CN115121916B - 一种钢铁板材焊后变形电弧焊校正法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接领域，涉及一种钢铁板材焊后变形电弧焊校正法。该校正法通过电弧焊对钢铁板材焊后变形进行校正，通过理论计算，得出了校正施焊时焊道的数量和位置的计算方式，且推导出校正时焊接电流、焊接电压、母材板厚与焊接速度之间的关系，在校正施焊时焊道由两端向中间左右依次递进式集中，在校正施焊后，对凸起的焊道进行打磨。相较于传统的校正方法，该校正法不仅最大限度地降低了对材料的破坏，同时进一步增加了车间焊后变形校正工序的工作效率，降低了工作人员的劳动强度。特别对于高碳高硬度钢材和一些有特殊性能要求的钢材的加工，该校正法提供了重要的理论基础和工艺指导。

Description

一种钢铁板材焊后变形电弧焊校正法

技术领域

本发明属于焊接领域，涉及一种钢铁板材焊后变形电弧焊校正法。

背景技术

目前，行业内对钢铁板材的加工工艺，焊接方式占据着绝大部分的比例。焊接过程是一个高度集中的瞬时热输入过程，不可避免的会产生焊接残余应力和焊接变形。焊接残余应力的大小和分布会严重影响焊接结构的静载强度、疲劳强度、结构的脆性断裂、应力腐蚀开裂等。特别对于一些结构尺寸大的零部件，焊后变形尤为明显，若不能得以校正，不仅严重影响工件结构的尺寸精度和外形，甚至中断正常的工艺流程，妨碍后续的装配工作。

目前，对焊后变形的校正方式主要有机械校正法、火焰校正法和综合校正法。然而，这两种方法都有其自身工艺上的缺陷。机械校正法，即给变形板材施加来自外部的机械力，使得构件产生与原来的焊接变形相反的塑性变形，以便于能够抵消焊接变形，这种方法只适合刚性较小且不太厚的板结构，且校正时需要针对工件制作专门的工装，同时工作人员劳动强度特别大，生产效率低下；火焰校正法，即利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形在冷却过后缩短以抵消变形，这种方法一般主要适用于各种低碳钢和大部分的低合金结构钢，却不适用于碳当量大的高碳高硬度钢，而且校正效果很大程度地依赖操作人员经验，火焰温度和灼烧时长等参数都很难给出线性的对应关系，同时由于火焰校正的加热面积大，热输入相对不集中，温度较低时无法调整变形尺寸，待达到校正钢板变形的温度时，母材原有的材料属性已发生改变，失去的有些特种钢材原有的材料属性。

故而亟需研发一种新的校正工艺，在弥补原有校正法存在的缺陷的同时，提升生产速率，提高产品质量。

发明内容

(一)本发明的目的

本发明的目的在于提供一种校正工艺，通过电弧焊对钢铁板材焊后校正的新的加工方法，相较于传统校正工艺，该校正法校正时能量集中，极大地降低了其校正过程中母材的热输入量，从而确保板材的材料性能不被破坏，通过计算推导出校正施焊时各参数之间的关系，使操作人员可根据关系式调节相应参数，从而达到理想的校正效果，降低工人作业难度的同时，有利于该校正法在相关的域的进一步推广，不仅要降低工作人员的劳动强度，同时大幅提升了校正后产品的质量，

(二)本发明的方案

本发明解决的技术问题是提供一种板材焊后变形电弧焊校正法，该校正法通过电弧焊对钢铁板材焊后变形进行校正，通过理论计算，得出了校正施焊时焊道的数量和位置的计算方式，且推导出校正时焊接电流、焊接电压、母材板厚与焊接速度之间的关系。

一种板材焊后变形电弧焊校正法的具体步骤如下：

1)确定待校正板材的变形方式以及施焊位置。

2)测量待校正板材的厚度和长宽尺寸；

3)测量待校正板材的最大变形量，和最大变形位置；

4)确定校正施焊时焊道的位置和数量。

5)确定施焊时的焊接速度。

6)根据上述步骤所确定的焊道位置和数量，依照求得的焊接速度与焊接电流、焊接电压进行校正施焊，施焊时焊道由两端向中间左右依次递进式集中。

7)待施焊校正后，对凸起的焊道进行打磨，对板材的焊接表面进行打磨清理，去除焊道余高。

进一步地，本校正法在步骤1)中，当板材为左右两侧变形时，校正施焊焊缝为纵焊缝；当板材为上下两侧变形时，校正施焊焊缝为横焊缝；当板材为上下左右同时时，校正施焊焊缝为横焊缝加纵焊缝；施焊的焊缝在变形板材外凸的一侧；

进一步地，本校正法在步骤1)中，当板材的变形为对角变形，施焊焊缝位于该对角连线的垂直位置处；

进一步地，本校正法在步骤4)中，焊道在板材最大变形位置处的两侧均匀分布，最边缘处的焊道距离待校正板材一端的距离，为待校正板材最大跨度的1/7～1/9，板材中间集中焊道间距均为130mm～160mm；

进一步地，本校正法在步骤6)中，操作人员可根据板材变形不均匀处的大小，在施焊过程中通过泼水的方式使焊道急速冷却；

进一步地，本校正法在步骤6)中，施焊时采用二氧化碳气体保护焊；

进一步地，施焊时的焊接速度与焊接电流、焊接电压的关系式为：

其中，v，焊接速度；y，焊缝长度；I，焊接电流；U，焊接电压；η，功率系数；C，母材比热容；m，焊缝质量；x，校正焊道数；Δt，母材温度变化值；s，母材变形量；

一种板材焊后变形电弧焊校正法通过熔焊加热的方式对板材予以校正，相对热输入量小，致使母材热影响区小，从而保证了母材的材料性能。例如对特种装甲钢校正时，其防弹、防雷等性能在校正过程中得以保全，经对熔焊校正法校正后的装甲钢板材进行分析实验和现场打靶，其材料性能几乎不变，满足装甲车辆中对特种装甲钢性能的要求。同时，通过建立了校正时焊接速度，焊接电流、焊接电压、母材板厚之间的关系，为该校正方式能得以进一步推广提供了通用性和指导性，而不再是紧紧依靠经验，其形式符合我国目前的对于工业制造的总体规划。

相较于传统的校正方法，该校正法不仅最大限度地降低了对材料的破坏，同时进一步增加了车间焊后变形校正工序的工作效率，降低了工作人员的劳动强度。特别对于高碳高硬度钢材和一些有特殊性能要求的钢材的加工，该校正法提供了重要的理论基础和工艺指导。

附图说明

下面结合附图举实例做进一步详细描述：

图1为校正样板主视图；

图2为校正样板俯视图；

其中：

1、起始焊道；2、中间焊道；3、校正板材；n，焊道间距；s，最大变形量；

具体实施方式

下面通过附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的一种板材焊后变形电弧焊校正法的具体步骤如下：

1)确定待校正板材的变形方式。

如图1所示为校正样板主视图，图2所示为校正样板俯视图，当生产中对钢板焊接变形后板材变形时，通过二氧化碳气体保护焊对变形的板材进行校正，先对变形板材的变形方式进行确定，当板材为左右两侧变形时，校正施焊焊缝为纵焊缝；当板材为上下两侧变形时，校正施焊焊缝为横焊缝；当板材为上下左右同时时，校正施焊焊缝为横焊缝加纵焊缝；施焊的焊缝在变形板材外凸的一侧；当板材的变形为对角变形，施焊焊缝位于该对角连线的垂直位置处；

2)测量待校正板材的厚度和长宽尺寸；

图1、图2所示的变形板材为左右两侧变形，则校正时施焊焊缝为纵焊缝，再对待校正板材的厚度和长宽尺寸进行测量，板材变形方向的跨度为n，板材的厚度为δ；

3)测量待校正板材的最大变形量，和最大变形位置；

测量待校正板材的最大变形量和最大变形位置，最大变形量为s，最大变形位置在图示中间焊道2处；

4)确定校正施焊时焊道的位置和数量；

确定校正施焊时焊道的位置和校正焊道数量x，焊道在板材最大变形位置处的两侧均匀分布，最边缘处的焊道距离待校正板材一端的距离为待校正板材最大跨度n的1/8，板材中间集中焊道间距为等宽的150mm；

5)确定施焊时的焊接速度；

通过公式进行计算施焊时的焊接速度与焊接电流、焊接电压之间的关系，

其中焊缝质量m为焊缝热影响区的质量，母材温度变化值Δt为板材变形温度与室温之间的温度差，功率系数η通过查表的方式求得，焊接电流I、焊接电压U为产品加工时的设定值，为已知值，C为母材比热容，y为焊缝长度。

6)根据上述步骤所确定的焊道位置和数量，依照求得的焊接速度与焊接电流、焊接电压进行校正施焊，施焊时焊道由两端向中间左右依次递进式集中。

根据前述步骤所确定的焊道位置和校正焊道数量，依照求得的焊接速度v，采用产品加工时的设定的焊接电流I、焊接电压U进行校正施焊，施焊时焊道由两端的起始焊道1向中间焊道2处左右依次递进式集中，操作人员根据板材变形不均匀处的大小，在施焊过程中通过泼水的方式使焊道急速冷却，施焊时优先采用二氧化碳气体保护焊。

7)待施焊校正后，对凸起的焊道进行打磨，对板材的焊接表面进行打磨清理，去除焊道余高。

待施焊校正板材温度下降至室温后，对凸起的焊道进行打磨，对板材的焊接表面进行清理，去除焊道余高及板材表面的焊豆。

这样，校正过程中相对热输入量小，致使母材热影响区小，从而保证了母材的材料性能，特别对于特种装甲钢的校正，校正后其防弹、防雷等性能在校正过程中能得以保全，同时，通过建立焊接速度，焊接电流、焊接电压、母材板厚之间的关系，为该校正方式能得以进一步推广提供了通用性和指导性，而不再是紧紧依靠经验，其形式符合我国目前的对于工业制造的总体规划。

Claims (8)

1.一种钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，该变形电弧焊校正法包括以下步骤：

1)确定待校正板材的变形方式以及施焊位置；

2)测量待校正板材的厚度和长宽尺寸；

3)测量待校正板材的最大变形量，和最大变形位置；

4)确定校正施焊时焊道的位置和数量；

5)确定施焊时的焊接速度；

利用施焊时的焊接速度与焊接电流、焊接电压的关系式计算焊接速度；

其中，v，焊接速度；y，焊缝长度；I，焊接电流；U，焊接电压；η，功率系数；C，母材比热容；m，焊缝质量；x，校正焊道数；Δt，母材温度变化值；s，母材变形量；焊缝质量m为焊缝热影响区的质量，母材温度变化值Δt为板材变形温度与室温之间的温度差；

6)根据上述步骤所确定的焊道位置和数量，依照求得的焊接速度与焊接电流、焊接电压进行校正施焊，施焊时焊道由两端向中间左右依次递进式集中；

7)待施焊校正后，对凸起的焊道进行打磨，对板材的焊接表面进行打磨清理，去除焊道余高。

2.如权利要求1所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，所述步骤1)中，当板材为左右两侧变形时，校正施焊焊缝为纵焊缝；当板材为上下两侧变形时，校正施焊焊缝为横焊缝；当板材为上下左右同时变形时，校正施焊焊缝为横焊缝加纵焊缝；施焊的焊缝在变形板材外凸的一侧。

3.如权利要求2所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，所述步骤1)进一步包括，当板材的变形为对角变形，施焊焊缝位于该对角连线的垂直位置处。

4.如权利要求1或3所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，所述步骤4)中，焊道在板材最大变形位置处的两侧均匀分布，最边缘处的焊道距离待校正板材一端的距离，为待校正板材最大跨度的1/7～1/9，板材中间集中焊道间距均为130mm～160mm。

5.如权利要求4所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，最边缘处的焊道距离母材一端的距离，为母材最大跨度的1/8，板材中间集中焊道间距为等宽的150mm。

6.如权利要求1或5所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，所述步骤6)中，操作人员可根据板材变形不均匀处的大小，在施焊过程中使焊道急速冷却。

7.如权利要求6所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，所述步骤6)中，通过泼水的方式使焊道急速冷却。

8.如权利要求6所述的钢铁板材焊后变形电弧焊校正法，其特征在于，所述步骤6)中，施焊时采用二氧化碳气体保护焊。

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