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摘要:随着材料学的不断发展,在满足强度的条件下,更轻便、更薄的材料得到更多的青睐。然而对于薄板来说,焊接带来的温度场和应力场更容易使得其产生更大的变形。采用仿真软件进行分析,不但可以帮助企业分析解决生产中出现的困难,还可以积累更多的数据,得到更科学的焊接经验。基于此,本文主要对薄板焊接变形的控制与矫正研究进行了简要的分析,希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。
关键词:薄板焊接;变形;控制与矫正
引言
近年来,薄板焊接结构件在船舶建造,特别是军船、小型船舶和船体上层建筑中的运用越来越广泛。由于薄板焊接时易产生较大的焊接变形,而影响焊接变形的因素错综复杂,因此,需加强薄板焊接变形的控制与矫正研究。
1薄板焊接变形的种类
如果焊件的形状尺寸产生了一系列变化,也就证明了构件发生了变化。由焊接造成的变形,称为焊接变形。当焊后的构件完全冷却后,所遗留下的变形就是残余变形。在薄板焊接施工过程中,存在着不同的变形形式。焊接焊件的过程汇总,因其局部以及不均匀的循环快速加热与冷却从而导致热压缩塑性应变,产生焊接残余应力从而导致焊接变形状况的发展。同时焊接变形存在在焊接过程中以及焊接完成后均会出现一定程度的变形。根据焊接结构件当中的焊缝收缩作用力具体方向以及方位,其能够划分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形以及扭曲变形5中类型。其中收缩变形主要是焊件出现整体缩小。焊缝纵向以及横向收缩均包含在收缩变形当中。角变形具体是焊缝截面上下不对称或者是受热不均匀,焊缝竖横向上下收缩不对称从而造成变形的出现。而角接接头以及V形坡口的对接接头非常容易出现角变形。弯曲变形主要是焊缝结构分布不对称导致,造成焊缝的纵向收缩出现差异,出现焊件向一侧严重的弯曲。而波浪变形主要为焊接薄板结构当中,焊接压应力迫使薄板稳定性发生偏移,导致出现无规律的波浪变形。最后扭曲变形主要因焊缝的角变形沿着焊缝长度上整体分布不均以及焊件纵向错边所引发。焊接顺序以及施焊方向存在着不合理性,位置不对称等问题的影响,导致扭曲变形的状况。
2焊接变形产生的原因
电弧焊是常见的熔化焊方法,在焊接的过程中极易导致加热以及冷却不均匀的状况发生,就薄板而言,其中焊接时所导致的热变形以及焊接构件的刚性条件是制约焊接变形根源性因素,而热变形主要受到焊件的刚性约束,导致压缩塑性变形,进而构成了焊接残余的变形。
2.1影响焊接热变形的因素
对焊接热变形产生制约的诸多保证因素方面,主要有焊接方法以及工艺、参数、焊道的层数、施工的方法以及母材的性能等。焊接方法具有很多类型,方法以及工艺不同其所产生的温度差也具有差异,从而构成热变形也各不相同。通常而言,手工焊与自动焊相比,其变形较大,由于手工焊加热不集中,受热区比较宽,因此出现变形较大。在二氧化碳气体保护焊当中,因焊丝比较细,电流的密度大,加热区更为集中,从而导致变形更小。焊接的参数主要包含焊接电流、电弧电压以及焊接的速度。线能量与焊接变形成正比关系。焊接变形伴随焊接电流以及电弧电压加大而增长,伴随焊接速度加快而降低。其中,电弧电压的作用尤为显著,由于低电压高速大电流密度的自动焊变形较小。焊接时,焊道的层数越多,其断面尺寸也越大,焊接变形则越大。不同的焊接施工方法导致的变形大小也存在差异。连续焊以及断续焊的温度场也各不相同,引发的热变形也存在差异。一般连续焊变形比较大,断续焊变形则最小。而焊接母材不同,其中导热系数、比热以及膨胀系数也不同,热变形不同,焊接变形野就存在差异。
2.2影响焊件刚性系数的因素
此环节,具体包含焊件的尺寸大小、夹具的应用以及焊接装配的顺序等方面均会对焊件刚性系数产生影响。其中尺寸变大,刚性加大,焊接变形变小。并且,通过部分固定的夹具,能够加大其刚性,降低焊接变形。
3变形控制措施
3.1加强焊接质量
(1)拼板定位焊.定位前一定要对板缝两侧20mm范围打磨,去油污、水分以及夹渣等。而拼板定位间隙需小于1mm,如果超差则利用砂轮打磨控制。焊接形式为密集点焊,点焊尺寸为5mm~6mm,定位的间距为50mm。拼板的端头安装同属性材质以及同厚度引熄弧板。(2)拼板焊接。焊接的前期,通过压铁以及压板压牢,避免变形。磨平定位焊,同时铺设小车轨道。在焊接的过程中通过分段退焊法,每段退焊长度为1000mm,焊接的增强量≤2mm,大于2mm利用砂轮磨平。焊接完成后检查焊缝的直线度,每米焊缝的弯曲度应小于2mm。主焊缝完工后翻身封底焊,打磨去除表面的油污以及水分等。焊接完成后利用矫平机对焊缝变形进行矫平。(3)构架定位焊。定位焊的前期需加强角焊缝处以及焊缝两侧20mm打磨。定位焊(点焊)焊角小于3mm,间距把控在50mm-70mm左右。点焊过程中通过木榔头以及橡胶榔头敲击降低变形。(4)构架焊接.构架焊接采用自动焊机进行自动焊接,焊接方式为从中间向两边对称焊接,其中每档构架之间用压铁或压板压牢,有效的避免出现变形。焊接的构架定位焊一侧时,要将定位焊打磨干净。构架超过1500mm时需采用分段逐步退焊法。安装构架前,板缝与构架交叉处应打磨至与钢板齐平,确保构架装配间隙,防止因间隙太大增大焊接变形。
3.2采用合理的施工工艺
3.2.1刚性固定法
此方法是将焊件牢固固定在夹具中进行焊接,从而阻碍焊件产生变形。把待焊构件固定在具有足够刚性的平台亦或是胎架上,待焊件上的全部焊缝冷却后,再把刚性固定撤除,通常会在无反变形的状况下利用此方法。刚性固定法能够使构件的焊接变形显著降低,有效避免波浪变形和角变形。在薄板拼焊过程中,要确保场地平整,在焊缝两侧用压板固定。
3.2.2反变形法
反变形法是焊接生产中较为普遍减少焊接变形的方法,实质是依据焊件结构的变形特征,预先给出一个大小相等、方向相反的变形,从而抵消焊件在焊接时所发生的变形,确保焊接后的薄板结构符合设计要求。
4矫正措施
4.1机械矫正法
其方法适用于塑性良好的材料,在矫正时极易导致金属冷作硬化,从而减弱材料的塑性变形能力,且其需大型的矫正设备才能实现。
4.2火焰矫正法
其主要是有效的把控火焰加热的有效温度,若温度过高则材料的机械性能则会降低,温度过低促进矫正效率减小。在矫正冷却后,焊接构件的得到了不可逆的压缩塑性的变形,从而有效的矫正整体构件变形状况。在矫正时,冷却速度对矫正效果的影响并不明显,因此,在具体操作的过程中,为了提升工作效率以及矫正的效果,大多数利用边加热边喷水冷却的方法。
结束语
综上所述,国内外学者根据薄板焊接过程当中存在的问题完成了有效的探讨,在很大程度上能够很好的降低焊接变形。但因薄板焊接变形过程中具有复杂性以及多元性,大部分状况下,办法效率依然有待提升。所以,需加强研究力度,同时还需配合其他控制焊接变形的措施,进一步增强焊接质量。
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