CN114473146B - 一种箱形臂架及其焊接变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工程机械技术领域，公开了一种箱形臂架及其焊接变形控制方法，包括单臂节，所述单臂节包括底板、侧板以及上盖板，所述底板、左右两个侧板以及上盖板拼接成箱形结构，所述侧板上设置有折弯部。将左右两个侧板放在折弯机上进行纵向折弯，并控制折弯力，使其产生变形量为P1的变形，P1取2～3mm，折弯的道数为2～3道，使左右两个侧板产生冷作硬化的效果。本发明的有益效果为能够有效的降低箱形臂架的焊接变形，保证平面度、直线度等形位公差满足设计和工艺要求，提高了箱形结构的承载能力。
Description
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，涉及一种箱形臂架及其焊接变形控制方法，具体涉及一种高空平台车四单板组成的箱形臂架结构及其焊接变形控制方法。
背景技术
箱形臂架---与普通的箱形截面相同，由上盖板、左右侧板及下底板组成。
箱形臂架生产过程中会产生整体变形，如纵向和横向收缩(总尺寸缩短)，挠曲变形、旁弯变形；横纵向收缩变形可以通过下料或装配时预放余量来补偿，但是下料阶段预留收缩余量大，而且预留收缩余量大小不好掌握。
箱形臂架拼焊完成后，存在各种焊接变形问题，工厂最常用的就是焊前预热、焊后矫形。箱形臂架焊接变形控制方法主要有焊接过程中采用防变形工装胎模夹具配合焊接工艺优化控制焊接变形、焊前预热以及焊后矫形。
关于焊接过程中采用防变形工装胎模夹具配合焊接工艺优化控制焊接变形，箱形梁在拼焊过程中多采用钢性强胎架工装，发明专利(专利号：)ZL201811498072.8)公开了一种高空作业箱型臂架的制作方法，如图1和图2所示，使用内胎模和定位靠山从内外侧进行定位焊接，但是焊接过程中拘束度大，这就带来构件内焊后残余应力过大的问题；而且较长臂架焊接过程中，胎架或者内胎模类似的涨紧工装不易去除，增加劳动强度；该种方法在一定程度上能控制住挠曲变形、旁弯变形，但是工装撤出后，又会出现波浪变形，控制效果不理想。
关于焊前预热，实用新型专利(专利号：ZL201921007973.2)公开了一种应用于箱形梁拼焊过程中的防变形预热装置，在箱形梁左右两侧板相对设置预热机构，在焊接前将板材预热，解决板材热变形问题，从而达到减小焊接变形的目的；但，如果焊前预热位置、预热温度、预热时间等工艺参数不合理，起不到变形控制效果，反而会增加工件内部热应力。
关于焊后矫形，发明专利申请(申请号：201911347576.4)公开了一种薄板焊接变形的控制及矫正方法，通过优化板缝布置；选择小的焊脚尺寸和短的焊缝；先装配后焊接；焊序优化(断续焊、分段退焊、先焊短焊缝后焊长焊缝)等手段控制变形；通过胎夹具夹紧对构件进行固定；采用火焰矫正法矫正钢结构，采用边加热边喷水冷却的方法。但公开的火焰矫正法，只限于矫正焊接构件的局部变形，如角变形、弯曲变形、波浪变形等等，该种方法工艺参数控制不合理，矫形效果不理想，况且预热、矫形工序会带来的成本增加、生产效率降低，劳动强度增大一系列问题。
发明内容
为了解决现有技术中较长薄板的箱形臂架焊接变形大、不能满足钢结构质量要求及经济性要求的问题，本发明提供了一种箱形臂架及其焊接变形控制方法，主要针对较长薄板的箱形臂架提供一种焊接变形易于控制的结构形式及工艺方法，能够有效的降低箱形臂架的焊接变形，保证平面度、直线度等形位公差满足设计和工艺要求，提高了箱形结构的承载能力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提出了一种箱形臂架，包括单臂节，所述单臂节包括底板、左右两个侧板以及上盖板，所述底板、左右两个侧板以及上盖板拼接成箱形结构，所述侧板上设置有折弯部。将左右两个侧板30放在折弯机上进行纵向折弯，并控制折弯力，使其产生变形量为P1的变形，P1一般取2～3mm，折弯的道数根据左右两个侧板30高度来确定，一般为2～3道，使左右两个侧板产生冷作硬化的效果，增强结构的刚性。
结合第一方面，进一步地，所述折弯部的内凹2～3mm。
结合第一方面，进一步地，所述折弯部有2～3处。
结合第一方面，进一步地，所述左右两个侧板折弯部的位置相对应设置，且左右两个侧板的折弯部数量一致。
第二方面，本发明提出了一种箱形臂架的焊接变形控制方法，包括以下步骤：
步骤一，为了降低箱形臂架的波浪变形，采用将侧板放在折弯机上进行纵向折弯，使其产生变形量为P1的变形；采用CAE的方法计算屈曲特征值系数确定刚度增加的效果，P1一般取2～3mm，P1过大则影响伸臂的装配，折弯的道数根据左右侧板高度来确定，一般为2～3道，使左右侧板产生冷作硬化的效果。步骤二，计算箱形臂架的角焊缝焊脚尺寸的大小，使两侧板分别与底板以及上盖板拼点后四条焊缝的角焊缝焊脚K为底板和上盖板中最薄板的板厚。
步骤三，在无装配应力的条件下，对左右侧板、上盖板及底板进行拼点，形成箱形结构。
步骤四，在焊接过程中，通过合理焊接顺序进行焊接变形控制，具体为：为了降低箱形臂架的旁弯变形，对拼点后形成箱形结构的单臂节进行焊接，采用四把焊枪对单臂节的A，B，C，D四条焊缝同时进行焊接。
为了防止箱形臂架的上翘变形，并且将A，B两条焊缝分成三段进行焊接，焊接完成，得到所述箱形臂架；其中，焊缝A、B分别为两侧板与上盖板拼点定位后需要焊接的两条焊缝，焊缝C、D分别为两侧板与底板拼点定位后需要焊接的两条焊缝。
结合第二方面，进一步地，所述步骤三的具体步骤为：将底板放在焊接平台上，依次放入箱形臂架内部拼点胎具、左右侧板以及上盖板，通过辅助件(比如靠山等辅助件)进行固定，固定好后对焊接区域进行清洗。
为了保证拼点的焊接质量，拼点的长度为≥50mm，拼点完成后抽出内部工装。
结合第二方面，进一步地，采用丙酮溶液对焊接区域进行清洗并吹干。
结合第二方面，进一步地，所述步骤四的具体步骤为：
将A，B两条焊缝分成三段，依次为焊缝A1、A2、A3和焊缝B1、B2、B3，其中焊缝A1和B1长度相同，焊缝A2和B2长度相同，焊缝A3和B3长度相同；
采用四把焊枪同时焊接A1、B1、C以及D四条焊缝，当A1及B1焊接完成后，焊接C和D的焊枪继续工作，而焊接A1和B1的焊枪停止工作，停止工作的距离为A2和B2的焊缝总长度L3；
当焊接C和D的焊枪焊至A2和B2的终点对应的位置后，采用四把焊枪同时焊接A3、B3、C以及D四条焊缝；
当A3、B3、C以及D焊接完成后，采用两把焊枪对未焊接的A2和B2焊缝同时进行补焊焊接，保证箱形臂架的上翘变形量被控制在技术要求范围内。
结合第二方面，进一步地，.所述A2和B2的焊缝总长度L3为所述箱形臂架长度L的10％～20％。结合第二方面，进一步地，在焊接过程中，采用氩气与CO2混合气体保护电弧焊进行焊接，CO2的流量为10L/min～25L/min，焊接电流的大小取决于送丝速度，送丝速度为18m/h～36m/h，焊接电流160A～200A。
与现有技术相比，本发明提供了一种箱形臂架及其焊接变形控制方法，具备以下有益效果：
(1)本发明主要针对较长薄板的箱形臂架(较长指长度为8～12m，薄板指板厚为3～5mm)，提供一种焊接变形易于控制的结构形式及工艺方法，能够有效的降低箱形臂架的菱形、扭曲、波浪、旁弯及上翘焊接变形，使箱形臂架结构件无需调形即可进行装配，减少了调形成本，提高了生产效率，保证平面度、直线度等形位公差满足设计和工艺要求，提高了结构件的承载能力，显著增强产品在焊接制造业中的竞争力。
(2)本发明的焊接变形控制方法，在焊接前，在不影响箱形结构功能的前提下，采用冷作硬化的方法增加了结构的刚性，防止出现屈曲侧板的波浪变形情况；优化了焊脚尺寸，有效的降低了波浪变形；在焊接时采用同时焊接及断续焊接的方法降低了上翘及旁弯等焊接变形，减少了应力集中。
(3)本发明的箱形臂架结构及焊接变形控制方法同时为其他箱形臂架的焊接变形控制提供参考。
附图说明
图1为现有技术中的定位箱形臂架结构的示意图；
图2为现有技术中箱形结构的焊缝焊接顺序的示意图；
图3为本发明的箱形臂架结构的示意图(图中A、B分别为两侧板与上盖板拼点定位后需要焊接的两条焊缝；C、D分别为两侧板与底板拼点定位后需要焊接的两条焊缝；L1为上盖板的宽度尺寸；L2为侧板的高度尺寸)；
图4为图3中E处的局部放大示意图；
图5为本发明中箱形结构的焊接顺序优化图(图中L为箱形臂架的长度尺寸)。
图中附图标记的含义为：10-底板；20-上盖板；30-侧板；301-折弯部。
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做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。
如图3和图5所示，本发明提出了一种箱形臂架，包括单臂节，单臂节包括底板10、左右两个侧板30以及上盖板20，底板10、左右两个侧板30以及上盖板20拼接成箱形结构，侧板30上设置有折弯部301。将左右两个侧板3030放在折弯机上进行纵向折弯，并控制折弯力，使其产生变形量为P1的变形，P1一般取2～3mm(即折弯部301的内凹2～3mm)，如图4所示，折弯的道数根据左右两个侧板3030高度来确定，一般为2～3道(即折弯部301有2～3处)，使左右两个侧板30产生冷作硬化的效果，增强结构的刚性。
在本实施例的一种具体实施方式中，左右两个侧板30的折弯部301的位置相对应设置，且左右两个侧板30的折弯部301数量一致。
如图5所示，本发明还提出了一种箱形臂架的焊接变形控制方法，包括以下步骤：
步骤一，为了降低箱形臂架的波浪变形，采用将侧板30放在折弯机上进行纵向折弯，使其产生变形量为P1的变形；采用CAE的方法计算屈曲特征值系数确定刚度增加的效果，刚度增加的效果参见表1，P1一般取2～3mm，P1过大则影响伸臂的装配；折弯的道数根据左右侧板30高度来确定，一般为2～3道，使左右侧板30产生冷作硬化的效果。
表1
步骤二，计算箱形臂架的角焊缝焊脚尺寸的大小，使两侧板30分别与底板10以及上盖板20拼点后四条焊缝的角焊缝焊脚K为底板10和上盖板20中最薄板的板厚。
步骤三，在无装配应力的条件下，对左右侧板30、上盖板20及底板10进行拼点，形成箱形结构。
将底板10放在焊接平台上，依次放入箱形臂架内部拼点胎具、左右侧板30以及上盖板20，通过辅助件(比如靠山等辅助件)进行固定，固定好后采用丙酮溶液对焊接区域进行清洗并吹干。
为了保证拼点的焊接质量，拼点的长度为≥50mm，拼点完成后抽出内部工装。
步骤四，在焊接过程中，通过合理焊接顺序进行焊接变形控制，具体为：为了降低箱形臂架的旁弯变形，对拼点后形成箱形结构的单臂节进行焊接，采用四把焊枪对单臂节的A，B，C，D四条焊缝同时进行焊接。
为了防止箱形臂架的上翘变形，并且将A，B两条焊缝分成三段进行焊接，焊接完成，得到箱形臂架；其中，焊缝A、B分别为两侧板30与上盖板20拼点定位后需要焊接的两条焊缝，焊缝C、D分别为两侧板30与底板10拼点定位后需要焊接的两条焊缝。
步骤四的具体步骤为：
将A，B两条焊缝分成三段，依次为焊缝A1、A2、A3和焊缝B1、B2、B3，其中焊缝A1和B1长度相同，焊缝A2和B2长度相同，焊缝A3和B3长度相同；
采用四把焊枪同时焊接A1、B1、C以及D四条焊缝，当A1及B1焊接完成后，焊接C和D的焊枪继续工作，而焊接A1和B1的焊枪停止工作，停止工作的距离为A2和B2的焊缝总长度L3；
当焊接C和D的焊枪焊至A2和B2的终点对应的位置后，采用四把焊枪同时焊接A3、B3、C以及D四条焊缝；
当A3、B3、C以及D焊接完成后，采用两把焊枪对未焊接的A2和B2焊缝同时进行补焊焊接，保证箱形臂架的上翘变形量被控制在技术要求范围内。
在本实施例的一种具体实施方式中，A2和B2的焊缝总长度L3为箱形臂架长度L的10％～20％；根据有限元的分析，可以看出，20％具有良好的变形控制效果，且补焊的时间较短，而30％,40％同样也能满足效果，但是补焊的时间较长，通过大量试验，得到表2。
表2
| L3的长度(总长的％) | 0％ | 10％ | 20％ | 30％ | 40％ |
| 上翘变形量(mm) | 17.2 | 12.3 | 7.58mm | 3.4mm | 1.4mm |
| 补焊时间(min) | 0min | 10min | 20min | 30min | 40min |
在本实施例的一种具体实施方式中，在焊接过程中，采用氩气与CO2混合气体保护电弧焊进行焊接，CO2的流量为10L/min～25L/min，焊接电流的大小取决于送丝速度，送丝速度为18m/h～36m/h，焊接电流160A～200A。
本发明在焊接前，在不影响箱形结构功能的前提下，采用冷作硬化的方法增加结构的刚性，将左右侧板放在折弯机上进行纵向折弯，并精准的控制折弯力，使其产生变形量P1为2～3mm变形，折弯的道数根据左右侧板高度来确定，一般为2～3道，使左右侧板产生冷作硬化的效果，计算箱形臂架的角焊缝焊脚尺寸的大小，使四条焊缝角焊缝焊脚为底板及侧板中最薄板的板厚。在焊接过程中，采用四把焊枪对箱形臂架的四条焊缝同时进行焊接，为了防止箱形臂架的上翘变形，将上盖板与左右侧板间的两条角焊缝分成三段进行焊接，达到降低上翘及旁弯等焊接变形，减少应力集中的目的。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种箱形臂架的焊接变形控制方法，其特征在于， 包括以下步骤：
步骤一，将侧板放在折弯机上进行纵向折弯，使其产生变形量为P1的变形，得到内凹的折弯部，所述折弯部内凹2～3mm，所述折弯部有2～3处；
步骤二，计算箱形臂架的角焊缝焊脚尺寸的大小，使两侧板分别与底板以及上盖板拼点后四条焊缝的角焊缝焊脚K为底板和上盖板中最薄板的板厚；
步骤三，对左右侧板、上盖板及底板进行拼点，形成箱形结构；
步骤四，对拼点后形成箱形结构的单臂节进行焊接，采用四把焊枪对单臂节的A，B，C，D四条焊缝同时进行焊接，并且将A，B两条焊缝分成三段进行焊接，焊接完成，得到所述箱形臂架；其中，焊缝A、B分别为两侧板与上盖板拼点定位后需要焊接的两条焊缝，焊缝C、D分别为两侧板与底板拼点定位后需要焊接的两条焊缝；
将A，B两条焊缝分成三段，依次为焊缝A1、A2、A3和焊缝B1、B2、B3，其中焊缝A1和B1长度相同，焊缝A2和B2长度相同，焊缝A3和B3长度相同；
采用四把焊枪同时焊接A1、B1、C以及D四条焊缝，当A1及B1焊接完成后，焊接C和D的焊枪继续工作，而焊接A1和B1的焊枪停止工作，停止工作的距离为A2和B2的焊缝总长度L3，所述A2和B2的焊缝总长度L3为所述箱形臂架长度L的10%～20%；
当焊接C和D的焊枪焊至A2和B2的终点对应的位置后，采用四把焊枪同时焊接A3、B3、C以及D四条焊缝；
当A3、B3、C以及D焊接完成后，采用两把焊枪对未焊接的A2和B2焊缝同时进行补焊焊接；
在焊接过程中，采用氩气与CO2混合气体保护电弧焊进行焊接，CO2的流量为10L/min～25L/min，焊接电流160A～200A。
2.根据权利要求1所述的一种箱形臂架的焊接变形控制方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为：将底板放在焊接平台上，依次放入箱形臂架内部拼点胎具、左右侧板以及上盖板，通过辅助件进行固定，固定好后对焊接区域进行清洗。
3.根据权利要求2所述的一种箱形臂架的焊接变形控制方法，其特征在于：采用丙酮溶液对焊接区域进行清洗并吹干。
4.一种箱形臂架，其特征在于：使用权利要求1至3任一项所述的一种箱形臂架的焊接变形控制方法，包括单臂节，所述单臂节包括底板、左右两个侧板以及上盖板，所述底板、左右两个侧板以及上盖板拼接成箱形结构，所述侧板上设置有折弯部。
5.根据权利要求4所述的一种箱形臂架，其特征在于：所述左右两个侧板折弯部的位置相对应设置。
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