CN1009280B - 防止壁板垂弛的方法和装置 - Google Patents

Abstract

防止壁板垂弛的方法和装置。将一块板件放在一个将要在其上固定该板件的骨架上，骨架由一支承装置支承，板件的两个端部由一个电阻加热装置的夹持电极夹紧使电流经夹持电极流过该板以把该板件预热到一个预定的温度，并使其热膨胀。用焊接机将该板件焊接到骨架上，在焊接后的冷却过程中，由于热收缩变形，就在板件中产生了一个拉伸残余应力。在板件带有一个切除部分的情况下，将用以短路该切除部分的导电元件放入切除部分内以形成用于预热板件的导电通路。

Description

本发明涉及一种防止壁板发生垂弛的方法，这种壁板是用于安装在车辆、船舶、建筑物等的顶盖结构、侧壁结构等结构中的，本发明还涉及使用这种方法的一种装置。

近年来，在上面列举的那些结构中，都迫切地需要减轻重量，因此促进了薄型结构的发展。低碳钢、不锈钢、铝合金等就常常被用来制作壁板的板件。随着不断的减薄，外板在焊接和组装后会不可避免地出现“垂弛”现象。这就造成“垂弛”的部位的局部强度问题和壁板外观的问题。

并且，为了消除焊接变形，已公开过一种方法，它把很多标准形状的钢板焊成一个长板，然后在对该板加载在使其过拉伸的情况下将其固定到一个骨架上（例如，见日本公开特许公报昭53-39261）。还有一种方法，在加工成上述的长板后，对该板加载过拉伸并且还进行预热，使其膨胀，然后将其固定到一个骨架上（例如，见日本公开特许公报昭54-20185）。然后，这两种方法都要求有大型的拉伸装置和加热装置，因此需要高昂的安装费用和很多工序。还有一个缺点，就是不能精确地控制设定的加热温度。还提出过一种方法，就是把一块尺寸较小的板件放在一个加热箱内，将这整块板加热到一个预定的温度，然后焊接到一个骨架上（例如，参见日本公开特许昭NO.60-60791）。然而，这种加热箱结构复杂，而且，对于大尺寸的外板，就需要按比例加大的加热箱，这带来了要有大的占地面积和大的加工车间的问题，安装费用就变得很高。

另外，还公开过一种方法，就是将一块具有一个用作门或窗的开 口的板件放在一块隔热材料上，这块隔热材料位于一个平台上，将诸如一个加热器或一块热铁板之类的加热装置放在该板件上，而该加热装置由加压装置（如压力机）压紧并接触式加热该板，然后将板焊接到一个骨架上（例如，参见日本公开特许公报昭53-39262）。但是，这种方法的缺点在于它的加热装置和加压装置需要根据板的尺寸按比例加大，而且很难操纵。

考虑到已有技术的这些问题，本发明的目的是提供一种防止壁板垂弛的方法和装置。根据本发明，在薄板的装配过程中可以避免出现“垂弛”现象。

本发明的目的是这样来达到的，第一方面，本发明的特征在于包括以下步骤：把一块板件放在一个将要在其上固定该板件的骨架上，用电阻加热装置的夹持电极将所述的板件的两个端部夹紧，使电流经所述的夹持电极流过该板件，这样将该板件加热到一个预定的温度并使其热膨胀，然后将板件焊接到所述的骨架上，该板件在焊接后的冷却过程中，由于热收缩变形在该板件上就产生了一个拉伸残余应力。第二方面，本发明的特征在于包括以下步骤：把一块板件放在一个将要在其上固定该板件的骨架上，用电阻加热装置的夹持电极将所述的板件的两个端部夹紧，将用以短路所述的板件的一个切除部分的导电元件放入该切除部分以形成导电通路，这样将该板件加热到一个预定的温度并使其热膨胀，然后将该板件焊接到所述的骨架上，该板件在焊接后的冷却过程中，由于热收缩变形，在该板件上就产生了一个拉伸残余应力。第三方面，本发明的特征在于包括用以支承一个骨架的支承装置，用以预热一块板件的电阻加热装置，用以将所述的板件焊接到所述的骨架上的焊接装置，所述的电阻加热装置由夹持电极构成，该夹持电极可拆地夹紧所述的板件的两个端部以使电流流过该板 件，还包括导电元件，该导电元件被放入所述的板件上的一个切除部分内以短路所述的切除部分。

上述方法的作用在于，板件在固定到骨架上之前通过电阻加热装置的夹持电极和导电元件预热到一个预定的温度以使其热膨胀，然后焊接。这样，在冷却过程中，由于热收缩变形，就在板中产生了一个能阻止“垂弛”的拉伸残余应力。

以下附图示意地说明本发明各方面的特征，其中：

图1是一个外透视图，所示的状态为一块板件的两端由电阻加热装置的夹持电极夹紧;

图2是一个外透视图，表示出分解状态下的夹持电极;

图3是一个导电元件的透视图;

图4是一个曲线图，表示在加热后的自然冷却阶段中板的冷却特性;

图5是一个示意图，表示一块板试件在加热试验中的温度分布;

图6和图7为示意图，分别表示一块具有一个切除部分的板试件在加热试验中的温度分布。

下面，将参照附图来说明本发明的实施例。

图1至图3所示的电阻加热装置是用于生产一种壁板，该壁板由一个板件2和一个在其上固定该板件的骨架（图中未示出）结合而成。防止壁板垂弛的装置（图中未全部示出）由一个公知的用以支承骨架的支承台，用以预热板件2的电阻加热装置1和公知的焊接装置（图中未示出）构成。支承台由枕木、支座等组成，并设置在地上。焊接装置由点焊机或类似设备构成。电阻加热装置和焊接装置设置成可以相对于骨架移动，骨架由支承装置水平地支承在一个合适的高度上，板件放在骨架上。

电阻加热装置1包括夹持电极3和一个或多个导电元件4。夹持电极可卸地夹紧板件2的两端，并且可以直接使电流通过，从而加热了板件2。参见图2，每个夹持电极包括由铜合金或类似材料制作的一个上电极棒5和一个下电极棒6，以及由钢或类似材料制作的夹钳7。在本实施例中，上电极棒5和下电极棒6制成截面为矩形的直条形状，并在上电极棒5的上表面上固定了一个用以连接电导线的接线端片8。

每个夹钳7都有一个锁紧螺栓9和一个托架10，夹钳7沿两个电极棒5、6的长度方向等间距排列，以保证均匀的导电性能。上电极棒5、板件2和下电极棒6由锁紧螺栓和托架使它们在压力接触的状态下固定并结合在一起。在需要能迅速拆卸的情况下，也可以在上电极棒上装一个公知的手动夹来代替锁紧螺栓。

导电元件4用于在预热板件2时靠直接通电来短路该板的切除部分或空格，以构成导电通路。参见图3，这个导电元件采用例如1.6mm厚的铝合金板做成字母I一样的形状，它有一长条部分4a和位于其两端的固定部分4b、4b。它的长条部分放在切除部分（在后面的加热试验中将要叙述的B）内，固定部分4b、4b通过公知的固定和结合装置，如手动夹或钳子可卸地固定到切除部分B的周边处，这样，短路切除部分的导电通路就形成了。为了快速地适应切除部分B的形状变化，备有各种长度的导电元件4，或者有时可采用横截面适当的导线来制做。按照需要，导电元件4安排的方向可与夹持电极3、3的端面方向（即电流在电极内的流动方向）平行或倾斜。

下面，将叙述一种采用电阻加热装置1来防止壁板的垂弛的方法。

首先，将板件2放在骨架上，骨架由设置在地上的支承装置水平地支承在某一适当高度上。然后，在一个要首先预热的第一加热位置上，将板件2在宽度方向上的两个端部2a、2a用夹持电极3、3夹住，并用锁紧螺栓9、9……固定且压紧在一起。在板件2具有切除部分或切除空格B的情况下（参照图6或图7），将导电元件4固定在切除部分上的所需部位，以形成导电通路。然后，通过夹持电极3、3对板件2进行通电，使其预热到一个预定的温度T（将在以后叙述）以产生热膨胀。随后，将夹持电极3、3从第一加热位置移开，并移到第二加热位置并夹紧在第二加热位置上的一块板件2的在宽度方向上的两个端部。同时，位于第一加热位置的板件2被快速地定位并焊接到骨架上。重复上述同样的操作过程，就可对位于第二加热位置和其后的加热位置上的板件2进行加热、定位和精焊。试验证明，如果适当地和可靠地进行定位焊接的话，在仍然保存有热量的板件2上不会形成过大的拉伸应力，并且在可靠地精焊同时，板上能产生足够的拉伸残余应力。如果避免用要焊接的部位作为夹持电极的夹持部位的话，在不需定位的情况就进行精焊是决不会造成任何问题的。另外，也可以采用将夹持电极切去一部分或开孔用以进行定位焊的方法，该方法是很方便的，因为板件可以在夹持电极卸去之前就进行定位焊。在精焊中，点焊对于这种壁板是很适合的，而象电弧焊之类的连续焊接是不适合的，因为这会引起变形的增加。靠精焊的方法固定在骨架上的板件2由于在随后的自然冷却中的热收缩变形在板件2上形成了一个拉伸残余应力。这样，能避免任何“垂弛”现象的壁板的生产就完成了。在板件2的加热中，板件2的加热温度可以这样来控制：根据需要将温度传感器预先设置在板件2的适当位置上，将加热时温度传感器的检测信号同夹持电极3的电路相联。

具体地说，一个传感器设定在所需的最低温度上，另一个设定在所需的最高温度上，这样就将加热温度控制在二者之间。

板件2加热时设定的预定温度T，应能使板件2得到所需的拉伸残余应力，这应该考虑以下因素：板件2的材料、环境温度、骨架的强度、加热后板件2的处理、从定位到开始精焊所需的时间等等。以下举一例来计算预定温度T，其条件为采用1.5mm厚的不锈钢板作为板件2，环境温度约为20℃，从加热后的板件取出并定位到开始精焊的时间约为1分钟。

已知为防止板件2在焊接后出现焊接变形所必须的拉伸残余应力约为15kg/mm²左右。板件2和要在其上固定该板件的骨架之间的、用以产生上述拉伸残余应力的温度差X用下面这个公式估算：

X＝k·σ/σy

其中：σ：拉伸应力，

σy：屈服应力值或弹性极限应力值，

k：产生相应于σy的拉伸应力的温度差。

将σ＝15kg/mm²，σy＝52.7kg/mm²及k＝154℃分别代入上述公式，可得温度差约为44℃。同时，可从图4所示的不锈钢板在加热后的冷却曲线图中读得（例如在接近90℃时）一个冷却比值：

约为    6℃/min

温度差X应为板件2焊接固定完毕那一时刻所需的温度差。因此，假设从加热完到定位焊接完成所需的时间约为1分钟，并且环境温度即骨架的温度为20℃，板件2加热的目标温度变为：20℃+44℃+6℃＝70℃。所以，板件2在产品生产过程中的预定温度应该合理地设定在大约80℃，并有一个容差，以此来作为前面所述的加热 的目标温度。

对此，以下将描述加热试验的要点。在80℃温度下对形状各一的不锈钢板进行均匀加热，这些不锈钢板是用作板件2的。

图5所示为一块板件的表面温度（用℃表示），这是对一块1245mm宽，2400mm长，1.5mm厚，且没有切除部分的不锈钢板试件P₁靠夹持电极A、A直接进行热传导的加热试验后测得的。加热试验是在以下条件下进行的：导电电流为4000安培，总导电时间（脉冲导电频率为20Hz）为3分钟，所得到的结果令人非常满意，其最高温度为88℃，最低温度为71℃。

图6所示为一块板件的表面温度（用℃表示），这是对一块1245mm宽，3155mm长，1.5mm厚，且在其中央有一个950mm宽，1420mm长的切除部分B的不锈钢板试件P₂进行加热试验后测得的，加热是采用夹持电极A、A的直接传导加热。加热是在以下条件下进行的：通电电流为3100安培，导电时间（脉冲导电电流频率为20Hz）为3分钟。结果在切除部分B的两侧产生了强烈的加热作用，并且测得最高温度为207℃，最低温度为27℃。

图7所示为在一次加热试验中板件P₃的表面温度，在这个加热试验中，为了消除温度分布的这种显著差异，由1.6mm厚的铝合金板制作的导电元件C放入切除部分B内。这次加热试验是在以下条件下进行的：导电电流为4100安培，总导电时间（脉冲导电电流频率为20Hz）为3分钟。结果温度分布的差异大为改善，所得结果接近前述的目标加热温度80℃。为了进一步提高温度，导电时间或电流强度可设定得高一些。

在这些实施例中，只试验了平的板件。然而，如果该骨架具有足 够的强度，并且能够承受拉伸残余应力，甚至一个本身为曲面的壁板也可以这样来制作。在这种情况下，所需的夹持电极也与该曲面的形状一致。

在不卸去夹持电极而进行定位焊的情况下，卸下电极和移走电极之间所需的时间省去了，并且在加热后立即进行精焊的情况下，总时间中用以定位焊的时间也省去了。这样，加热的温度当然要根据省去的时间降低。

本发明就是由以上所叙述的内容构成。就是说，根据本发明特点的第一方面，它的作用在于输入能量能根据材料和板件的尺寸快速地调节，并能用传感器很容易地进行控制。本发明特点的第二方面，除了第一方面的作用，它的作用还在于能在带有一个切除部分的板件上形成一个防止壁板垂弛的拉伸残余应力，使得“垂弛”显著降低。另外，根据本发明将点的第三方面，用于预热板件的电阻加热装置靠采用夹持电极和导电元件来快速地适应板件的材料，大小和厚度以及切除部分的几何形状的变化，它的作用在于壁板产品的质量大为提高，并且没有防止壁板垂弛的现有技术的方法装置中受壁板尺寸限制的问题，而且还能很容易地进行温度控制。本发明的所有特点都适合于流水作业并有助于提高生产效率。

Claims (5)

1、一种防止壁板垂弛的方法，包括以下步骤：把一块板件放在一个将要在其上固定该板件的骨架上，将板件的两端用夹具夹紧，再将板件加热到一个预定的温度并使其热膨胀，然后将该板件焊接到所述的骨架上，板件在焊接后的冷却过程中由于热收缩变形在该板件中产生了一个拉伸残余应力，其特征在于：所述的夹持板件两端的夹具为电阻加热装置的夹持电极，所述的加热板件的步骤为使电流经所述夹持电极流过该板件来加热板件。

2、一种防止壁板垂弛的方法，包括以下步骤：把一块板件放在一个将要在其上固定该板件的骨架上，将板件的两端用夹具夹紧，再将板件加热到一个预定的温度并使其热膨胀，然后将该板件焊接到所述的骨架上，板件在焊接后的冷却过程中由于热收缩变形而在该板件中产生了一个拉伸残余应力，其特征在于：所述的夹具为电阻加热装置的夹持电极，并且在所述的夹持电极夹紧板件后，将导电元件放入所述的板件的一个切除部分内用以短路该切除部分以形成导电通路，再使电流经所述的夹持电极流过该板件来加热板件。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于电阻加热的温度可采用一个温度传感器来控制。

4、一种防止壁板垂弛的装置，包括：用以支承一个骨架的支承装置，用以预热板件的加热装置，用以将板件焊接到骨架上的焊接装置，其特征在于：所述的加热装置为电阻加热装置，它包括夹持电极，该夹持电极可卸地夹紧所述板件的两个端部以使电流流过该板件。

5、根据权利要求4所述的防止壁板垂弛的装置，其特征在于：所述的电阻加热装置还包括导电元件，该导电元件可卸地放入板件的一个切除部分内以短路该切除部分。

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