CN105127664B - 一种金属构件焊后矫形方法和火焰干冰同步矫形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属构件焊后矫形方法和火焰干冰同步矫形装置。本发明的主要目的是提供一种结合机械矫形和加热矫形的优势，配合固化后的操作经验，采用球状干冰颗粒及火焰同步矫形的焊后矫形方法，以解决传统火焰矫形和机械矫形不易控制且对部件材质内在质量存在不良影响的问题，降低操作难度和提高生产效率，同时可以解决金属构件焊后矫形过程中的冷却时间、矫形时间/温度及残余应力的问题，以及经验传承的问题。本发明还提供了一种金属构件焊后火焰干冰同步矫形装置，可通过火焰和干冰同步进行矫形操作。

Description

一种金属构件焊后矫形方法和火焰干冰同步矫形装置

技术领域

本发明涉及一种金属构件焊后矫形方法，尤其是利用火焰和干冰同步矫形的方法，以及一种火焰干冰同步矫形装置。

背景技术

铝合金材料以其重量轻，耐腐蚀性好和易于采用挤压方法成型等优点成为交通运输领域减轻自重的理想材料。由于铝合金热传导系数是钢的5倍，热膨胀系数是钢的2倍，当受焊接热源的局部不均匀加热，虽采取了相应的变形控制措施，但焊后变形也不可避免。焊接变形的控制成为铝合金最大的焊接难点之一。为保证部件形状及装配精度要求，需对焊后的铝合金部件进行焊后矫形。

机械矫正和热矫正方法均可用于铝合金焊接结构件焊后矫形。机械矫形方法效率高，矫形次数少，但对操作者经验要求高，且易导致母材开裂造成安全隐患。热矫正方法是采用火焰将焊缝区域加热到一定的温度，然后进行空冷、风冷或水冷的方法，该方法需严格控制热输入和时间，一方面热输入必须充足，以保证矫形后得到尺寸合格的产品；另一方面，矫形时不得超过一定的温度/时间组合，否则会导致结构强度下降。因此，增加了热矫正操作者的施工难度，降低了生产效率。

虽然铁、不锈钢等其他金属因特性不同，变形不同，但这些问题同样存在于其他金属构件的焊接过程，也同样需要进行相应的焊后变形的矫形操作。

有经验的操作者面对每一个变形面，会根据经验，知道要矫形需要的机械压力值或是热矫形需要加热的温度/时间以及配合的冷却参数，但是这种经验很难得以传承，需要靠每个操作者从不断的操作中摸索总结，而在不断摸索总结的过程，也是现场操作过程，因此实际操作会有操作失误，导致矫形效率低下。因此，这种经验的传承变得尤为重要。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种结合机械矫形和加热矫形的优势，结合固化后的操作经验，采用球状干冰颗粒及火焰同步矫形的焊后矫形技术，以解决传统火焰矫形和机械矫形不易控制，且对部件材质内在质量的不良影响的问题，降低操作难度和提高生产效率，同时可以解决金属构件焊后矫形过程中的冷却时间、矫形时间/温度及残余应力的问题，以及经验传承的问题的矫形方法。

本发明的另一发明目的是提供一种可实现干冰火焰同步矫形的装置。

为实现上述目标，首先，本发明提供一种金属构件焊后矫形方法，其技术方案是：

一种金属构件焊后矫形方法，包括以下步骤：

步骤1，整理矫形经验，固化进工艺指导书，对焊后变形进行检测测量，确定变形量，从工艺指导书中选择合适的矫形参数；

步骤2，进行气体配比，根据步骤1选择的矫形参数，调整并控制火焰喷枪矫形火焰的大小和形状；

步骤3，制备球状干冰颗粒，根据步骤1选择的矫形参数，初步确定干冰喷射器的喷射速度；

步骤4，火焰喷枪和干冰喷射器前后固定在同一移动装置上，控制火焰喷枪和干冰喷射器的行走速度相同；

步骤5，控制火焰喷枪的加热温度，使火焰喷枪在矫形面上往复运动，达到预定温度后，关闭火焰喷枪，移动干冰喷射器，利用压缩空气将制备好的球状干冰颗粒通过干冰喷射器喷向矫形面，在矫形面上往复均匀喷射，利用高速的球状干冰颗粒对矫形面进行机械矫形及降温；

步骤6，重新对矫形面进行温度标定，再次开启火焰喷枪，多次重复步骤5，直至矫形结束。

进一步的，在步骤2中，氧气和乙炔气体以1.1：1.2的比例在气体配比器中混合配比完全后再进入到火焰喷枪中。将氧气和乙炔气体按固定比例配比后再输送至火焰喷枪，保证火焰为中性火焰，可减少调节时间，提高工作效率，也避免火焰对焊缝产生产利影响。

进一步的，还包括步骤51：在每一次或每两次矫形结束后，重新测量变形量，对照工艺指导书，重新调整矫形参数，以及确定是否仍需矫形。

在矫形过程中，矫形面是个变化过程，根据矫形面的变形情况，及时调整干冰的机械冲击力，使矫形结果更好。

进一步的，所述球状干冰颗粒的直径为1—10mm。

进一步的，所述火焰喷枪与所述干冰喷射器的固定间距为100—300mm。

进一步的，步骤3中球状干冰的喷射速度可在100—300m/s范围内选择。

进一步的，在干冰喷射器在矫形面上往复喷射并持续8—20s后，再进行步骤6。

本发明还提供了一种金属构件焊后矫形方法的火焰干冰同步矫形装置，其技术方案为：

一种火焰干冰同步矫形装置，所述装置包括可生成中性火焰的火焰喷枪及可喷射球状干冰颗粒的干冰喷射器，所述火焰喷枪和所述干冰喷射器间隔一定距离地固定在同一移动装置上并以相同速度移动。利用火焰和干冰同时进行矫形，同时实现热矫形和机械矫形的作用，矫形效果好，操作简单易控制。

进一步的，所述装置还包括气体配比器，将氧气和乙炔气体以1.1：1.2的比例在气体配比器中混合配比完全后经管路进入到火焰喷枪中。

进一步的，所述干冰喷射器通过管路依次连接干冰控制柜和空气发动机，所述空气发动机压缩空气，利用压缩后的空气将干冰控制柜内制备的球状干冰吹送入所述干冰喷射器并以设定速度喷出。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案具有如下特点：

1.矫形方法可充分利用已有的经验，操作简单，易控制，矫形效率高；

2.同时实现热矫形和机械矫形，充分利用两种矫形方法的优点，提高工作效率；

3.采用恒定的中性火焰，避免火焰不定性对焊缝的不良影响；

4.矫形装置简单易操作，充分利用前期的经验数据，普通工人也可以实现；

5.形成有效的经验传承。

附图说明：

图1：本发明提供的矫形方法的过程及原理示意图

图2：本发明提供的矫形装置示意图

其中：火焰1；火焰喷枪2；球状干冰颗粒3；干冰喷射器4；干冰控制柜5；气体配比器6；空气发动机7；氧气8；乙炔气体9

具体实施方式

本发明首先提供了一种金属构件的焊后矫形方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

步骤1，整理矫形经验，固化进工艺指导书，对焊后变形进行检测测量，确定变形量，从工艺指导书中选择合适的矫形参数；

在现场进行矫形操作时，应该使用什么样的火焰1进行热矫形，使用多大的压力进行机械矫形，冷却过程中要注意的事项，以及矫形成功应该具备什么条件，有经验的现场操作人员都会有一套成熟的经验以及数据，可以将常见的热矫形和机械矫形的操作特点和经验，将常见焊后变形的形态、变形量，所需的机械矫形对应的机械压力、热矫形的加热温度和加热时间等经验值固化到工艺指导书中，有利于经验传验。在现场矫形时，参考经验值，选择合适的矫形参数。矫形参数包括但不限于机械压力、加热温度、加热时间、火焰大小和形状等。

步骤2，将氧气8和乙炔气体9以1.1：1.2的比例在气体配比器6中进行配比，保证火焰1为中性火焰，通过火焰喷枪流量阀，根据步骤1中依据需矫形的矫形面变形量而选择的矫形参数，调整并控制火焰喷枪2的火焰1的大小和形状，根据矫形面的宽度，以火焰芯直径覆盖整个矫形面为最佳火焰大小和形状。

现有技术中，都是现场操作工人根据经验，观察焰心颜色，在火焰喷枪上，手动调节气体配比，耗时多，而且经常会出现偏差，对矫形面产生不利影响。而本发明中，将氧气8和乙炔气体9在气体配比器6中以固定比例进行混合配比后再进入火焰喷枪，避免现场操作过程中，氧气8和乙炔气体9分别进入火焰喷枪2后再混合，调节气体配比形成中性火焰带来的误差，从而减少火焰1对矫形面产生的不利影响，节省操作时间，提高矫形效率。

步骤3，在干冰控制柜5中制备直径在1—10mm的球状干冰颗粒，并根据步骤1中选择的矫形参数初步确定干冰喷射器4的喷射速度。在本实施例中，球状干冰颗粒3的直径为1—8mm。

干冰喷射器4的喷射速度是可调可变的，喷射速度越大，对矫形面的冲击力越大，即机械压力越大，产生的机械矫形的效果越大，因此根据矫形面的大小和变形量的大小，调整干冰喷射器4的喷射速度，以产生不同的机械冲力。调节干冰喷射速度即调节相应产生的机械压力的大小，速度对应压力，而这个速度与压力的对应，需要根据大量的实验数据得来，所以，在步骤1中，操作指导书中会将机械压力与干冰喷射器4的速度做相应的对比说明。

步骤4，火焰喷枪2和干冰喷射器4前后固定在同一移动装置上，间距为100—300mm，控制火焰喷枪2和干冰喷射器4的行走速度相同，行走速度范围为10—50mm/s。

步骤5，控制火焰喷枪2的加热温度在100—200℃之间，使火焰喷枪2在矫形面上往复运动，矫形面达到预定温度后，关闭火焰喷枪，移动干冰喷射器4，利用空气发动机7获得的压缩空气将干冰控制柜5中制备好的球状干冰颗粒3吹送入干冰喷射器4，再通过干冰喷射器4喷向矫形面，在矫形面上往复均匀喷射，利用高速的球状干冰颗粒3对矫形面进行机械矫形及降温冷却。

在本实施例中，可采用150℃的温度笔对金属构件的表面进行温度标定，当温度笔变化并达到150℃时，则移动干冰喷射器4，进行球状干冰颗粒3的喷射，球状干冰颗粒3在矫形区域进行往复的均匀喷射来进行冷却及机械矫形。

矫形过程中，焊缝宽度为10mm左右，火焰1加热光斑直径可覆盖整个焊缝，火焰喷枪2沿着焊缝，对着矫形面前后移动，火焰调修加热区域为焊缝区域，即矫形区，因为焊缝区域加热后(100—250℃温度区间)组织性能不会发生变化，而母材经火焰加热后，性能急剧降低利于开展矫形操作。

在做干冰喷射器4的喷射速度与产生的机械压力的试验以获得相应对比数据时，需要充分考虑球状干冰颗粒3的直径，压缩空气的压力值带来的影响。因此，这种实验过程需要研发人员做大量的实验才可以获得相应的数据。

在本发明的具体实施例中，空气发动机7将普通空气压缩至大约6—8个大气压，将干冰控制柜5中制备好的球状干冰颗粒吹出以100—300m/s的速度范围并喷射向矫形面，到达矫形面后，高速运动的球状干冰颗粒3碰撞到已被加热的矫形面，首先发生机械碰撞作用，类似轻微锤击的机械矫形作用，利用冲击力先对矫形面进行机械冲击矫形，随后快速气化吸收热量气化降低矫形部位及周围的温度，实现火焰干冰同步矫形工作。采用高压空气做为球状干冰颗粒3的动力源，成本低，节能环保，而且空压装置较为常见，适应性更强，而且效率高。

虽然球状干冰颗粒3的冷却效果弱于高压水，但强于高压空气，而且球状干冰颗粒3可以产生较高压水和高压空气更为显著的机械冲击作用，冲击力更强，机械压力更大，矫形效果更好，所用的矫形时间也更短，因此矫形效率更高，而且用球状干冰颗粒3同步进行机械矫形和降温，可以降低焊接构件的残余应力，提高结构的安全可靠性，这是高压水和高压空气降温所不具备的效果，可进一步提高矫形效果和效率。

在矫形过程中，单纯使用球状干冰颗粒3，可以通过调节空气发动机7压缩空气的压力值有效控制球状干冰颗粒3的喷射速度，对矫形面产生不同的机械压力，实施矫形，从而针对不同材质，不同板厚和不同矫形量需求可采用不同压力有效控制，使矫形方法及配套装置的适用范围更广，而不单纯局限于最易产生变形的铝合金部件。

步骤6，当球状干冰颗粒3在矫形区域按照往复距离大小200—250mm停留8—20s后，可重新对矫形面进行温度标定，并再次开启火焰喷枪2，多次重复步骤5，直至矫形结束。一般来说，重复循环此过程5—8次，即可完成矫形过程。

在矫形过程中，矫形面是个不断变化的过程，随着矫形工作的持续，变形量逐渐变小，为确保矫形准确到位，不发生矫枉过正的情况，对器件产生矫形伤害，在矫形过程中，还可以包括如下步骤：

步骤51：在每一次或每两次矫形结束后，重新测量变形量，对照工艺指导书，重新调整矫形参数，以及确定是否仍需矫形。

及时根据矫形面的变化，及时调整矫形参数，即根据矫形面的变形恢复情况，调整火焰喷枪2的火焰1大小和形状、球状干冰颗粒3的喷射速度，及时调整加热范围及球状干冰颗粒3的机械冲击力，使矫形结果更好，确保矫形成功率，并提高矫形效率。

在进行矫形操作的过程中，操作者对矫形装置和操作方法逐步熟练，在此过程中，也会形成新的操作经验，将新的操作经验可不断固化到操作指导书，形成有效的经验传承。

根据前期已有的机械矫形和热矫形经验，对各种矫形所需的工艺参数形成工艺指导书，对金属构件变形面进行测量，并对照工艺指书选择合适的矫正参数，使用火焰1对构件矫形面进行加热，并随后用球状干冰颗粒3冲击冷却，干冰球状颗粒3撞击到已加热的矫形面后先对其有机械冲击矫形作用，随后快速气化吸收热量降低矫形部位及其周围的温度，同时实现热矫形和机械矫形的作用，矫形效果好，操作简单易控制。

本发明还提供了一种用于金属构件焊后矫形的火焰干冰同步矫形装置，如图2所示，包括前后固定在同一移动装置上并以相同速度移动的火焰喷枪2及干冰喷射器4。火焰喷枪2生成高温火焰1对焊接变形即矫形面加热后，干冰喷射器4喷射高速运动的球状干冰颗粒3，干冰球状颗粒3撞击到已加热的矫形面后先对其有机械冲击矫形作用，随后快速气化吸收热量降低矫形部位及其周围的温度，对加热后的加热面即矫形面进行机械冲击矫形同时实现降温效果。利用火焰1和球状干冰颗粒3同时进行矫形，同时实现热矫形和机械矫形的作用，并实时降温，矫形效果好，操作简单易控制。

为能够获得矫形用的中性火焰1，减少根据目前现场操作者根据火焰焰心颜色调整得到中性火焰带来的误差对焊缝产生不利影响，也为了能够减少操作时间，可在操作现场，配备气体配比器6，焊接用气体储气瓶一并配备在现场，储气瓶、气体配比器6、火焰喷枪2依次由管线连接，如本实施例中，氧气瓶与乙炔气瓶用管线与气体配比器6连接，氧气8和乙炔气体9以1.1：1.2的比例输送进气体配比器6，完成混合配比后再通过管线输送到火焰喷枪2，这样的配比可以确保点火后形成稳定的中性火焰1。或者，为使现场整洁，节省操作空间，将氧气瓶、乙炔气瓶及气体配比器6放置在其他位置，提前将气体混合配比完成后再通过管线输送到操作现场的火焰喷枪2中。

干冰喷射器4通过管路依次与干冰控制柜5和空气发动机7连接，在干冰控制柜5中生成直径在1—10mm范围内的球状干冰颗粒3，本实施例中球状干冰颗粒3的直径为3—10mm，空气发动机7将常规空气压缩至6—8个大气压，压缩后的空气将干冰控制柜5内制备的球状干冰颗粒3吹送入干冰喷射器4并以设定速度喷出，为确保冲击以带来有效的机械压力，喷射速度可在100—300m/s范围内选择，干冰喷射器4的喷射速度可调，以产生不同的机械压力，适应不同的焊后变形，在矫形过程也可以调解喷射速度，以免矫枉过正，对构件带来不必要的损伤。

在现场操作时，将需矫形的焊后构件固定在操作台上，如是大型构件且是可稳定放置的构件可直接在焊接面上进行矫形操作，将火焰喷枪2和干冰喷射器4以前后间隔100—300mm的距离固定在同一移动装置上，并保证以相同的速度稳定行进，行进速度可在10—50mm/s范围内选择，保证矫形操作的稳定性，以提高矫形效率和效果。分开一定距离固定，可以避免操作干涉，例如高温的火焰喷枪2提高干冰喷射器4的喷射口的温度而使刚喷出的球状干冰颗粒直接气化等；以相同速度行进可确保实现同步矫形操作。

矫形时，根据焊接变形的具体情况，选择合适的火焰喷枪2和干冰喷射器4的运行速度，设定好干冰喷射器4的喷射速度，根据矫形面的大小，调整火焰1的大小和形状，以火焰1可以覆盖整个焊缝或是矫形面为佳，加热温度控制在100—200℃。

矫形过程中火焰喷枪2在矫形范围内往复运动，并采用150℃温度笔对铝合金构件的表面进行温度标定，当温度笔变色并达到150℃时，则关闭火焰喷枪2，移动干冰喷射器4，通过空气发动机7压缩空气，利用高压空气将干冰控制柜5制备的球状干冰颗粒3吹送入干冰喷射器4中再以设定速度喷出，球状干冰颗粒3在矫形区域进行往复的均匀喷射来进行冷却及机械矫形。球状干冰颗粒3在矫形区域按照往复距离大小200-500mm停留8～20s后，重新对矫形区域进行温度标定，并再次开启火焰喷枪2进行矫形。往复循环此过程5～8次直到矫形结束。

使用火焰1对构件矫形面进行加热，并随后用球状干冰颗粒3冲击冷却，干冰球状颗粒3撞击到已加热的矫形面后先对其有机械冲击矫形作用，随后快速气化吸收热量降低矫形部位及其周围的温度，同时实现热矫形和机械矫形的作用，矫形效果好，操作简单易控制。

在本实施例中，用于固定干冰喷射器4和火焰喷枪2的移动装置，可为可移动的工装车、操作台或其他任何可稳定操作的工装设备，并可根据构件的高度调节火焰喷枪2和干冰喷射器4的高度及操作角度。

对于本装置中，各结构的功能效果和带来的好处在操作方法中已有相应描述，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案具有如下特点：

1.矫形方法操作简单，易控制，矫形效率高；

2.同时实现热矫形和机械矫形，充分利用两种矫形方法的优点，提高工作效率；

3.采用恒定的中性火焰，避免火焰不定性对焊缝的不良影响；

4.矫形装置简单易操作，充分利用前期的经验数据，普通工人也可以实现。

5.形成有效的经验传承。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，整理矫形经验，固化进工艺指导书，对焊后变形进行检测测量，确定变形量，从工艺指导书中选择合适的矫形参数；

步骤2，进行气体配比，根据步骤1选择的矫形参数，调整并控制火焰喷枪矫形火焰的大小和形状；

步骤3，制备球状干冰颗粒，根据步骤1选择的矫形参数，初步确定干冰喷射器的喷射速度；

步骤4，火焰喷枪和干冰喷射器前后固定在同一移动装置上，控制火焰喷枪和干冰喷射器的行走速度相同；

步骤5，控制火焰喷枪的加热温度，使火焰喷枪在矫形面上往复运动，矫形面达到预定温度后，关闭火焰喷枪，移动干冰喷射器，利用压缩空气将制备好的球状干冰颗粒通过干冰喷射器喷向矫形面，在矫形面上往复均匀喷射，利用高速的球状干冰颗粒对矫形面进行机械矫形及降温；

步骤6，重新对矫形面进行温度标定，再次开启火焰喷枪，多次重复步骤5，直至矫形结束。

2.如权利要求1所述的一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：在步骤2中，氧气和乙炔气体以1.1：1.2的比例在气体配比器中混合配比完全后再进入到火焰喷枪中。

3.如权利要求1所述的一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：还包括步骤51：在每一次或每两次矫形结束后，重新测量变形量，对照工艺指导书，重新调整矫形参数，以及确定是否仍需矫形。

4.如权利要求1所述的一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：所述球状干冰颗粒的直径为1—10mm。

5.如权利要求1所述的一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：所述火焰喷枪与所述干冰喷射器的固定间距为100—300mm。

6.如权利要求1所述的一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：步骤3中球状干冰颗粒的喷射速度可在100—300m/s范围内选择。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种金属构件焊后矫形方法，其特征在于：所述干冰喷射器在矫形面上往复喷射并持续8—20s后，再进行步骤6。

8.一种火焰干冰同步矫形装置，其特征在于：所述装置包括可生成中性火焰的火焰喷枪及可喷射球状干冰颗粒的干冰喷射器，所述火焰喷枪和所述干冰喷射器间隔一定距离地固定在同一移动装置上并以相同速度移动。

9.如权利要求8所述的一种火焰干冰同步矫形装置，其特征在于：所述装置还包括气体配比器，氧气和乙炔气体以1.1：1.2的比例在气体配比器中混合配比完全后经管路进入到所述火焰喷枪中。

10.如权利要求8或9所述的一种火焰干冰同步矫形装置，其特征在于：所述干冰喷射器通过管路依次连接干冰控制柜和空气发动机，所述空气发动机压缩空气，通过压缩空气将干冰控制柜内制备的球状干冰颗粒吹送入所述干冰喷射器并以设定速度喷出。