CN104400238A - 一种h型大梁焊接变形控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种H型大梁焊接变形控制装置，包括：连接在上翼板上表面的上压板，对称连接在腹板两侧的左压板及右压板，连接在下翼板下表面的下压板，左压板及右压板通过连接螺钉与上压板与下压板连接，控制上翼板及下翼板的位置不会发生角变形，左压板及右压板的内侧边顶设在腹板的左右侧面。与现有技术相比，本发明在焊接过程中，实现了工件变形后的精度尺寸，保证了工件的装配工差，减少了后续矫形工序，减少了热源的输入，避免对母材性能的影响。
Description
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，尤其是涉及一种H型大梁焊接变形控制装置。
背景技术
现代汽车工业对轻量化、安全性、尾气排放、成本控制及燃油经济性的要求越来越高，这就驱使汽车工业采用高强度钢板和一些高强度轻量化材料。汽车车架是汽车上的一个重要承载部件，据统计汽车车身的质量约占整车自身品质的40％-60％，其结构的轻量化对汽车节能和环保具有重要意义。H型大梁作为汽车车架的主要组成部分，采用高强度钢板替代传统钢板组成的H型大梁可实现车架减重。H型主要由腹板、翼板焊接而成，在此过程中，在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力(纵向和横向)，就造成了焊接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。这是产生焊接应力与变形的根本原因。焊接变形主要包括：纵向收缩和横向收缩、角变形、弯曲变形、波浪变形以及扭曲变形等。从而导致H型大梁尺寸要求(特别是，上下表面尺寸精度)达不到所需要求，为其装配带来隐患；从而导致H型大梁装配不合理部分在车辆行驶过程中容易疲劳断裂。
现有技术中公开了部分焊接控制方法及工具，例如CN201020127895.2，专利名称：用于载重汽车H型大梁焊接生产的工装夹具，该专利是一种H型钢梁焊接工装，每个工装座包括底座，在底座上设置有两个端面挡板，其中一个端面挡板上设置有顶紧装置。CN201010143905.6，专利名称：大型不锈钢筒体焊接变形控制辅具及焊接变形控制方法，该专利通过焊接变形控制辅具，实现大型不锈钢筒体焊接变形的控制，避免了筒体的焊后机械校形和热校形工序。CN200920188135.X，专利名称：钢结构焊接变形控制压板结构，该专利是一种钢结构焊接变形控制压板结构，通过压板控制技术，控制大型箱型构件的焊接变形。CN200620158285.2，专利名称：等边多面体焊接变形控制夹具，该专利采用外圈螺纹销定位和内圈普通光销定位的方式，使焊接收缩量得到有效的矫正补偿，有效地控制了等边六边形组件产品焊接中的变形问题。CN200910153658.5，专利名称：可进行变形控制的T形钢梁焊接方法，该专利通过工艺板上下两端分别与上腹板和下腹板焊接，控制焊接后的T型钢形状和尺寸变化小，降低了焊接过程对焊件性能的影响。
现有的焊接变形控制，主要分为：焊接工艺控制，辅助工具定位，焊后矫正等方法。但是这些方法目前还没有针对H型大梁焊接角变形和扭转变形的方法和装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现了工件变形后的精度尺寸，保证了工件的装配工差，减少了热源的输入的H型大梁焊接变形控制装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种H型大梁焊接变形控制装置，包括：
连接在上翼板上表面的上压板，
对称连接在腹板两侧的左压板及右压板，
连接在下翼板下表面的下压板，
左压板及右压板通过连接螺钉与上压板与下压板连接，控制上翼板及下翼板的位置不会发生角变形，
左压板及右压板的内侧边顶设在腹板的左右侧面。
所述的左压板以及右压板的内侧边的上下两端开设有焊缝工艺孔。两块压板上开设的焊缝工艺孔的位置相互对称。
焊缝工艺孔的宽度与焊枪的宽度相适应，高度与长度的比值为焊枪连续焊接角度的正切值。
上压板与上翼板的接触面，下压板与下翼板的接触面均为锯齿形界面。
左压板与上翼板、下翼板及腹板的接触面为锯齿形界面。
右压板与上翼板、下翼板及腹板的接触面为锯齿形界面。
上述锯齿形界面为左右对称轴的60度，有利于保持左、右压板压紧上翼板、下翼板及腹板，并防止该接触之间的相对防滑。
该装置在进行装配时，采用以下步骤：
1)腹板、翼板的制备
按照尺寸要求，制备上、下翼板及腹板，其中横向尺寸要加上0.2*板厚的收缩量，以备焊接收缩尺寸变小。同时按照变形要求，上、下翼板标出需要相应位置。
2)采用变形控制夹具，对H型大梁焊前装配
基于H型大梁长度要求，等间距进行焊前装配。其中，先将上、下翼板装入变形夹具，然后装入腹板，左、右夹块的间距与腹板尺寸一致，上、下翼板装夹深度左右对称。
3)H型大梁焊接装配
H型大梁在焊接过程中，左右焊缝对称焊接；焊接顺序：按照大梁长度方向，先中间后两侧。
4)拆去变形控制夹具
所有焊接完成后，等零部件温度降至室温，拆除变形控制夹具。
与现有技术相比，本发明在焊接过程中，实现了工件变形后的精度尺寸，保证了工件的装配工差，减少了后续矫形工序。减少了热源的输入，避免对母材性能的影响，具有以下优点：
(1)多边固定实现，采用简单夹具实现对角变形控制；
(2)采用多夹具共同定位，实现H型大梁扭曲变形的控制；
(3)采用合理焊接顺序，减少焊接变形，从而达到减少残余应力；
(4)夹具开制工艺焊接孔，以便于连续焊接，减少焊接过程的装拆；
(5)增加焊接余量，保证焊接材料收缩后结构尺寸精度；
(6)压板接触面采用齿面形状，可以提高接触面的摩擦力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为左右对称的60度齿面的结构示意图；
图3为本发明的工作原理图；
图4为本发明的工作原理图。
图中，1-左上螺钉，2-上压板，3-上翼板，4-左压板，5-左焊接工艺孔，6-左下螺钉，7-下翼板，8-下压板，9-下焊缝，10-右下螺钉，11-右焊接工艺孔，12-右压板，13-腹板，14-右上螺钉，15-上焊缝，16-变形控制装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种H型大梁焊接变形控制装置，其结构如图1所示，主要包括连接在上翼板3上表面的上压板2，对称连接在腹板13两侧的左压板4及右压板12，连接在下翼板7下表面的下压板8。左压板4及右压板12通过左上螺钉1、左下螺钉6、右上螺钉14、右下螺钉10分别与上压板2与下压板8连接，从而控制上翼板3及下翼板7在焊接时位置不会发生角变形，左压板4及右压板12的内侧边顶设在腹板13的左右侧面。在左压板4及右压板12的内侧边的上下两端开设有左焊接工艺孔5以及右焊接工艺孔11，位置相互对称。焊缝工艺孔的宽度与焊枪的宽度相适应，高度与长度的比值为焊枪连续焊接角度的正切值。在腹板13连接上翼板3和下翼板7的角钢处还开设有上焊缝15以及下焊缝9。
上压板2与上翼板3的接触面，下压板8与下翼板7的接触面均为锯齿形界面。左压板4与上翼板3、下翼板7及腹板13的接触面为锯齿形界面。右压板12与上翼板3、下翼板7及腹板13的接触面为锯齿形界面。该锯齿形界面为中线对称轴的60度齿面，分别如图2所示，该齿面有利于左、右压板压紧上翼板、下翼板及腹板，并防止接触面之间的滑动。
H型大梁扭曲变形产生的机理主要是：由于不同焊接位置受热不均匀引起焊后不均匀冷却，从而导致材料发生面畸变，产生扭曲变形。在角变形控制方法基础上，通过多位置的约束，实现对H型大梁的扭曲变形控制。如图4所示，一般而言采用奇数的变形控制装置16，最少3个。对于较短的横梁焊接，采用3个夹具，较长的大梁焊接采用5、7、9个不等。对于较短大梁而言，扭曲变形一般呈现如图3的形状，具有一个弯曲，采用3副变形控制装置16可以实现扭曲的矫正。如果大梁长度增加，可能出现2个弯曲时，增加2副变形控制装置16，如图4所示。依次类推，每多出现1个弯曲，增加2副变形控制装置16进行固定，以保证大梁焊接过程中不出现扭曲变形。
该装置在进行装配时，采用以下步骤：
1)腹板、翼板的制备
按照尺寸要求，制备上、下翼板及腹板，其中横向尺寸要加上0.2*板厚的收缩量，以备焊接收缩尺寸变小。同时按照变形要求，上、下翼板标出需要相应位置。
2)采用变形控制夹具，对H型大梁焊前装配
基于H型大梁长度要求，等间距进行焊前装配。其中，先将上、下翼板装入变形夹具，然后装入腹板，左、右夹块的间距与腹板尺寸一致，上、下翼板装夹深度左右对称。
3)H型大梁焊接装配
H型大梁在焊接过程中，左右焊缝对称焊接；焊接顺序：按照大梁长度方向，先中间后两侧。
4)拆去变形控制夹具
所有焊接完成后，等零部件温度降至室温，拆除变形控制夹具。
实施例2
采用上述装置对H型大梁焊接变形控制，其基本尺寸为：上下翼板尺寸：长1200mm、宽70mm、厚6.0mm。腹板尺寸：长1200mm、高144mm、6.0mm。焊接方式：手工焊接，无虚焊存在。在该变形控制装置作用下，H型大梁几何尺寸基本没有变化。
实施例3
H型大梁-QSTE700焊接变形控制
采用上述装置对H型大梁焊接变形控制，其基本尺寸为：上下翼板尺寸：长400mm、宽50mm、厚4.0mm。腹板尺寸：长400mm、高76mm、4.0mm。焊接方式：手工焊接，无虚焊存在。在该变形控制装置作用下，700MPa的高强度钢板组成的H型大梁焊接变形得到较好的控制。
采用本发明专利方法和装置，可用于实现进行H型大梁在焊接变形过程中的控制，保证H型大梁焊后尺寸以及装配精度，减少不必要的焊后矫正工序，可广泛应用于类似结构的焊接变形控制中，对于大型结构的焊接辅助定位及精度保证，具有重要的参考应用价值。
Claims (10)
1.一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，该控制装置包括：
连接在上翼板上表面的上压板，
对称连接在腹板两侧的左压板及右压板，
连接在下翼板下表面的下压板，
左压板及右压板通过连接螺钉与上压板与下压板连接，控制上翼板及下翼板的位置不会发生角变形，
左压板及右压板的内侧边顶设在腹板的左右侧面。
2.根据权利要求1所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的左压板内侧边的上下两端开设有焊缝工艺孔。
3.根据权利要求1所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的右压板内侧边的上下两端开设有焊缝工艺孔，该焊缝工艺孔与左压板内侧边开设的焊缝工艺孔位置对称。
4.根据权利要求2或3所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的焊缝工艺孔的宽度与焊枪的宽度相适应。
5.根据权利要求2或3所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的焊缝工艺孔的高度与长度的比值为焊枪连续焊接角度的正切值。
6.根据权利要求1所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的上压板与上翼板的接触面为锯齿形界面。
7.根据权利要求1所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的下压板与下翼板的接触面为锯齿形界面。
8.根据权利要求1所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的左压板与上翼板、下翼板及腹板的接触面为锯齿形界面。
9.根据权利要求1所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的右压板与上翼板、下翼板及腹板的接触面为锯齿形界面。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种H型大梁焊接变形控制装置，其特征在于，所述的锯齿形界面为左右对称轴的60度齿面。
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