CN109014721A - 一种焊接变形控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种焊接变形控制方法及装置。其中，所述方法包括：在进行底板与上盖板的焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。本发明实施例在底板与上盖板焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑底板，通过提供与底板焊接变形方向相反的变形，可有效减小焊接变形。

Description

一种焊接变形控制方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及焊接技术领域，具体为一种焊接变形控制方法及装置。

背景技术

铝合金具有密度小，比强度高，无磁性，良好的耐腐蚀性、低温韧性及成形性等特点，成为了一种理想的轻量化材料。铝合金及其焊接结构的使用是减轻整体结构重量、提高能源利用效率的有效途径之一，广泛用于航空航天、高速列车等焊接结构的关键承载部件制造。由于铝合金本身的物理、化学特性，使得铝合金具有熔点低、散热快、凝固快、线膨胀系数大的特征，因此铝合金长大焊接结构存在焊接变形较大的问题。

高速动车组存在长宽比大于8的长大平板厚板类铝合金件与三块厚板搭接焊接结构部件。此部件的焊接挠曲变形大，后续工序难于装配；压力矫形工艺，带来母材损伤风险；后续工艺安装调整间隙费时耗力。

发明内容

为解决现有长大平板类铝合金工件焊接变形较难控制的问题，本发明实施例提供一种焊接变形控制方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供一种焊接变形控制方法，该方法包括：在进行底板与上盖板的焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。

第二方面，本发明实施例提供一种焊接变形控制装置，所述装置包括反变工装，所述反变工装用于在进行底板与上盖板的焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。

本发明实施例在底板与上盖板焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑底板，通过提供与底板焊接变形方向相反的变形，可有效减小焊接变形。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的焊接变形控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的焊接变形控制方法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

本发明实施例适用于铝合金、镁合金及具有类似物理、化学特性的金属材料的焊接，特别适用于长大平板类结构材料的焊接。

图1为本发明实施例提供的焊接变形控制方法流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101、在进行底板与上盖板的焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。

所述底板为长大平面工件，所述底板与其上的上盖板进行焊接后形成部件。在进行底板与上盖板的焊接时，在所述底板的背部，采用具有预设曲率的反变工装紧密贴合所述底板，支撑所述底板，为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以抵消或减轻所述部件的焊接变形。其中，所述预设曲率可根据未采用具有预设曲率的所述反变工装时，所述底板与所述上盖板焊接时的变形的大小得到。

本发明实施例在底板与上盖板焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑底板，通过提供与底板焊接变形方向相反的变形，可有效减小焊接变形。

进一步地，基于上述实施例，所述预设曲率为0.001～0.1。

通过经过大量试验及计算，根据长大铝合金件的焊后变形量，确定所述反变工装的曲率范围为0.001～0.1；可以利用数控龙门机床在所述反变工装表面加工出小曲率表面。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过采用具有特定小曲率的反变工装支撑底板，通过提供与底板焊接变形方向相反的变形，可有效减小焊接变形。

进一步地，基于上述实施例，所述进行底板与上盖板的焊接具体包括：按照跳焊的方式对称施焊；其中，所述跳焊是指按预定次序和方向间隔施焊，所述对称施焊是指将两侧或不同侧的焊缝对称焊接或同步焊接。

在进行底板与上盖板的焊接时，优化焊接顺序，对称施焊，交替焊接。对称施焊是指将两侧或不同侧的焊缝对称焊接或同步焊接；所述跳焊是指按预定次序和方向间隔施焊。所述间隔施焊包括相邻的焊缝不连续施焊。所述交替焊接与所述跳焊的含义等同。跳焊，可减小热量的集聚，从而减少变形。对称施焊，后焊缝的焊接变形会抵消部分前焊缝的焊接变形，有利于焊件受热均匀，从而减少变形。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过按照跳焊的方式对称施焊，焊接变形可以互相抵消，同时可以降低焊接层间温度，从而进一步减小变形。

进一步地，基于上述实施例，所述进行底板与上盖板的焊接具体包括：在焊接塑形区实施装夹的基础上，进行所述底板与所述上盖板的焊接。

在进行底板与上盖板的焊接时，采用在焊缝塑形区实施装夹，而不是在焊接变形较大的弹性部分装夹；装夹位置可距焊缝20～50mm。

焊接过程中的局部集中热源，在被焊工件中造成了热源附近温度很高，而远离热源的区域温度较低的不均匀温度场。在此温度场的作用下，与焊接熔池毗邻的高温区材料的热膨胀因受到周围冷态材料的限制而产生压缩塑性变形。在冷却过程中，已经发生压缩塑性变形的这部分材料(如长焊缝的两侧)同样受到周围金属的制约而不能自由收缩，并在一定程度上受到拉伸而卸载。与此同时，熔池凝固，焊缝金属冷却收缩也因受到制约而产生收缩拉应力和变形。这样，在焊接接头区域就产生了缩短的不协调应变，即残余应变。与焊接接头区域产生的缩短的不协调应变相对应，在部件中会形成自身相平衡的内应力，称为焊接残余应力，而部件所表现的宏观变形则称为焊接残余变形。可见，焊接变形产生的主要原因是焊缝金属的收缩，收缩受到约束就产生了残余应力。因此，采取一定的措施使收缩的焊缝金属获得延展，或在焊接过程中采取适当措施实时控制不协调应变的产生和发展来减小焊缝和近缝区金属的收缩，就可以减小焊接变形并调节内应力的分布。

只有对焊缝周围的塑形区实施装夹，才会使收缩的焊缝金属获得延展。因此，在焊缝塑形区实施装夹，对焊接熔池后方尚处于较高温度的焊缝及热影响区金属施加载荷，可以起到有效降低焊接应力与变形的作用。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过在焊缝塑形区实施装夹可以有效降低焊接应力与变形。

进一步地，基于上述实施例，所述上盖板具有三个，所述上盖板依次间隔放置在所述底板上；其中，中间上盖板具有塞焊孔，所述中间上盖板两端的所述上盖板无塞焊孔，所述按照跳焊的方式对称施焊具体包括：

S1、焊接所述中间上盖板的塞焊孔；

S2、对称焊接所述底板长度方向的三个所述上盖板与所述底板间的平行焊缝；

S3、对称焊接所述底板垂直方向的三个所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝。

工艺要求底板与上盖板必须密贴，如果最后焊接塞焊孔，上盖板中间会产生凸起变形，不能保证密贴，所以必须最先焊接塞焊孔；其次为了防止宽度方向的上拱变形，先焊接底板与上盖板的平行长直焊缝，有利于增加宽度方向上的刚性，还可减小中间的热输入量；最后焊接底板与上盖板垂直长直焊缝，从而减小整体焊接变形，焊接顺序均采用对称施焊。

图2为本发明实施例提供的焊接变形控制方法示意图。如图2所示，虚线表示所述底板的长边，宽度方向两边的波浪线表示所述底板未全部示出。在焊接时，首先焊接中间上盖板的塞焊孔；再对称焊接所述底板长度方向的三个所述上盖板与所述底板间的平行焊缝；最后对称焊接所述底板垂直方向的三个所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝。

本发明实施例同样适用于所述上盖板为其他数目的情形，如所述上盖板数量为4个、5个等；具有塞焊孔的上盖板也可以根据实际情况设定，面积较大的上盖板需要设置塞焊孔。在焊接时，首先焊接塞焊孔，然后对称焊接所述底板长度方向的所述上盖板与所述底板间的平行焊缝；最后对称焊接所述底板垂直方向的所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝。

所述上盖板也可以不包括塞焊孔，当所述上盖板不包括塞焊孔时，则焊接步骤为首先对称焊接所述底板长度方向的三个所述上盖板与所述底板间的平行焊缝；再对称焊接所述底板垂直方向的三个所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过先焊塞焊孔，再长边，后短边的焊接方式进行焊接，可进一步减小焊接变形。

进一步地，基于上述实施例，所述焊接中间上盖板的塞焊孔具体包括：所述中间上盖板的塞焊孔有四个，通过进行对角线焊接完成焊接所述中间上盖板塞焊孔。

所述中间上盖板的塞焊孔有四个，具有两个对角线。进行对角线焊接相当于围绕塞焊孔的中心点进行对称焊接，此种焊接方式有利于减少焊接变形。如图2所示，可以按照箭头所示进行施焊，如可以先焊左上角的塞焊孔，再焊右下角的塞焊孔，再焊左下角的塞焊孔，最后焊右上角的塞焊孔。可以理解的，也可以按照类似的方式施焊，如先焊右上角的塞焊孔，再焊左下角的塞焊孔，再焊左上角的塞焊孔，最后焊右下角的塞焊孔；此处不再穷举。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过进行对角线焊接完成焊接上盖板塞焊孔，可进一步减少焊接变形。

进一步地，基于上述实施例，所述对称焊接所述底板长度方向的三个所述上盖板与所述底板间的平行焊缝的焊接顺序为从中间向两边，具体包括：

S21、焊接所述中间上盖板，先焊上侧焊缝，再焊下侧焊缝；

S22、焊接其中一个与所述中间上盖板相邻的所述上盖板，先焊下侧焊缝，再焊上侧焊缝；

S23、焊接另一个与所述中间上盖板相邻的所述上盖板，先焊上侧焊缝，再焊下侧焊缝。

其中，所述上侧、下侧、左侧和右侧以俯视所述上盖板和所述底板的方向为基准。

焊接时对称施焊是减小焊接变形的有效措施；从中间向两边焊接有利于焊件受热均匀，产生的变形也最小；后焊缝的焊接变形会抵消部分前焊缝的变形。因此在焊接所述底板长度方向的焊缝时，焊接顺序为从中间向两边，对称焊接。

如图2所示，综合以上因素经过数十次实验及验证，得出按照①、②、③、④、⑤、⑥的焊接顺序焊后变形最小。即焊接所述中间上盖板，先焊上侧焊缝①，再焊下侧焊缝②；再焊接其中一个与所述中间上盖板相邻的所述上盖板，如，先焊下侧焊缝③，再焊上侧焊缝④；最后焊接另一个与所述中间上盖板相邻的所述上盖板，先焊上侧焊缝⑤，再焊下侧焊缝⑥。

可以理解的，与上述焊接方式对称的焊接方式与上述焊接方式是等同的。如按照①、②、⑥、⑤、④、③的顺序施焊、按照②、①、④、③、⑥、⑤的顺序施焊、按照②、①、⑤、⑥、③、④的顺序施焊等。

本发明实施例还可适用于所述上盖板为其他数目的情况，当所述上盖板为其他数目时，焊接顺序的规律与上述焊接顺序类似。

在上述实施例的基础上，本发明实施例从中间向两边，采用对称、跳焊顺序焊接底板长度方向的焊缝，可进一步减轻焊接变形。

进一步地，基于上述实施例，所述对称焊接所述底板垂直方向的三个所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝的焊接顺序为从中间向两边交错，具体包括：

S31、焊接所述中间上盖板的左侧焊缝，再焊接与所述中间上盖板相邻的右侧所述上盖板的左侧焊缝；

S32、焊接与所述中间上盖板相邻的左侧所述上盖板的左侧焊缝，再焊接所述中间上盖板的右侧焊缝；

S33、焊接与所述中间上盖板相邻的右侧所述上盖板的右侧焊缝，再焊接与所述中间上盖板相邻的左侧所述上盖板的右侧焊缝。

其中，所述上侧、下侧、左侧和右侧以俯视所述上盖板和所述底板的方向为基准。

上盖板厚度较薄，焊缝之间间隔距离较近，为了避免热输入过大引起焊接变形，采用了从中间向两边交错对称焊接，这样可以分散热量，减小变形；且从中间向两边对称施焊，有利于焊件受热均匀，后焊缝的焊接变形会抵消部分前焊缝的变形，产生的变形最小。因此在焊接所述底板垂直方向的焊缝时，焊接顺序为从中间向两边交错，对称焊接。

如图2所示，综合以上因素经过数十次实验及验证，得出按照1、2、3、4、5、6的焊接顺序焊后变形最小。即焊接所述中间上盖板的左侧焊缝1，再焊接与所述中间上盖板相邻的右侧所述上盖板的左侧焊缝2；然后焊接与所述中间上盖板相邻的左侧所述上盖板的左侧焊缝3，再焊接所述中间上盖板的右侧焊缝4；然后焊接与所述中间上盖板相邻的右侧所述上盖板的右侧焊缝5，再焊接与所述中间上盖板相邻的左侧所述上盖板的右侧焊缝6。

可以理解的，与上述焊接方式对称的焊接方式与上述焊接方式是等同的。如按照4、6、5、1、3、2的顺序施焊等。

本发明实施例还可适用于所述上盖板为其他数目的情况，当所述上盖板为其他数目时，焊接顺序的规律与上述焊接顺序类似。

在上述实施例的基础上，本发明实施例从中间向两边，采用对称、跳焊顺序焊接底板垂直方向的焊缝，可进一步减轻焊接变形。

本发明实施例提供的焊接变形变形控制方法，焊接变形小；最大挠曲由15mm降低至2mm以内；单件焊后调修节约20分钟，后续间隙调整工艺节约40分钟，年节约50万；可应用于CRH2/2A/B/C，CRH380/380Al等20余个型号。

本发明实施例提供一种焊接变形控制装置，所述焊接变形控制装置包括反变工装，所述反变工装具有预设曲率，用于在进行底板与上盖板的焊接时，支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。

所述底板为长大平面工件，所述底板与其上的上盖板进行焊接后形成部件。所述焊接变形控制装置包括反变工装，所述反变工装用于在进行底板与上盖板的焊接时，在所述底板的背部，采用具有预设曲率的反变工装紧密贴合所述底板，支撑所述底板，为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述部件的焊接变形。其中，所述预设曲率可根据未采用具有预设曲率的所述反变工装时，所述底板与所述上盖板焊接时的变形的大小得到。

本发明实施例在底板与上盖板焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑底板，通过提供与底板焊接变形方向相反的变形，可有效减小焊接变形。

进一步地，基于上述实施例，所述反变工装的所述预设曲率为0.001～0.1。

通过经过大量试验及计算，根据长大铝合金件的焊后变形量，确定所述反变工装的曲率范围为0.001～0.1；可以利用数控龙门机床在所述反变工装表面加工出小曲率表面。

所述反变工装还可包括制冷设备，用于降低焊缝周围的温度，以进一步减小焊接变形。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过采用具有特定小曲率的反变工装支撑底板，通过提供与底板焊接变形方向相反的变形，可有效减小焊接变形。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种焊接变形控制方法，其特征在于，包括：

在进行底板与上盖板的焊接时，采用具有预设曲率的反变工装支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设曲率为0.001～0.1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行底板与上盖板的焊接具体包括：

按照跳焊的方式对称施焊；其中，所述跳焊是指按预定次序和方向间隔施焊，所述对称施焊是指将两侧或不同侧的焊缝对称焊接或同步焊接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行底板与上盖板的焊接具体包括：

在焊接塑形区实施装夹的基础上，进行所述底板与所述上盖板的焊接。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述上盖板具有三个，所述上盖板依次间隔放置在所述底板上；其中，中间上盖板具有塞焊孔，所述中间上盖板两端的所述上盖板无塞焊孔，所述按照跳焊的方式对称施焊具体包括：

S1、焊接所述中间上盖板的塞焊孔；

S2、对称焊接所述底板长度方向的三个所述上盖板与所述底板间的平行焊缝；

S3、对称焊接所述底板垂直方向的三个所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述焊接所述中间上盖板的塞焊孔具体包括：

所述中间上盖板的塞焊孔有四个，通过进行对角线焊接完成焊接所述中间上盖板的塞焊孔。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对称焊接所述底板长度方向的三个所述上盖板与所述底板间的平行焊缝的焊接顺序为从中间向两边，具体包括：

S21、焊接所述中间上盖板，先焊上侧焊缝，再焊下侧焊缝；

S22、焊接其中一个与所述中间上盖板相邻的所述上盖板，先焊下侧焊缝，再焊上侧焊缝；

S23、焊接另一个与所述中间上盖板相邻的所述上盖板，先焊上侧焊缝，再焊下侧焊缝。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对称焊接所述底板垂直方向的三个所述上盖板与所述底板间的垂直焊缝的焊接顺序为从中间向两边交错，具体包括：

S31、焊接所述中间上盖板的左侧焊缝，再焊接与所述中间上盖板相邻的右侧所述上盖板的左侧焊缝；

S32、焊接与所述中间上盖板相邻的左侧所述上盖板的左侧焊缝，再焊接所述中间上盖板的右侧焊缝；

S33、焊接与所述中间上盖板相邻的右侧所述上盖板的右侧焊缝，再焊接与所述中间上盖板相邻的左侧所述上盖板的右侧焊缝。

9.一种焊接变形控制装置，其特征在于，包括：反变工装，所述反变工装具有预设曲率，用于在进行底板与上盖板的焊接时，支撑所述底板，通过为所述底板提供与所述底板焊接变形方向相反的变形，以减小所述底板与所述上盖板的焊后变形。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述反变工装的所述预设曲率为0.001～0.1。