制構件的材料特征,并且便于開展工藝,如大批量生產還應當考慮滿足機械化自動化作業的需求。

(1)縮減焊縫的尺寸。焊接的內應力是來自焊接中對局部的加熱過程,為此在滿足設計構件的尺寸要求下,應當合理設計焊縫的尺寸,即利用合理的焊接設計技巧既滿足構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)合理設計焊接順序。在需要多次焊接的情況下,即對焊縫較多的構件進行焊接前應當進行合理的分析和設計,根據焊接構件的形狀和焊縫的規律設計焊接的順序,即對可能會產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件進行約束,控制構件的整體變形幅度。

(4)利用外力控制焊接殘余應力。在焊接完成后可以利用錘擊法對焊縫進行處理,即在焊接完成后利用圓頭的小錘或者電動工具對焊縫的金屬進行修正,使其產生塑性的延伸性變形,以此消除器冷卻后產的收縮性拉力。但是此方法應當視材料和鋼構件的情況而定,對要求精度高或者材料脆性大的不宜采用。

(5)采用強制變形和反變形法。對于大的工件采用強制變形法和反變形法相結合,選擇好強制固定位置和反變形余量,掌握好冷卻時間,對于工件變形量的控制效果更佳。

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