大型结构件的焊接变形控制.doc

大型结构件的焊接变形控制
大型结构件的焊接变形控制
梁晓宇王文尔
(南阳石油机械厂河南南阳市 473006)
摘要:大型焊接结构件在当今的工业生产领域中正得到越来越广泛的应用,而且对其自身的尺寸精度和形位公差提出了更高的要求。本文从焊接变形产生的机理、原因、控制焊接变形所应采取的措施等方面进行了有益的探索,提出了9项措施减少焊接变形,并对焊后如何减少接头焊接应力、焊接变形矫正等方面提出解决方法。
关键词:焊接变形机理控制措施
1 焊变形产生的机理
众所周知,焊接过程是利用电弧热、物理热、化学热等热能将母材金属及焊材融化形成焊接熔池,熔池凝固从液相转变成固相的结晶过程,本质上是一个冶金过程。焊接凝固和铸造凝固虽然都经历结晶成核、,长大的过程。但前者是非平衡凝固,后者是平衡凝固,二者有很大区别。
(1)、焊接熔池体积小,冷却速度快。其平均冷却速度高达100ºC/S,约为铸造的104倍。所以焊缝金属中极易形成气孔、裂纹、夹杂、偏析等缺陷。
(2)熔池中的液态金属处于过热状态,熔池中心与边缘的液态金属温度梯度比铸造高103-104倍。
(3)熔池在运动状态下结晶,结晶前沿随热源同步移动,结晶主轴逆散热方向并向热源中心生长,到焊缝中心区停止生长。此区是杂质易聚集区。
(4)、母材融合线上存在大量现成表面,在半融化晶粒上形核后外生长成联生结晶。表现出焊接熔池非均质形核的特点。[1]
焊接过程的这些特点使得结构件在焊接过程进行当中,当其局部受热时,因受其周围构件约束不能充分伸展,产生压应力;当其冷却时,因焊缝收缩而产生拉应力,使焊件产生弯曲变形。故当焊接过程结束后,焊件内部既存在着压应力又存在着拉应力,既存在着弹性变形又存在塑性变形,焊缝内部因焊缝收缩产生压应力,焊缝周边的母材金属因受拉而产生拉应力。可以说这些应力和应变的产生是不可避免的。因此,我们应利用此机理对焊接结构件从结构设计、焊接工艺因素两个方面控制其对焊接变形的影响。
2 结构设计方面应注意的问题
1)在结构许可的情况下尽量减少焊缝数量
焊缝数量少,需要输入的焊接热能就小,焊接变形就会减小。我厂生产的天车底座其上下平面原来按形状分别由4-6块钢板拼焊而成,焊接变形大且难以矫正,后上下底面改用整板下料至做,减少了十几道焊缝,焊后整体变形很小,节约了工时和焊材,效果十分显著。用钢板焊接的箱体类,若厚度在10mm以下,可先将钢板弯曲成一定形状然后再进行焊接,这样不但可以减少焊缝数量,使焊缝对称和外形美观,而且可以提高构件刚度,减少构件变形。我厂生产的各种油箱、水箱,原来用6块钢板在棱边处焊接,刚性差,焊接变形大,需要焊6道焊缝。后改为前后面折边,两端封板,这样只需下4块板,焊4道焊缝即可,且刚性好,焊接变形小。
2)理设计焊缝形式及尺寸
对接焊缝的受力状况好于角焊缝,因此,在可能的情况下优先采用对接焊缝。我们知道,焊缝尺寸越大,须填充的焊接材料就越多,焊接时输入焊件中的热量就越大,焊缝收缩时产生的内应力就越大,焊件的焊接变形就越大。因此,在满足强度要求的前提下应尽量减小焊缝尺寸。
3)焊缝位置应尽量对称布置
在焊接过程中,焊件因局部受热和快速冷却内部产生压应力和拉应力而产生应变。当焊缝位置对称时,焊缝冷却时产生的应力和应变就可以相互抵消一部分,整体上就可以得到较小的变形。