某箱體焊接變形分析及工藝控制措施

朱文華 崔元萍 湯柳

摘要：本文針對某箱體結構特性，對箱體焊接變形進行了分析，介紹了在焊接過程中采用的合理焊接工藝方法，采取的控制措施，如局部增大剛性法、溫差法等等，使焊接變形控制在要求范圍。

Abstract： According to the structural characteristics of a box， the welding deformation is analyzed. The reasonable welding process method and control measures used in the welding process is introduced， such as local increase of rigidity method， temperature difference method and so on， so that the welding deformation control in the required range.

關鍵詞：箱體;焊接變形控制;焊接工藝

Key words： box;welding deformation control;welding technology

中圖分類號：TG441.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）29-0187-02

1? 概述

某箱體由偏轉脖頸、主體、法蘭接口等構成，見簡圖1所示，材質為316L不銹鋼。在該構件中，偏轉脖頸的30°夾角及其與主體測量點所形成的48.8°夾角，偏轉脖頸中心高度210mm，是重要尺寸特性。另外，偏轉脖頸上下兩大面厚度尺寸56mm是裝配尺寸，焊后大面平面度小于0.5mm，兩大面平行度要求小于1mm，精度要求嚴格，同時要求動態漏率小于2E-10Pa.L/S。因此必須采取合理的焊接工藝方法，減少焊接變形，控制焊接質量，使產品滿足要求。

2? 焊接變形分析及控制要點

焊接變形是由焊接時不均勻加熱引起的，在鋼結構焊接過程中，由于焊接時產生的熱源以及焊接熱循環的影響，使焊件不均勻受熱，在焊件上形成了不均勻的溫度區域，致使焊件產生不均勻的收縮及膨脹，使焊件內部形成焊接應力引起形變。如收縮變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形、角變形等，變形與焊件的形狀、尺寸、材料的物理性能及加熱條件等因素都有關。

由不銹鋼鋼板焊接成偏轉脖頸，是典型的薄板箱體結構，形狀不規則、焊縫不對稱，在焊接過程中，易產生收縮變形、彎曲變形、扭曲變形。而厚度尺寸56mm要求焊后大面平面度小于0.5mm，兩大面平行度小于1mm，及脖頸與測量點所形成的48.8°夾角，是需要控制的關鍵尺寸;能否保證，一是要合理安排工藝順序，如在采取焊后加工，消除焊接變形造成的誤差方面，考慮主體（包括各法蘭焊接）與脖頸分別先焊接成形，再加工主體上與脖頸焊接的258×458方孔，然后將脖頸與主體焊接;二是在焊接時要采取工藝措施控制焊接變形。

3? 焊接方法及焊接材料

根據316L不銹鋼的焊接特點和零件的結構特點，采用手工氬弧焊，遵循“等成分”原則選擇焊接材料，同時為增強接頭抗熱裂紋和晶間腐蝕能力，使接頭中盡量不出現鐵素體，選擇H00Cr19Ni12Mo2氬弧焊用焊絲。其成分見（表1）。

不銹鋼焊接的突出特點是對過熱敏感，故焊接時宜采用小電流、快速焊;采用手工氬弧焊熔焊打底，焊接參數見表2。

4? 控制焊接變形的措施

①局部增大剛性法。焊接偏轉脖頸上蓋板時，兩端接口作為連接部位，需要對最終的尺寸精度進行控制。根據零件結構特性，焊蓋板時，在兩端內腔塞入支撐，并將法蘭安裝到位，這樣通過增大焊件局部的剛度，達到減小變形的目的，如圖2所示。

②剛性固定控制變形法。焊接偏轉脖頸上蓋板，由于焊接截面積大，焊接冷卻后，出現的變形大。利用工裝夾具將其固定夾緊（如圖3），并在施焊完畢后繼續保持壓緊固定狀態，使焊接殘余應力慢慢釋放，減小板面焊接收縮變形。

③溫差法控制變形。溫差法是用外部冷卻源和熱源來調節焊接溫度場，造成與常規焊接不同的溫度分布，使焊縫附近的金屬產生收縮和膨脹，以抵消焊接產生的膨脹和收縮，達到控制焊接殘余應力和變形的關系。

在偏轉脖頸的焊接過程中，采用水作為冷卻介質，用水冷將下表面焊縫的根部區域拘束，限制其膨脹，而上表面焊接部位在施焊過程中產生較高溫度進行膨脹，當焊接完成后，外表面高溫金屬冷卻收縮，由于內表面金屬被水冷卻一直保持室溫因此不會再收縮，因而成為外部金屬收縮的障礙，達到減小變形的效果。見圖4。

④焊后矯正法。在焊接脖頸與主體時，為保證脖頸與測量點所形成的48.8°夾角，采取在鏜床上進行定位焊接，因此設計專用定位胎具，利用鏜床主軸頂住偏轉脖頸法蘭面進行定位，同時焊接過程中在橫向和縱向兩個方向打百分表監測變形量，針對變形方向，在構件的相關區域進行加熱，使得局部區域產生壓縮性塑性變形，從而對焊接變形進行一定的抵消（見圖5），變形量可控制在0.1范圍內。

5? 結語

在焊接過程中，焊接變形和焊接應力的控制，要結合實際情況，依據構件的受力情況、焊接工藝的選擇等具體參數，結合有效的焊接措施控制焊接變形。通過采取以上措施，有效控制了偏轉脖頸的焊接變形，保證了厚度尺寸56mm，大面平面度小于0.5mm，兩大面平行度小于1mm，脖頸與測量點48.8°夾角的要求，漏率達1.57E-10Pa.L/S，滿足箱體密封要求。

參考文獻：

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊-焊接結構[M].二版.北京：機械工業出版社，2001：133-134，142-143.

[2]馬海超，劉子龍.高爐推移梁制作的焊接工藝[J].價值工程，2018，37（20）：138-139.

[3]孫雨峰.OTC機械臂自動化焊接工藝研究[J].價值工程，2017，36（18）：131-132.