CN105436788A - 一种大型箱体焊接变形控制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大型箱体焊接变形控制工艺，能够在焊接大行薄壁覆盖方框结构的时候尽可能的减少焊接变形。本发明是按照下述方式进行的：(1)采用约束工装约束方框和角钢；(2)角钢和方框定位之后对方框采用时序焊接，焊接完毕之后采用敲击的方式去除应力，之后去掉约束工装；(3)利用压紧工装固定焊接好的方框和角钢；(4)蒙皮焊接，焊接之后采用敲击的方式去除应力。本发明中，步骤(1)～(4)采用了全形态约束法、框架时序焊接法、箱体对称时序焊接法、反变形技术、蒙皮断续焊接法，且每个焊接工序之后都要采用人工时效的方式消除应力，防止构件的后续变形，从而消除了变形产生的残余应力。

Description

一种大型箱体焊接变形控制工艺
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，具体涉及一种防止大型箱体焊接时产生变形的工艺。
背景技术
焊接的时候温度较高，在焊接后冷却的过程中，由于各个焊接件材质不一定，其收缩变形能力不一致，焊缝会收缩变形、产生应力，使得焊后产品发生变形。如果焊接产品规格较小，焊接变形还容易去除。但是对于大型产品，诸如较大的箱体等，其焊接变形比较明显，且目前尚无较好的方法解决该焊接变形的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种大型箱体焊接变形控制工艺，能够在焊接大行薄壁覆盖方框结构的时候尽可能的减少焊接变形。
本发明的大型箱体焊接变形控制工艺，是按照下述方式进行的：
(1)采用约束工装约束方框和角钢，将方框按照顺序放置在工装平台上，用内撑紧工装把角钢固定在方框的定位槽内，上下、左右工装压紧角钢和方框，之后每个方框两侧采用定位挡板固定；
(2)角钢和方框定位之后对方框采用时序焊接，将方框四角的连接块与角钢焊合，在焊合的时候，在一个方框的同一个截面对称焊接两组焊缝，之后对下一个方框同一截面的焊点进行焊接，按照前后顺序操作，在整个序列焊完以后，再按照同样的顺序焊接另一个序列，焊接方框的另一侧面，焊接完毕之后采用敲击的方式去除应力，之后去掉约束工装；
(3)利用压紧工装固定焊接好的方框和角钢，在最两端的方框下垫上一个支撑板，放好左右两侧和顶部的蒙皮，再将所有的方框压紧在平台上；
(4)蒙皮焊接，采用断焊的方式先焊接左右两侧的蒙皮、再焊接顶部的蒙皮，每个蒙皮焊接的时候先从最中间的方框开始焊接，之后按顺序从中间向一侧焊接，最后自中间向另一侧焊接；最后在焊接前后两端和下端的蒙皮，焊接之后采用敲击的方式去除应力。
步骤(4)中蒙皮的断焊的焊缝长度为80mm、焊缝间隔为160mm。
步骤(3)中在两端方框下垫放的支撑板是2mm厚的钢板。
所述约束工装包括底座，底座上部设有滑动槽，滑动件下部设置在滑动槽内，滑动件穿过底板上的连接孔后与螺母相连，底板上固定有支撑杆，支撑杆顶部设有第一限位螺栓，内撑紧工装是四角倒角的框架，框架上设有第二限位螺栓。
所述压紧工装包括设置在底座上的滑动板，滑动板也通过滑动件与滑动槽连接，滑动板上固定有立柱，立柱顶部连有横压杆，横压杆上固定有第三限位螺栓。
本发明中，步骤(1)～(4)采用了全形态约束法、框架时序焊接法、箱体对称时序焊接法、反变形技术、蒙皮断续焊接法，且每个焊接工序之后都要采用人工时效的方式消除应力，防止构件的后续变形，从而消除了变形产生的残余应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为方框时序焊接示意图。
图2为箱体与左右蒙皮对称时序焊接示意图。
图3为箱体与上蒙皮对称时序焊接示意图。
图4蒙皮断续焊接示意图。
图5为压紧工装和内撑紧工装使用状态示意图。
图6为底板的俯视图。
图7为压紧工装结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的大型箱体焊接变形控制工艺是按照下述方式进行的：
(1)采用约束工装约束方框和角钢，将方框按照顺序放置在工装平台上，用内撑紧工装把角钢固定在方框的定位槽内，上下、左右工装压紧角钢和方框，之后每个方框两侧采用定位挡板固定；如图5和图6所示，约束工装包括底座1，底座1上部设有滑动槽2，滑动件下部设置在滑动槽2内，滑动件穿过底板3上的连接孔后与螺母相连，底板3上固定有支撑杆4，支撑杆4顶部设有第一限位螺栓5，内撑紧工装是四角倒角的框架7，框架7上设有第二限位螺栓8。使用的时候，方框6放置在框架7外侧，框架7上的第二限位螺栓8顶紧方框6，而支撑杆4上的第一限位螺栓5在上方压紧方框6。滑动件可以在滑动槽2内滑动，调整使得第一限位螺母和支撑杆正好处于方框6处，且底板3上设有条形孔3-1，还可以移动底板3的左右位置，以便于方框6的规格匹配。
采用约束工装之后，由底座等对9个方框定位面构成了定位基准。用内撑紧工装把4根角钢固定在方框定位槽内，由上下、左右工装压紧，前后采用定位挡板固定，在这样全方位固定约束下，对各个接缝施焊，也就是强制性的反抗焊接温度场和金属收缩引起的变形，让框架整体固定在定位系统里面，不允许产生位移和扭转。采用这种方式实现了全形态约束焊接。
(2)如图1所示，角钢13和方框6定位之后对方框采用时序焊接，将方框四角的连接块与角钢焊合，在焊合的时候，在一个方框的同一个截面对称焊接两组焊缝，之后对下一个方框同一截面的焊点进行焊接，按照前后顺序操作，在整个序列焊完以后，再按照同样的顺序焊接另一个序列，焊接方框的另一侧面，焊接完毕之后采用敲击的方式去除应力，之后去掉约束工装。
在大型箱体中，方框的连接是以方框四角的连接块与角钢焊合。连接块是厚度为80mm的Q345钢板，而角钢为50×50×6mm的Q235型材，连接块的热容量要大于角钢，焊缝的形态又是角焊缝，在焊后冷却过程中，连接块抵抗收缩变形的能力远远大于角钢收缩变形的能力，也就是说焊缝收缩变形的应力是不平衡的，在完全冷却后残余应力在各个方向的分布是不均衡的，除了有轴向的拉应力，还会有沿连接块侧面向上的拉应力，而这个应力则会产生在横截面方向垂直于几何轴线的扭转应力，再有就是沿焊缝长度方向存在有拉应力。可见在一条焊缝上，焊接后存在有三个主方向的残余应力。
本发明先经过试验和分析，确认焊接过程应该防止应力过多的在一个区域集中，避免应力在一个区域反复作用，同时还应防止焊接温度场在一个区域长时间的产生热量，造成更多的残余应力。本发明采用了方框时序焊接方法，即在一个方框的同一个截面对称焊接两个焊点，并不全部对同一个截面的连接点连续焊接。如图1所示，在一个截面对称焊接完两个焊点后，再对下一个方框的焊点进行焊接，依次从前向后按顺序操作，在整个序列焊完以后，再焊接第二序列的焊缝。先将最左侧的方框6与角钢13焊接，之后按照前后顺序将下一个方框与角钢13焊接，先焊接方框最左侧的面，等所有的方框单面都与角钢焊接完毕之后，再按照前后顺序将方框的另一个面与角钢焊接起来。图1中的数字1、2、3…31、32显示的是焊接顺序。
采用这种时序焊接方式，一方面在一个截面对称焊接，相对平衡了应力的作用，另一方面减少了焊接温度场在一个局部作用的时间，使金属受热变形和冷却收缩变形面产生的应力不至于大面积出现，对框架构件整体的作用力大大减小。
(3)利用压紧工装固定焊接好的方框和角钢，在最两端的方框下垫上一个支撑板，放好左右两侧和顶部的蒙皮，再将所有的方框压紧在平台上。这样可以实现反变形技术：由于箱体较长，焊接后仍然存在一定的变形，即箱体纵向中间部位向上拱起，经大量的测量和计算，发现最大拱起约有2mm。因此，本发明中作为进一步优选，两端方框下垫放的支撑板最好是2mm厚的钢板。
发明以9个方框的形态作介绍，箱体纵向中间部位有连续三道由63×40×4.8mm的槽钢焊接而成的方框，而靠近两端的三道方框都是由80×43×5mm的槽钢焊接而成，且每道方框四个角都焊接有一个厚度为80mm的连接块，所以两端方框的强度和刚度要远远高于中间部位的方框，导致变形集中发生在中间部位。基于此原因，在焊接左右两个蒙皮之前，特意在最两端的方框下面垫上一个厚度为2mm的钢板，然后再将所有的方框都压紧在平台上，即人为的让整个箱体两端向上翘起2mm，然后再焊接，实现了一种反变形技术。而压紧工装就实现了这种反变形技术：如图7所示，压紧工装包括设置在底座1上的滑动板9，滑动板9也通过滑动件与滑动槽2连接，滑动板9上固定有立柱10，立柱10顶部连有横压杆11，横压杆11上固定有第三限位螺栓12。压紧工装和约束工装采用同一个底座，这样就不用移动方框和角钢，只需要更换立柱、滑动板即可。第三限位螺栓12可以压紧蒙皮和方框。
(4)蒙皮焊接，采用断焊的方式先焊接左右两侧的蒙皮、再焊接顶部的蒙皮，每个蒙皮14焊接的时候先从最中间的方框开始焊接，之后按顺序从中间向一侧焊接，最后自中间向另一侧焊接；最后在焊接前后两端和下端的蒙皮，焊接之后采用敲击的方式去除应力。如图2和3所示，焊接的时候，先焊接最中间的方框6，再焊接右侧、最后焊接左侧，图中的序号1、2、3…23、24显示的是焊接顺序。
蒙皮和框架的焊接变形控制一直是困扰箱体形位公差的难题，本发明通过压紧工装使六个定位平面贴合在平台表面，其余各方框也相对固定压紧，焊接从框架两侧面和蒙皮贴合处中部开始对称焊接，这样可使应力平衡，然后焊合两侧的上下部位，两侧焊完后，再焊接箱体上面开口部位。在这个状态下，箱底的焊缝还没有焊接，但是箱体的基本形态已经固定，对箱底焊缝焊合后，几何形状已无法改变。
在箱体采取对称时序焊接，将蒙皮和框架基本固定后，箱体已形成了一定的刚性，最后焊接底部时，因为蒙皮和框架已基本固定，具有较强的刚性，焊接底部时产生的拉应力强度无法抗拒箱体的刚性，从而使箱体保持了良好的几何形态。
优选的，如图4所示，本发明步骤(4)中蒙皮的断焊的焊缝长度为80mm、焊缝间隔为160mm。焊接的时候先焊接序号1.1、1.2、1.3、1.4，之后焊接2.1、2.2、2.3、2.4，最后焊接3.1、3.2、3.3和3.4所对应的焊缝位置。本发明中，蒙皮是材料为Q345、厚度为2mm的钢板，焊接时，确定焊缝长度为80mm，间隔160mm时，焊接效果最佳，实施方法为：
a、在接缝处划线，间隔80mm。
b、点焊划线部位，初步固定各部件。
c、焊接时，焊缝长度80mm，间隔160mm。
d、间隔焊接未焊部位，直至整条长度为6500mm的焊缝连续致密，无断点。
蒙皮采取断续焊接的方式，有效的减少了应力集中，结合去应力技术，最终使得左、右、上三个蒙皮的四条接缝无大的变形，保证了箱体外观平整光滑，无波浪形，也为保证箱体的直线度奠定了坚实的基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大型箱体焊接变形控制工艺，其特征在于是按照下述方式进行的：
(1)采用约束工装约束方框和角钢，将方框按照顺序放置在工装平台上，用内撑紧工装把角钢固定在方框的定位槽内，上下、左右工装压紧角钢和方框，之后每个方框两侧采用定位挡板固定；
(2)角钢和方框定位之后对方框采用时序焊接，将方框四角的连接块与角钢焊合，在焊合的时候，在一个方框的同一个截面对称焊接两组焊缝，之后对下一个方框同一截面的焊点进行焊接，按照前后顺序操作，在整个序列焊完以后，再按照同样的顺序焊接另一个序列，焊接方框的另一侧面，焊接完毕之后采用敲击的方式去除应力，之后去掉约束工装；
(3)利用压紧工装固定焊接好的方框和角钢，在最两端的方框下垫上一个支撑板，放好左右两侧和顶部的蒙皮，再将所有的方框压紧在平台上；
(4)蒙皮焊接，采用断焊的方式先焊接左右两侧的蒙皮、再焊接顶部的蒙皮，每个蒙皮焊接的时候先从最中间的方框开始焊接，之后按顺序从中间向一侧焊接，最后自中间向另一侧焊接；最后在焊接前后两端和下端的蒙皮，焊接之后采用敲击的方式去除应力。
2.根据权利要求1所述的大型箱体焊接变形控制工艺，其特征在于：步骤(4)中蒙皮的断焊的焊缝长度为80mm、焊缝间隔为160mm。
3.根据权利要求2所述的大型箱体焊接变形控制工艺，其特征在于：步骤(3)中在两端方框下垫放的支撑板是2mm厚的钢板。
4.根据权利要求1或2或3所述的大型箱体焊接变形控制工艺，其特征在于：所述约束工装包括底座(1)，底座(1)上部设有滑动槽(2)，滑动件下部设置在滑动槽(2)内，滑动件穿过底板(3)上的连接孔后与螺母相连，底板(3)上固定有支撑杆(4)，支撑杆(4)顶部设有第一限位螺栓(5)，内撑紧工装是四角倒角的框架(7)，框架(7)上设有第二限位螺栓(8)。
5.根据权利要求1或2或3所述的大型箱体焊接变形控制工艺，其特征在于：所述压紧工装包括设置在底座(1)上的滑动板(9)，滑动板(9)也通过滑动件与滑动槽(2)连接，滑动板(9)上固定有立柱(10)，立柱(10)顶部连有横压杆(11)，横压杆(11)上固定有第三限位螺栓(12)。
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