鋁合金電塔塔架的焊接變形控制方法

遼寧忠旺集團有限公司鋁合金車體制造廠（遼沈 111003）楊興亮

鋁合金產品焊接工藝中，除了要保證焊縫質量以外，首要解決的就是焊接變形及尺寸精度控制問題。不同的鋁合金焊接產品所要求的工藝特性不同，所以采用的焊接工藝也有所不同。下面著重闡述鋁合金電塔塔架的焊接工藝及焊接變形的控制。

該項目為國外用于發電設備的鋁合金電塔塔架，主要有以下幾個方面的要求：①焊縫外觀均勻美觀，不允許有焊接弧灰。②平面度和寬度尺寸公差均保證在2mm以內。③所有組成鋁合金塔架的材料牌號為6082－T6。④塔架長度規格從2～6m不等，結構形式各有不同，如圖1所示。

圖1

1.工藝分析

此產品屬于鋁方管框架焊接結構，鋁型材切割加工后進行組焊；焊縫位置點分布多，且焊縫分布不均勻。焊縫類型有平焊縫、角焊縫等形式。焊接方式采用手工TIG焊，焊絲采用φ3.2mm 4043牌號的鋁焊絲。

根據產品的工藝特點分析制定工藝路線，為減少焊接變形，一般首先會考慮設計塔架的整體翻轉焊接工裝，但對于此種產品，將會產生以下問題：

第一，工裝制作較復雜，并且由于塔架規格較多，焊接工裝數量多且都不能夠通用，工裝制作的成本投入大、制作周期較長。

第二，由于塔架焊縫分布不規則，在施焊過程中，部分焊縫由于空間局限導致不能夠在工裝上進行施焊。

第三，用整體翻轉焊接工裝焊接，對于產品的焊接變形問題，工裝的優化調整比較復雜。而且對于后續的產品整形工序也比較麻煩，效率低。

2.工藝改進

鑒于以上分析的三點問題，焊接工藝方案改為：將塔架拆解分成片狀結構件進行模塊化焊接（見圖2、圖3），此工藝方案有以下幾大優點：

圖2

圖3

第一，將不同塔架的片狀結構統一設計焊接通用工裝，工裝投入少且制作工期短。

第二，焊接過程變形較易控制，單片焊接尺寸一致性好，焊后變形人工矯正比較容易。

按照優化后的工藝方案，兼顧片狀結構件焊接工裝的通用性，進行焊接工裝的設計。由于不考慮工裝的翻轉，并且部分焊縫在工裝上無法實現（見圖4），需要將產品從工裝上拆下后，進行手工焊接。制定工藝路線為：鋁型材切割下料→在點焊工裝上進行片狀結構件的點焊組對→點焊件下工裝進行焊縫焊接→工件形狀矯正→塔架的整體組焊。片狀件點焊工裝結構如圖5所示。點焊工裝由平臺、快速夾鉗、支撐桿和定位塊等組成。

圖4

圖5

點焊工裝上的支撐桿根據不同塔架的寬度制作成不同的長度，防止點焊時外側邊框向內收縮導致寬度變窄，支撐桿長度比產品內寬增加0.5～1mm，支撐時起到反變形作用。

點焊后的片狀工件從工裝上拆下后進行焊縫的手工焊接，由于圖4焊縫結構焊接收縮的作用，外框邊梁在沒有斜支撐處，焊后產生很大的收縮變窄（見圖6），形成腰形狀。

經過現場反復試焊并分析變形數據，我們設計了一種可調式脹形裝置（見圖7）。該裝置可以適用不同寬度規格的片狀工件，在焊接時根據焊后寬度尺寸適時調節脹形寬度。運用此裝置經小批量焊接生產，產品焊后寬度尺寸公差均控制在2mm以內，大大減少了后續的矯形勞動強度。對于焊接變形控制，效果明顯。

圖6

圖7

每種規格塔架將其分成類似上述片狀結構件，焊接時通過以上措施保證了焊接后片狀工件尺寸及平面度的一致性。在進行塔架整體組焊時，很好地保證了整體塔架的最終焊后尺寸和幾何公差要求。

塔架的整體組焊工序同片狀結構件焊接方法類似。每種塔架設計一套整體組對點焊工裝，將兩個片狀工件和斜支撐按照圖樣尺寸組對點焊后，再通過脹形裝置手工焊接塔架的所有焊縫。由于塔架重量較輕，所以在手工焊接時根據最適宜焊工焊接手法的焊接角度來調整放置工件，以達到最佳的焊縫質量。

3.結語

該塔架項目規格較多，結構形式看似簡單，但如果盲目地進行焊接工裝設計，不但增加了工裝的投入成本，而且工裝在使用過程中對于產品的變形控制，并不一定有很好的效果。所以我們在項目開發過程中，要開放性的思考問題，將復雜的問題簡單化。利用一些巧妙的方法，會起到一些意想不到的效果。