钢结构的联接一般采用焊接的方式,**常用的焊接方法是熔化焊接(我厂主要采取的是CO2气体保护焊)。因为焊接是在高温下进行的,所以,焊接件结构就会发生不同形式的变形,结构本身也会产生残余应力。机械工程货车车体在制造的过程中也会出现此种问题,一旦控制不好,就会严重影响其制造质量和使用寿命,我厂针对焊接变形这一问题,采取一些措施,取得良好效果,现总结如下。

1 焊接变形的主要原因

(1)焊缝在结构的位置原因,不同的焊缝位置在焊接完成后都会产生不同形态的变形,这主要是由破口角度、接头形式等结构形态不同而引起的重力性变形。

(2)结构刚性导致的变形,在受力相同的情况下,刚性较大的结构变形就小,而刚性弱则变形大,如较薄的二手钢结构与小而重的结构进行焊接时,刚性小的薄片结构就容易变形。

(3)焊接顺序和装配原因,一个同样的焊接结构采用不同的床配方法和焊接顺序都会对其变形产生一定的影响,如前面提到的刚性较弱的结构如在安装和焊接顺序上增加了对其的载荷就容易使之变形。

(4)焊接材料的原因,焊接后由于热胀冷缩的原因材料会在焊接后产生一定的变形,而焊接材料的线膨胀系数较大则会对焊接变形影响较大。如:不锈钢和铝材的焊接后变形的几率要大于碳钢材料,就是这个原因。

(5)焊接采用方法的原因,在焊接过程中,焊接使得焊件受热而温度升高,金属材料的导热性会导致整个材料变热,而焊件的体积越大则受热变形的几率也就越大,变形也就越严重。如:实践中气焊比手弧焊的变形大,而手弧焊比气保护焊接的变形严重。因此应当根据材料和工艺的要求选择合适的焊接方法。

(6)焊接规范执行原因,对焊机规范的执行也可以影响焊接的变形,如:变形随着焊接电流的增加而增加,焊条直径越大而变形增大。因此在焊接中应当根据技术标准尽量选用更加合理的焊接规范来进行操作。

2 控制措施

  对焊件进行焊接时会产生瞬间的内部应力,焊接后产生的残余应力并以此产生的残余应力变形这时焊接中不可避免的情况。但是通过必要的手段对前面提到的变形的某些因素进行控制,或者采用合理的校正措施还是可以控制部分焊接变形的产生的,下面就对几种主要的焊接变形控制措施进行介绍。

2.1 焊前准备

(1)钢材要求:焊接前应当做好对钢材料和焊接材料准备工作,即按照生产要求对焊接用构件的钢材的牌号、规格、尺寸、质量等指标进行核对,同时按照图样或者设计要求进行检查。焊接用钢材料的材料质量应符合相应的国家或者行业规范,确定原则有:钢板、型材、管材的计算厚度大于6mm时重要的构件不能采用级别A的沸腾钢;结构件的半径/厚度小于10并需要冷弯的时候,则应当选用对应的钢材;如确定钢材的等级时应当考虑工作的环境温度、材料厚度、构造部位、焊接工艺等综合因素进行选用,可以按照行业或者设计要求进行选取。重要的结构应当按照焊接工艺评定执行。

(2)焊条、保护气体的要求:对低碳结构和合金结构焊接用焊条应符合国家5117、5118标准;气焊、埋弧焊、气体保护焊接则需要按照国标1300、8100标准;采用二氧化碳保护焊接则需要控制保护气体的纯度达到99.5%。其余氮气小于0.1%,水蒸气小于0.05%。

  另外,在焊接新型的钢材或者使用新型的焊机和焊条时应先行做实验,以保证其工艺可以达到技术指标,同时保证焊机材料焊条、焊丝、焊药、保护气体等选择符合整个焊接工艺的要求。

2.2 合理的焊接工艺

  焊接工艺的关键阶段:(1)下料和预处理,这个阶段是将材料进行预先的处理,如对托料架进行清理、找平,满足切割要求;保证相应的托架符合材料的尺寸;下料适应保证材料的余量控制;切割过程中应当保证速度、气流、气压等符合工艺要求,同时不应对切割区域进行冷却处理,切割后应及时进行矫形处理。(2)组对、焊接阶段,这个过程应当控制焊接的基准面便于操作,并保证工件的稳定,对接角度符合设计要求;在焊接时应按照规程进行控制,保证质量;对焊条应进行必要的处理。

  焊接工艺是影响焊接质量和控制变形的关键流程,因此应当合理的采用焊接的工艺,并且使之符合两点要求:**,在焊接工艺的选择和改进中应当保证符合自身作业的条件,如果焊接工艺的设计不符合实际生产条件的要求,过高或者过低都将直接影响工艺的实施;第二,焊接工艺设计应当符合材料的状况,即在下料、组对、焊接、焊接后处理等环节都应当符合钢制构件的材料特征,并且便于开展工艺,如大批量生产还应当考虑满足机械化自动化作业的需求。

(1)缩减焊缝的尺寸。焊接的内应力是来自焊接中对局部的加热过程,为此在满足设计构件的尺寸要求下,应当合理设计焊缝的尺寸,即利用合理的焊接设计技巧既满足构件的使用要求也可以尽量缩小焊接的长度,以此降低变形。

(2)降低焊接约束力。在焊接中对工件的约束力越小其焊接后的恢复性形变也就越小,其热胀冷缩的情况也可以降低,因此在焊接中尽量不要采用刚性过大的固定方法,而是尽量采用托架的方式,以此降低对焊接件的约束,和重力变形。

(3)合理设计焊接顺序。在需要多次焊接的情况下,即对焊缝较多的构件进行焊接前应当进行合理的分析和设计,根据焊接构件的形状和焊缝的规律设计焊接的顺序,即对可能会产生大的形变的焊缝先焊接,而对变形影响较小的焊缝后焊接,这样就可以先对自由度较大的构件进行约束,控制构件的整体变形幅度。

(4)利用外力控制焊接残余应力。在焊接完成后可以利用锤击法对焊缝进行处理,即在焊接完成后利用圆头的小锤或者电动工具对焊缝的金属进行修正,使其产生塑性的延伸性变形,以此消除器冷却后产的收缩性拉力。但是此方法应当视材料和钢构件的情况而定,对要求精度高或者材料脆性大的不宜采用。

(5)采用强制变形和反变形法。对于大的工件采用强制变形法和反变形法相结合,选择好强制固定位置和反变形余量,掌握好冷却时间,对于工件变形量的控制效果更佳。

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