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一种实用的冲压机箱型主体焊接生产工艺

2013-11-01 10:23设备大视野人气:8


 蒋才城,

(岳阳市科学技术协会,湖南  岳阳    414000

 

摘 要大型冲压机械箱体结构的焊接制造除要采取良好的结构设计之外焊接施工顺序也是确保焊接结构件质量 的关键。依照本文介绍的焊接施工流程确定相应的焊接工艺参数,设备制造厂可直接用来规范生产实践。

关键词:焊接;变形;残余应力

中图分类号TG443            文献标识码:A              文章编号:1672-5298(2007)01-0070-04

 Manufacture for welding construction of main structure straight side press

 

JIANG Cai-cheng1TANG Hui2

1. Yueyang Industrial Technology Institute, Yueyang 414000 , China; 2. Yueyang Technology association , Yueyang 414000, China

 

Abstract: Welding construction of main structure straight side press should effectively dominate the deflection and residual stress from thermal stress to avoid deformation and breakage of frame. For facilities maker, standardization of construction and decide every welding parameter, to make sure different welding machine and personnel can achieve the same welding quality.

Key words: weldingdeflectionresidual stress

 

   引言


  大型箱型结构件,目前仍然以焊接为主要制造方式,由于焊接热应力会使结构件产生焊接变形,在焊接生产中,必须进行多次消除焊接应力,但是采用大型退火炉退火消除焊接残余应力,既不方便也浪费工时,对设备制造造成很大困难。因此,针对大型构件,应通过设计措施和工艺措施双管齐下,即采取特殊的结构设计和适当的装配焊接施工操作流程,这样,不但可以有效地控制焊接变形量及残余内应力,还可以增加结构件的强度,并能确保设备精密度和稳定性,同时也可以大幅度降低大型构件的施工成本和制造周期,这是大型构件一种值得推广的焊接制造方法。


  本文在此简要介绍冲压机械箱型主体的焊接制造工艺技术要点,以供行业内参考。


  1箱型主体焊接结构设计


  大型焊接结构设计首先须考虑符合焊接施工标准规范,目前普遍采用的有国家标准GB50017-2003钢结构设计规范、台湾CNS标准、日本JIS标准、美国焊接协会的钢结构焊接法规AWSCodeD1.1及美国机械工程协会的钢结构焊接法规ASMESectionIX等,都是用来规范焊接施工工作流程和焊接施工的选用参数,设计时必须遵照所选用的法规之规定,以确保焊接结构件的质量。


  冲压机械大型焊接结构在设计时,主要应考虑负载、构件尺寸、焊接应力、焊接变形等因素。其中负载在决定冲压机吨位数时已经被决定,构件尺寸也是在设计冲床主结构时已确定,因此,焊接结构的设计重点,就是构件局部配合尺寸和焊接应力、变形等因数。


  为确定这些因数,首先需进行强度计算。焊件强度设计时,通常依照下面的程序:


  (1)考虑材料的材质特性和截面特性,依结构件的大小和变形计算构件的额定载荷;


  (2)根据额定工作应力、允许变形量和工作载荷的大小决定构件的板厚和焊缝尺寸;


  (3)选择合适的安全系数。安全系数的考虑是一般机械设计的重点,焊接结构件强度设计时应合理选用安全系数。由于安全系


  数一般是个经验值,选择时虽然容易,但是误差可能很大,这对于焊件生产成本影响很大。因此在焊件强度设计时,必须考虑负载的特性并参考焊件使用母材、焊接材料以及不同焊接方法来决定。以普通碳钢材料承受静载荷为例,可以选取3~5倍的安全系数,其他材料及交变载荷或冲击载荷,则应根据情况加大安全系数。


  决定大型构件强度大小的关键部位是焊缝的有效面积,因此,焊缝的设计是焊接结构件设计的重点。开坡口对接焊和填角焊的有效面积,等于焊缝有效长度乘以焊缝有效深度,任何开坡口的有效长度,不论其为何种坡口形式,最大有效长度必须垂直于拉应力或压应力方向连接件的宽度。对于传递剪切应力的开坡口焊,其有效长度也相同,焊缝的有效深度则是指焊缝根部到焊缝表面的最小距离。一般制造厂为了节约制造成本,焊缝尺寸以满足客户强度要求为准。而制造厂要有效控制制造成本,一般会避免过大的安全系数设计,母材尽量避免选用高强度钢板,以降低预热和焊后热处理成本。


  焊缝开坡口的角度也是决定焊接强度和焊缝内应力的主要因数之一,各种厚度板材所需的焊缝开坡口角度,可以依照JIS及AWS的规范来实施(见图1,表一)。


一种实用的冲压机箱型主体焊接生产工艺.jpg

焊接形式1/3 厚度两面开

 

表 1  焊缝开坡口角度规格表

一种实用的冲压机箱型主体焊接生产工艺2.jpg

  2箱型主体构件焊接施工工艺

 

  焊接施工时,须先建立符合选用法规如AWSCodeD1.1及ASMESectionIX或GB50017-2003等的相关条款的焊接工艺流程和工艺参数,再依据产品特性和焊接设备的特性,选择适用于熔化极气体保护焊(GMAW)或药芯焊丝电弧焊(FCAW)的电流、电压、焊接速度、焊前预热等焊接参数,减缓冷却速率,减少输入热量,以降低焊缝收缩率和收缩应力。此工艺选用的要点在于,提供适当的施工应用范围,让不同的焊接设备与人员能达到相同的焊接质量。

 

  合理的焊接顺序非常重要。遵守合理的焊接顺序,能减少焊接过程中的焊接变形量。施工中,通过有效掌握各个零部件装配焊接所产生的内应力的方向和大小,使焊接应力符合结构设计规范,同时可以

 

  分散残余应力来防止焊缝裂纹出现,确保结构强度,以获得良好的结构尺寸精度和产品质量。焊接施工前一般根据焊接结构件的装配顺序,并依据焊接基本原则和残余应力产生原因及预防方法,拟定结构整体的焊接施工顺序。主要原则如下:

 

  (1)避免应力集中,焊接时应从中央向外部焊接,让焊接产生的热应力向外扩散降低应力。

 

  (2)对厚板和轴座部位须分段分次焊接,必须尽量减少焊接翻转次数,绝不可以采用单面一次焊接完成的施工方式。

 

  (3)焊接时,严格遵守焊接施工参数,采用合理的电流、电压、速度等焊接参数,以避免大量焊条熔化流入现象。

 

  (4)施工时适用对称焊接,让热量均匀对称分布,以避免产生不对称的内应力。

 

  (5)遵守开坡口或倒角基准,严守焊接准则,确保焊接接头强度,降低应力集中。

 

  (6)开坡口后要进行表面清洁工作,让焊缝结合紧密,提高焊接品质。

 

  (7)对于会产生较大内应力的焊接部位,焊前先用刚性固定法增加约束,来减小焊接中的变形量。

 

  (8)过大压应力及加热温度,都可能增加内应力,所以必须注意焊接过程中各种焊接施工方向,焊接接头所承受的压力及焊接施工中的加热温度的变化以及是否会有急冷现象加以控制。

 

一种实用的冲压机箱型主体焊接生产工艺3.jpg

        对照以上原则,箱型结构的各种焊接顺序,可以参考下列焊接顺序图例实施,包括对接焊(图2)、填角焊(图3)、交叉T型焊接(图4)、对接与角接焊混合焊接(图5)、组合构件焊接(图6)。焊接结构设计完成后,主要管理重是利用焊接顺序控制焊接应力,使结构件的所有子构件的内应力都在设计规范许可范围内,因此,焊接顺序就成为整个焊接生产的控制要点。当然,其他因数也会影响焊件的质量,施工时应谨慎对待。

一种实用的冲压机箱型主体焊接生产工艺43.jpg

  为了确保焊件质量,对焊缝的检验是判断焊缝质量、发现焊接缺陷的重要手段。一般常用的焊缝检查项包括开坡口尺寸检查、成品尺寸检查、焊缝外观检查、无损检测等项目,对于结构件的焊缝检验标准,可以参考GB/T12467-1998焊接质量要求、GBl0854-90钢结构焊缝外形尺寸、JB/ZQ3680焊缝外观质量等规范。

  主要检验内容是针对焊缝的机械性能进行检测,包括:抗拉强度、抗压强度、抗剪切强度,抗扭曲强度、塑性、硬度、疲劳强度、抗冲击性能等各种机械性能作检测,这些通常属于破坏性检验,对于结构成品只能采用推估方式。非破坏性检验常用作成品质量检验,主要有:磁粉探伤(MT)、超声波检测(UT)、渗透探伤(PT)、射线探伤(RT)、涡电流检测(ET)、目视检验(VT)等方法。各种方法主要用来检测焊件的各种机械特性,作为改善的依据。

  4结论

  大型冲压机箱型构件,采用合适的构型设计和适当的焊接施工顺序,可以有效控制焊接变形量及残余焊接应力,是一种以材料成本和焊接成本增加来换取退火成本降低的制造方法。它最大的好处在于改善了之前使用大型加热炉具加热和长时间等待冷却以消除焊接应力的制造过程,工时大量减少,技术上又方便可行。

  在实施这种制造方案时,应从焊接结构设计、焊接工艺措施,焊后质量检验三方面严格控制,以确保设备精度和稳定性。在冲压机械制造厂内,将这种制造工艺制定成工艺文件,将各工艺参数标准化,将能起到指导焊接生产人员生产操作的作用。

  参考文献:

  [1]王云鹏.焊接结构生产[M].北京:机械工业出版社,2002.

  [2]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京:机械工业出版社,2002.

  [3]斯重遥.焊接手册-焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1992.

 

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