CN109530953B - 一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，将超大型精密锻件分为多个焊接段，每个焊接段的两端面加工出半个U形坡口，取一段为起始段，与其相邻段为对接段，对U形坡口四周100mm范围进行预热，寻找出预热温度‑热变形量的对应规律，用记号笔在环靶标尺上标出起点位置，加工中反复验证回归到到起点温度和变形值，激光指示点回归起点位置，确保零变形。本发明的优点在于：能实现超大精密锻件的分块加工制造、运输，到目的地通过零变形焊接工艺组合出整个精密锻件，达到图纸规定的尺寸公差要求。特别适合超大型机床导轨、特大型回转支撑轨道、超大型静压轴承、雷达方位天线轨道、大型天文望远镜运转轨道、回旋加速器等特大型高精密锻件的制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，属于焊接工艺技术领域。
背景技术
世界上超大型装备装备，均是通过焊接方式来制造成整体的，如各种舰船、平台等。这些大型构件基本上都是普通空间钢结构，各部件间的位置精度要求不高，基本上都是厘米级或毫米级，常规焊接变形控制比较好实现。
然而，对于一些大科学装备和重要军事设施，如巨型天文望远镜、飞机测试台、探空雷达等高精度的装备的基础平台、轨道等，国际上通行的做法就是采用整体设计，车间内分段锻造加工热处理，现场进行组合拼接，调整出目标精度。拼接轨道由于有拼接缝，会造成设备运行的周期性振动，而且随着服役时间的推进，轨头会产生早期压溃、裂纹、掉块、磨损等失效。所以组合拼接，只能短期用于精度相对较低的场合。而对要求设备运行平稳，不存在设备振动对轨头的损伤，可长期用于高精度场合，属于无缝连接的焊接组合锻件为最佳的选择。
然而，由于大断面、大体量的轨道精密锻件焊接本身难度较大，加上材质特殊，热处理工艺复杂，整体不能产生焊接变形，所以大型轨道的精密焊接一直是国内外公认的技术难题。
发明内容
本发明针对现有的焊接工艺不能解决变形的问题，提供一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，其特征在于，将超大型精密锻件分为多个焊接段，每个焊接段的两端面加工出半个U形坡口，取其中一段为起始段，与其相邻段为对接段，通过如下步骤将两段焊接段焊接在一起的：
1)固定起始段作为起始点；
2)对接段支撑调整到规定精度后，与起始段组合成一个完整的U形坡口后，在U形坡口底部的交接处点焊固定；
3)在对接段的另一端，固定激光指示器，与激光指示器配合的环靶标尺放置距离激光指示器不小于10米处；
4)在U形坡口四周100mm范围进行预热，预热过程中，通过测温仪，每10分钟记录一次温度、时间、变形量，寻找出预热温度－热变形量的对应规律，焊接前，确定焊接起点温度和变形值；用记号笔在环靶标尺上标出起点位置；
5)按性能要求匹配的材料实施坡口多道多层填充焊，坡口每焊接一道后记录变形量；
6)采用气动锤、电动锤或超声波消应力仪微区焊道振动、锻打变形，以完全消除步骤5)的变形量，验证回归步骤4)的起点温度和变形值，激光指示点回归起点位置；
7)采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时均匀化焊接及锤击形变的残余应力；
8)测量道间温度，控制道间温度到预热温度；
9)重复步骤5)－8)，直至完成所有焊接量，检查确认温度与变形值和开焊前完全一致；
10)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形。
超声波+磁粉+渗透方法三结合，同时探伤检查，确保内部和表面无缺陷。
焊缝修磨达标后，整个精密锻件轨道完全符合总图，直接使用
微区焊道振动、锻打变形、火焰加热缺陷检查消除处理的一体化组合工艺，同步调整应力状态。
作为一个大的轨道设备，需要对轨道分成多个焊接段，对过个焊接段采用上述的方式依次组合焊接：
进一步，将焊接在一起并经过检测的两个焊接段作为一个新的起始段，将下一个焊接段作为对接段，按照步骤1)－10)完成组合焊接，依次完成余下焊接段组合焊接。
进一步，所述的微区焊道振动、锻打变形、火焰加热缺陷检查消除处理的一体化组合工艺，是构成焊缝的每一道焊道必须进行的全流程处理，以温度和变形值回归施焊前值为目标。
进一步，所述的超大型精密锻件，是环形、直线形或异形结构。
本发明的优点在于：能实现超大精密锻件的分块加工制造、运输，到目的地通过零变形焊接工艺组合出整个精密锻件，达到图纸规定的尺寸公差要求。特别适合超大型机床导轨、特大型回转支撑轨道、超大型静压轴承、雷达方位天线轨道、大型天文望远镜运转轨道、回旋加速器等特大型高精密锻件的制造。
附图说明
图1为本申请一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺的焊接段组合焊接示意图。
附图标记记录如下：1－起始段，2－对接段，3－固定装置，4－支撑调整装置，5－激光指示器，6－环靶标尺，7－测温仪，8－已焊坡口，9－待焊坡口，10－焊接段。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，将超大型精密锻件分为多个焊接段，每个焊接段的两端面加工出半个U形坡口，取其中一段为起始段1，与其相邻段为对接段2，通过如下步骤将两段焊接段焊接在一起的：
1)固定起始段作1为起始点；固定通过常规使用的固定装置3进行固定；
2)对接段2支撑调整到规定精度后，与起始段1组合成一个完整的U形坡口后，在U形坡口底部的交接处点焊固定；对接段采用支撑调整装置4进行支撑调整，支撑调整装置都是常规使用的工装；
3)在对接段2的另一端，固定激光指示器5，与激光指示器5配合的环靶标尺6放置距离激光指示器5不小于10米处；
4)在U形坡口四周100mm范围进行预热，预热过程中，通过测温仪7，每10分钟记录一次温度、时间、变形量，寻找出预热温度－热变形量的对应规律，焊接前，确定焊接起点温度和变形值；用记号笔在环靶标尺6上标出起点位置；
5)按性能要求匹配的材料实施坡口多道多层填充焊，坡口每焊接一道后记录变形量；
6)采用气动锤、电动锤或超声波消应力仪进行微区焊道振动、锻打变形，以完全消除步骤5)的变形量，验证回归步骤4)的起点温度和变形值，激光指示点回归起点位置；
7)采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时均匀化焊接及锤击形变的残余应力；
8)测量道间温度，控制道间温度到预热温度；
9)重复步骤5)－8)，直至完成所有焊接量，检查确认温度与变形值和开焊前完全一致；
10)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形。此时焊接完成的坡口为以已焊坡口8，此时的焊接段10已完成与起始段1的焊接，对已焊坡口8处降温至预热温度，激光指示器5在环靶标尺6上的光标回到起始位置，则验证回归值，可以确认实现了零变形。在同一个温度时，激光指示器5在环靶标尺6上的光标相同，可以证明焊接没有导致变形，光标的位置发生了偏移，则说明发生了变形，发生变形就需要采用气动锤、电动锤或超声波消应力仪进行微区焊道振动、锻打变形，以完全消除变形量。
对与大型的锻件，需要分成多个焊接段，可以采用上述工艺连续施工完成整体焊接：将焊接在一起并经过检测的两个焊接段作为一个新的起始段，将下一个焊接段作为对接段，按照步骤1)－10)完成组合焊接，依次完成余下焊接段组合焊接。对接段与起始段之间形成U形坡口为待焊坡口9。测温仪7对待焊坡口9进行温度检测。
所述的微区焊道振动、锻打变形、火焰加热缺陷检查消除处理的一体化组合工艺，是构成焊缝的每一道焊道必须进行的全流程处理，以温度和变形值回归施焊前值为目标。
所述的超大型精密锻件，是环形、直线形或异形结构。
以下以直径20米的雷达方位天线环形轨座的十焊接段精密组焊为例，具体说明一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺：
如图1(局部)所示：
1)固定其中一个锻件焊接段每个焊接段两端面已经加工出半个U形坡口)，作为起始点。
2)对接段支撑调整到规定精度后，与起始段组合成一个完整的U形坡口后，点焊固定，作为自由段。
3)制作变形监测工装；在自由段的另一端，固定激光指示器，环靶标尺位于10米外。当然，视精度需要，也可以采用光栅、电阻应变仪或千分表在端头进行变形测量。
4)对坡口四周100mm范围进行预热，预热过程温度、时间、变形量的记录(10分钟间隔)，寻找出单一温度－热变形量规律，确定焊接起点温度和变形值；在环靶标尺上标出起点。
5)按轨道性能要求匹配的材料实施坡口多道多层填充焊，坡口每焊接一道后记录变形量，用于控制和调整参考；
6)采用气动锤进行微区焊道振动、锻打变形。完全消除步骤5)的变形量，验证回归步骤4)的起点温度和变形值，激光指示点回到起点标识位置；
7)采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时均匀化焊接及锤击形变的残余应力。
8)测量道间温度到预热温度，重复步骤5)－7)，直至完成所有焊接量；
9)检查确认温度和变形值和开焊前完全一致；
10)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形；
11)超声波+磁粉+渗透方法三结合，同时探伤检查，确保内部和表面无缺陷。
12)将焊接在一起并经过检测的两个焊接段作为一个起始段，将下一个焊接段作为对接段，按照步骤1)－11)完成组合焊接。依次完成余下焊接段组合焊接，直至闭合成环。
13)焊缝修磨达标后，整个精密锻件轨道完全符合总图，直接使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (4)
1.一种超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，其特征在于，将超大型精密锻件分为多个焊接段，每个焊接段的两端面加工出半个U形坡口，取其中一段为起始段(1)，与其相邻段为对接段(2)，通过如下步骤将两段焊接段焊接在一起：
1)固定起始段(1)作为起始点；
2)对接段(2)支撑调整到规定精度后，与起始段(1)组合成一个完整的U形坡口后，在U形坡口底部的交接处点焊固定；
3)在对接段(2)的另一端，固定激光指示器(5)，与激光指示器(5)配合的环靶标尺(6)放置距离激光指示器(5)不小于10米处；
4)在U形坡口四周100mm范围进行预热，预热过程中，通过测温仪(7)，每10分钟记录一次温度、时间、变形量，寻找出预热温度－热变形量的对应规律，焊接前，确定焊接起点温度和变形值；用记号笔在环靶标尺(6)上标出起点位置；
5)按性能要求匹配的材料实施坡口多道多层填充焊，坡口每焊接一道后记录变形量；
6)采用气动锤、电动锤或超声波消应力仪进行微区焊道振动、锻打变形，以完全消除步骤5)的变形量，验证回归步骤4)的起点温度和变形值，激光指示点回归起点位置；
7)采用火焰加热方法进行缺陷检查，打磨消除叠夹、夹渣、锤击飞边、毛刺，同时均匀化焊接及锤击形变的残余应力；
8)测量道间温度，控制道间温度到预热温度；
9)重复步骤5)－8)，直至完成所有焊接量，检查确认温度与变形值和开焊前完全一致；
10)降温并记录变形量，验证回归值，确认零变形。
2.根据权利要求1所述的超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，其特征在于，将焊接在一起并经过检测的两个焊接段作为一个新的起始段，将下一个焊接段作为对接段，按照步骤1)－10)完成组合焊接，依次完成余下焊接段组合焊接。
3.根据权利要求1所述的超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，其特征在于，所述的微区焊道振动、锻打变形、火焰加热缺陷检查消除处理的一体化组合工艺，是构成焊缝的每一道焊道必须进行的全流程处理，以温度和变形值回归施焊前值为目标。
4.根据权利要求1所述的超大型精密锻件组合零变形焊接工艺，其特征在于，所述的超大型精密锻件，是环形、直线形或异形结构。
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