CN115502594A - 一种抗变形组焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗变形组焊方法，属于焊接技术领域。本方法包括以下步骤：步骤一：采用刚性固定组装法使用工装对工件进行压紧；步骤二：通过密集点固焊对工件进行定位焊接；步骤三：调整电弧增加壁厚侧的热输入对工件进行整体焊接，并在整体焊接时采用强迫冷却法进行冷却；步骤四：将工件与工装一起进行受限振动时效处理。通过各步骤能够有效抵消焊接时产生的附加弯矩和扭矩、减少工件焊接残余变形、加快应力释放进程、减小后续变形，无需后期矫正即可获得符合要求的工件，进而减小变形，保证了焊接质量，方法简单，易于掌握，效果显著，能够有效解决上述存在的不锈钢材质焊接易变形的问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其是一种抗变形组焊方法。
背景技术
目前，一些不锈钢材质的薄板工件在加工时对变形要求较高，如中国发明专利CN111095436A所公开的燃料组件运输容器中，上壳体两端的吊装结构，即吊装盒，在和上壳体外壁组焊后，要求四个吊装盒上表面的平面度≤1mm，则对单个吊装盒的要求更高。
但对不锈钢材质进行焊接时，面临着以下问题：1、不锈钢线膨胀系数大以及导热率低（为碳钢的1/5-1/6），热量不易散失，积热严重，熔池附近形成较大温度梯度，产生较大的应力和变形；2、不锈钢薄板自身拘束度不足，刚性小，抵抗变形能力差；3、焊缝两侧母材厚度差导致热容差异，在局部热源加热同等受热情况下，两侧温升严重不一致，温度场的分布极不均匀。以上问题容易导致工件焊后出现局部变形，后续装配后无法满足平面度要求。
现有焊接工艺中，通常针对焊接变形进行干预控制，以避免焊接变形过大影响产品良率。基于现有焊接变形的控制方法来看，焊接变形的控制大多基于经验进行焊接预变形的设置及焊后矫形的实施。然而，量产过程中影响焊接变形的因素非常多，如：原材料成份的变化、冲压件的稳定性、焊接工艺过程的波动、电网电压的波动、焊接设备的稳定性等，都会导致焊接变形不一致，不稳定。
发明内容
本发明的发明目的在于：提供一种抗变形组焊方法，能够有效解决上述存在的不锈钢材质焊接易变形的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种抗变形组焊方法，包括以下步骤：
步骤一：采用刚性固定组装法使用工装对工件进行压紧；
步骤二：通过密集点固焊对工件进行定位焊接；
步骤三：调整电弧增加壁厚侧的热输入对工件进行整体焊接，并在整体焊接时采用强迫冷却法进行冷却；
步骤四：将工件与工装一起进行受限振动时效处理。
可供选择的，所述步骤一中，工装包括分别与工件两侧形状匹配的刚性胎具和夹具，所述夹具可拆卸的设于刚性胎具上。
可供选择的，所述夹具包括至少两个，所述夹具之间的距离小于330mm，其中两个所述夹具分别设于工装的两端部。
可供选择的，所述步骤二中，使用跳跃点固的顺序进行密集点固焊。
可供选择的，所述步骤二中，使用从中间往两边点固的顺序进行密集点固焊。
可供选择的，所述步骤二和步骤三之间还包括步骤：打磨去除定位焊接产生的缺陷。
可供选择的，所述步骤三中，采用直通焊的方式进行整体焊接。
可供选择的，所述步骤三中，电弧偏向壁厚一侧，使壁厚和壁薄两侧的温度一致，减小温差。
可供选择的，所述步骤三中，从工件的背部喷淋去离子水从而对工件进行强迫冷却。
可供选择的，所述步骤四中，在受限振动时效处理之前，通过点焊固定工装。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本方法所提供的一种抗变形组焊方法，通过各步骤能够有效抵消焊接时产生的附加弯矩和扭矩、减少工件焊接残余变形、加快应力释放进程、减小后续变形，无需后期矫正即可获得符合要求的工件，进而减小变形，保证了焊接质量，方法简单，易于掌握，效果显著。
2、本方法所提供的一种抗变形组焊方法，能够保证工件较好的与刚性胎具贴紧，增加工件刚性；在密集点固焊时能够防止应力集中工件变形；在振动时效处理时能够避免振动时工装松脱。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本方法的流程图。
图2是工装与工件的结构示意图。
图中标记：1-工件，2-刚性胎具，3-夹具。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种抗变形组焊方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：采用刚性固定组装法使用工装对工件1进行压紧；
步骤二：通过密集点固焊对工件1进行定位焊接；
步骤三：调整电弧增加壁厚侧的热输入对工件1进行整体焊接，并在整体焊接时采用强迫冷却法进行冷却；
步骤四：将工件1与工装一起进行受限振动时效处理。
具体的，所述刚性固定组装法增加了工件1的刚性，同时抵消了后续焊接时产生的附加弯矩和扭矩，从而减少变形。其中，压紧时要注意焊接时的“可达性和可视性”，要注意留出焊接操作和观察的位置，压紧工装不能离焊缝过近，要让焊条能到达焊接位置以及有足够的摆动空间。
普通点固焊即定位焊，一般是短焊缝，即焊接的长度为25-80mm，根据工件1长度及厚度不同而不同，而本方法采用密集点固焊，焊缝形状是点状的，焊接时，工件1之间贴合的更好，后续连续焊接时抗变形能力更好，并且由于是点状焊接，能够使定位焊接时热输入小，焊缝两侧的变形小，为后续整体焊接提供更好的固定基础。
调整电弧增加壁厚侧的热输入能够减少热容差异所导致的焊缝两侧温差，同时，由于不锈钢线膨胀系数大以及导热率低，积热严重，而高温时间停留越短，变形越小，通过强迫冷却的方法能够带走工件1热量，同时降低焊缝两侧的高温以及高温停留时间，进一步控制焊接应力和变形，从而减少焊接残余变形。
振动时效处理实际就是加快上述焊接所导致的应力松弛、应力释放的过程，减少后续变形，但伴随着应力的释放，工件1则会产生变形。而本方法的目的在于控制工件1的变形，因此，为使工件1在释放应力的过程中依然保持形状，将工装和工件1一起上振动台进行振动时效处理，释放应力的同时控制工件1的变形。
由于工件1较薄，刚性较差，自由焊接时容易发生失稳变形。采用刚性胎具2配合夹具3，使工件1紧密贴合在刚性胎具2上，从而增加工件1的刚性，增加工件1抵抗变形的能力。刚性胎具2的使用，工件1抗变形能力提高，焊接时可连续操作，也使得批量焊接的焊接效率得到提高。由于工件1是不锈钢，线膨胀系数大且导热率低，热量容易累积，导致形成较大的温度梯度，从而产生较大变形，所以采用密集点固焊，且跳焊，减小热量累积，焊接时背面喷淋去离子水强迫冷却等降低高温、减少高温停留。该系列措施将大大减小焊接变形。而工件1在焊接完成后，如果直接从工装中将工件1取出，焊接的残余应力的释放，将导致工件1出现残余变形。所以保持刚性胎具2和夹具3一起和工件进行振动时效，释放残余应力的同时，控制工件1变形。
作为另一具体的实施方式，如图2所示，所述步骤一中，工装包括分别与工件1两侧形状匹配的刚性胎具2和夹具3，所述夹具3可拆卸的设于刚性胎具2上。能够固定工件1两侧的形状，进一步的，所述工件1由薄板支撑，所述压紧在工件1的厚度方向对工件1进行压紧，同时能够防止在压紧时对工件1造成变形。可拆卸的设置能够对工件1进行装取，进一步的，所述夹具3通过螺纹可沿压紧方向移动的设置于刚性胎具2上，能够更方便的控制压紧程度。
作为另一具体的实施方式，所述夹具3包括至少两个，所述夹具3之间的距离小于330mm，其中两个所述夹具3分别设于工装的两端部。具体的，工件1的两边口部必须要进行压紧，进而从整体上固定工件1，进一步的，所述工件1的中部可以根据需要设置夹具3。压紧工装的距离小于一尺，即330mm，能够保证工件1较好的与刚性胎具2贴紧。
作为一具体的实施方式，所述步骤二中，使用跳跃点固的顺序进行密集点固焊。
作为另一具体的实施方式，所述步骤二中，使用从中间往两边点固的顺序进行密集点固焊。通过以上两种焊接方式，相比于沿着焊缝长度方向进行密集点固焊，能够有效防止应力集中工件1变形。以上两种方式只是作为优选实施方式，在具体的实施中，可以采用其他的不沿焊缝长度方向的顺序进行密集点固焊。
作为另一具体的实施方式，所述步骤二和步骤三之间还包括步骤：打磨去除定位焊接产生的缺陷。由于密集点固焊时需要频繁的引弧和熄弧，因此需要注意操作手法避免出现气孔和裂纹等缺陷，如发现缺陷，要及时打磨去除缺陷，防止该缺陷导致整体焊接受到影响。
作为另一具体的实施方式，所述步骤三中，采用直通焊的方式进行整体焊接。在焊接长度较短时，通过直通焊能够简便焊接流程。
作为另一具体的实施方式，所述步骤三中，电弧偏向壁厚一侧，使壁厚和壁薄两侧的温度一致，减小温差。该实施方式在焊接的同时就能够控制焊缝两侧的温差，控制步骤简便。
作为另一具体的实施方式，所述步骤三中，从工件1的背部喷淋去离子水从而对工件1进行强迫冷却。由于不锈钢导热性差，风冷效果不好，而油冷成本高，并且不锈钢上面粘上油污，会影响后续的焊接，导致出现气孔缺陷，还需要增加去除油污的步骤。因此采用水冷，水干后不用再作其他处理，效果较好，步骤方便，同时能够节省成本。此外，从焊接效率进行考虑，从焊缝的背面喷淋，能够在焊接的同时进行喷淋水冷，能够节省整个工序的时间。如果在焊接的同时从正面喷淋的话，水会导致焊缝出现气孔缺陷，进而影响焊接质量。上述方案只是作为一种优选，如果温度太高，也可以停止焊接，从正面水冷，待水干后再继续焊接。进一步的，由于一般生活用水中，氯离子的含量都是较高的，氯离子会影响不锈钢的耐腐蚀性，因此需要采用去离子水进行冷却。
作为另一具体的实施方式，所述步骤四中，在受限振动时效处理之前，通过点焊固定工装。通过点焊将刚性胎具2与夹具3固定连接，能够有效防止在振动时效处理时避免振动时工装松脱。进一步的，在振动时效处理后，将点焊接口分割开。作为优选，采用磨削的方式分开焊点，能够对工装进行修整。
作为具体的实施例，吊装盒部件在制作完成后需要与上壳体外壁进行组焊，四个吊装盒在和上壳体外壁组焊后，要求四个吊装盒上表面的平面度≤1mm。上壳体外壁是一个弧形面，一般方法制作的吊装盒由于变形，无法和上壳体外壁很好的贴合，更难以使焊接达到要求。
实施例一
一种抗变形组焊方法，包括以下步骤：
步骤一：采用刚性胎具2和夹具3对吊装盒进行两端部和中部压紧；
步骤二：使用跳跃点固的顺序对吊装盒进行密集点固焊后，打磨去除密集点固焊产生的缺陷；
步骤三：对吊装盒进行直通焊，电弧偏向壁厚一侧，使壁厚和壁薄两侧的温度一致，并在焊接时从吊装盒的背部喷淋去离子水从而对吊装盒进行强迫冷却；
步骤四：通过点焊固定刚性胎具2和夹具3，将吊装盒与工装一起上振动台进行受限振动时效处理。
如图2所示，在本实施例中，吊装盒整个工件1长度只有800多mm，所以压紧工装布置了3个，当然，在具体的实施中也可以多布置几个。
用本方法制作的吊装盒，单个吊装盒可以控制上表面不平度≤0.5mm，四个吊装盒组焊后的总体不平度≤1mm。能够满足组焊后，吊装盒上表面的平面度要求。
实施例二
常规组焊方法，包括以下步骤：
步骤一：通过点固焊对吊装盒进行定位焊接；
步骤二：使用直通焊对吊装盒进行整体焊接；
步骤三：将吊装盒上振动台进行受限振动时效处理。
用常规方法制作出来的吊装盒，单个吊装盒的不平度就超过了1mm，无法使吊装盒上表面的平面度满足要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种抗变形组焊方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用刚性固定组装法使用工装对工件进行压紧；
步骤二：通过密集点固焊对工件进行定位焊接；
步骤三：调整电弧增加壁厚侧的热输入对工件进行整体焊接，并在整体焊接时采用强迫冷却法进行冷却；
步骤四：将工件与工装一起进行受限振动时效处理。
2.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤一中，工装包括分别与工件两侧形状匹配的刚性胎具和夹具，所述夹具可拆卸的设于刚性胎具上。
3.如权利要求2所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述夹具包括至少两个，所述夹具之间的距离小于330mm，其中两个所述夹具分别设于工装的两端部。
4.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤二中，使用跳跃点固的顺序进行密集点固焊。
5.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤二中，使用从中间往两边点固的顺序进行密集点固焊。
6.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三之间还包括步骤：打磨去除定位焊接产生的缺陷。
7.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤三中，采用直通焊的方式进行整体焊接。
8.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤三中，电弧偏向壁厚一侧，使壁厚和壁薄两侧的温度一致，减小温差。
9.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤三中，从工件的背部喷淋去离子水从而对工件进行强迫冷却。
10.如权利要求1所述的抗变形组焊方法，其特征在于：所述步骤四中，在受限振动时效处理之前，通过点焊固定工装。
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