高強(qiáng)鋼焊接變形預(yù)防控制工藝

1、第4期(總第173期)2012年8月機(jī)械工程與自動(dòng)化MECHANICALENGlNEERING＆AUT()MAT10NNO4Aug文章編號(hào)：1672—6413(2012)04—0115—03高強(qiáng)鋼焊接變形預(yù)防控制工藝孔森，劉翠榮，牛興海(太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024)摘要：WELTEN950PE高強(qiáng)鋼在工程機(jī)械行業(yè)被廣泛應(yīng)用，然而當(dāng)焊接件的焊縫較長時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)凹、外凸、旁彎等焊接變形。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)性能與安全設(shè)計(jì)要求

2、，采用“預(yù)留反變形、焊縫加墊板、組對(duì)零間隙、取消打底焊”的工藝方案，以有效控制STC75臂架焊接變形，尤其是解決嚴(yán)重內(nèi)凹與外凸問題。研究結(jié)果將有助于STC75臂架冷作工藝的改進(jìn)，對(duì)臂架冷作質(zhì)量提升具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼焊接；變形控制；墊板；焊接變形中圖分類號(hào)：TG44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言隨著高強(qiáng)鋼在工程上的廣泛應(yīng)用，其變形的控制成為迫切需要的解決問題之一。起重機(jī)臂架為典型的箱型梁結(jié)構(gòu)，由于其焊縫長，焊接應(yīng)力和變形較大，如果不

3、采取合理的設(shè)計(jì)及施工工藝方案，就會(huì)在焊接時(shí)出現(xiàn)變形進(jìn)而嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)無法正確地安裝和使用。本文針對(duì)起重機(jī)臂架在焊接加工時(shí)出現(xiàn)的變形，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了合理的施焊方案，使變形減小到最小狀態(tài)，以滿足結(jié)構(gòu)的使用要求。1焊接變形11焊接變形產(chǎn)生的原因焊接時(shí)不均勻的熱輸入是產(chǎn)生焊接應(yīng)力及變形的主要因素。熱輸入通過材料因素和結(jié)構(gòu)因素產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和外拘束，從而影響熱源周圍的金屬原子運(yùn)動(dòng)，最終形成了焊接應(yīng)力和變形[1]。12焊接變形的

4、類型焊接變形是由于焊接進(jìn)行時(shí)焊區(qū)的收縮變形引起的，表現(xiàn)為構(gòu)件局部的鼓起、彎曲以及扭曲等，主要有縱向收縮及橫向收縮、彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形等。13焊接變形、焊接應(yīng)力的主要影響因素焊縫尺寸、焊縫數(shù)量、焊縫相對(duì)位置、材料的熱物理性能、焊接工藝方法、焊接規(guī)范參數(shù)、施焊方法等都是影響焊接變形以及應(yīng)力的因素。構(gòu)件的尺寸、形狀、夾具、焊縫布置、裝配焊接順序等是影響剛度的主要原因。焊接構(gòu)件在拘束力小的條件下，焊接應(yīng)力大，變形??；反之，焊接

5、應(yīng)力小，變形大?？傊?，焊接應(yīng)力和變形是在多種因素交互作用下而導(dǎo)致的結(jié)果。2試驗(yàn)方案及工序21試驗(yàn)方案本次試驗(yàn)對(duì)象為STC75臂架各節(jié)臂，材料為WELTEN950PE低合金超強(qiáng)精細(xì)鋼。(1)對(duì)四、五節(jié)臂做預(yù)留反變形，焊縫加墊板，組對(duì)零間隙，取消打底焊；墊板長度為10000mm，厚度為3mm，寬度為30mm。(2)對(duì)一、二、三節(jié)臂作預(yù)留反變形，不加墊板，組對(duì)間隙為2mm。具體要求見表1。表l試驗(yàn)方案及具體工藝要求組對(duì)間隙反變形量序號(hào)臂架類別

6、墊板打底試驗(yàn)次數(shù)mmmm1一、二、三節(jié)臂無2是222四節(jié)臂有O否223五節(jié)臂有O否2222工序流程本次試驗(yàn)分為加墊板與不加墊板兩種工藝，其中筒體內(nèi)側(cè)加墊板試驗(yàn)的生產(chǎn)流程如圖1所示。221加墊板工序說明(1)彎板折彎成形：控制彎板折彎精度是控制變形的第一道工序，工藝要求彎板預(yù)留2mm～4mm的反變形量。(2)下彎板焊接加強(qiáng)板：在下彎板焊接加強(qiáng)板位置預(yù)留8mm～10mm的正反變形量后焊接加強(qiáng)板。(3)下彎板加墊板：組對(duì)前在下彎板內(nèi)側(cè)坡口附近

7、焊一長條鋼板作為永久襯墊，將襯墊以間斷焊形式焊在下彎板上，保證襯墊與下彎板內(nèi)側(cè)面緊密貼合，墊收稿日期：20120222；修回日期：2012—03—02作者簡介：孔森(1985一)，男，山東棗莊人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)楹附庸に囘^程控制及自動(dòng)化。學(xué)兔兔www.xuetutu.com2012年第4期機(jī)械工程與自動(dòng)化驗(yàn)是：先焊加強(qiáng)板，后焊接襯墊，然后再進(jìn)行組對(duì)、蓋面工序，襯墊與下彎板的焊接盡量保證其與下彎板緊密貼合，組對(duì)時(shí)保證零間隙。

8、表3為STC750五節(jié)臂直線度、內(nèi)凹與外凸變化。從表3可以看出，通過加墊板試驗(yàn)措施，STC75五節(jié)臂筒體直線度與內(nèi)凹、外凸變形得到明顯改善，其中直線度最大偏差為3mm，內(nèi)凹最大偏差為3mm，沒有出現(xiàn)外凸現(xiàn)象，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說明“預(yù)留反變形、焊縫加墊板、組對(duì)零間隙、取消打底焊”工藝措施可有效控制STC75五節(jié)臂簡體焊接變形。表3STC750五節(jié)臂直線度、內(nèi)凹與外凸變化蓋面填充焊后變形最大值設(shè)計(jì)要求備注試驗(yàn)序號(hào)AfB面直線度內(nèi)凹外凸全長直

9、線A3—3O度≤4；75／5一O1外凸絕對(duì)B3—250合格值≤1；A2—3O內(nèi)凹絕對(duì)75／5一O2B3—3O值≤55結(jié)論根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采取組對(duì)預(yù)留2iTlrn反變形量工藝措施可有效控制STC75一、二、三節(jié)臂的焊接變形，采取“預(yù)留反變形、焊縫加墊板、組對(duì)零間隙、取消打底的措施”可有效控制STC75四、五節(jié)臂的焊接變形，焊后直線度與內(nèi)凹、外凸均可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有效預(yù)防、控制了焊接變形。參考文獻(xiàn)：[1]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)焊接手

10、冊(cè)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007[2]田錫唐焊接結(jié)構(gòu)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991[3]王國凡鋼結(jié)構(gòu)焊接制造[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[4]付榮柏起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)制造工藝[M]北京：中國鐵道出版社，1991[53中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)，哈爾濱焊接研究所焊工手冊(cè)(手工焊接與切割)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991[63劉云龍袖珍焊工手冊(cè)[M=]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002PreventionandControlTe

11、chnologyofHighstrengthSteelWeldingDeformationKONGSenLIUCu|‘rong，NIUXinghai(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，TaiyuanUniversityofScienceandTechnology，Taiyuan030024，China)Abstract：WELl’EN一950PEhighstrengthsteeliswidel

12、yusedinconstructionmachineryindustryHowever，whentheweldseamofaweldingpartislonger，iteasytoproduceweldingdeformationsuchasconcaveandconvex，lateralbendingBasedonactua1productionperformanceandsafetydesignrequirement。atechno

13、logyprogramisproposed。whichissettingasidetheanti—deformation，plussingweldpad，matchingwithzerogap，cancellingthebackingweld。inordertoeffectivelycontrolthewelddeformationofSTC75boom，especiallytosolvethesevereconcaveandconve

14、xThefindingswillcontributetotheimprovementonthecoldformingtechnologyperfornancesofSTC75boom，toenhancethequalityoftheboomKeywords：highstrengthsteelwelding；deformationcontro1；plate；weldingdeformation(上接第114頁)參考文獻(xiàn)：[1]李秀軍寶鋼1

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17、，China)Abstract：Totheshapeproblemof1420doublestandstempermillofMeiSteel，afteralotoffieldexperimentsandtheoretiealanalysis，fullyintegratingtheequipmentandprocesscharacteristicsoftempermill，aimmingatimprovingtheshapeofprod

18、uctweoptimizetherollshapeofworkandbackuprollsofl#and2#standsOnthatbasisaccordingtothecharacteristicsofrollingtechnology，theparametersofrollingforceandbendingforceof1#and2#stands，andforwardtension，middletension，backwardte

19、nsionwereusedtooptimizeWiththeapprovementofusers，agoodresultisobtainedThewasterateofshapeproblemisgreatlyreduced，andthismethodisworthfurtherextendingKeywords：tempermill；stripshape；curveofrollshape；rollingparameters學(xué)兔兔www