复杂结构装配焊接工艺规程的设计

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：要充分考虑到构件由于焊接所产生的变形，以及由于焊接收缩和矫正焊接变形引起的构件尺寸的缩小。从产品结构方面入手，去估计有可能产生的焊接变形。所以，应尽可能分步装配焊接零部件，控制焊接变形。把结构适当地分成几个部件，分别加以装配焊接，然后再将这些焊好的部件拼焊成一体，这样不但有利于控制焊接变形，也为提高生产率，缩短生产周期创造了良好条件。

在设计焊接工艺规程的过程中，需要着重考虑以下问题：

1.认真分析结构的形状和尺寸

在焊接构件设计图中，严格规定了产品的几何形状、位置精度和尺寸精度要求，在生产过程中，几乎每一个加工环节都有可能引起零部件的变形，因此，必须严格要求每一道工序的加工精度，保证不符合要求的工件不转移到下一工序。若出现精度超差的部件，则寻找解决办法。要充分考虑到构件由于焊接所产生的变形，以及由于焊接收缩和矫正焊接变形引起的构件尺寸的缩小。从产品结构方面入手，去估计有可能产生的焊接变形。例如，薄板上焊接众多加强肋的结构，由于垂直板平面方向的刚度小，焊后容易产生波浪变形，可以首先进行反变形，然后再焊接加强肋；细长杆件的焊接结构，焊后容易产生弯曲和扭曲变形，则可以采取对称施焊的方法，减小焊接变形；单面V形坡口的焊接变形比双面V形（X形）坡口的焊接变形大，中厚板的对接焊缝应开双V形（X形）坡口对接焊；T形截面的焊接梁，由于焊缝集中于中性轴的一侧，焊后将会产生弯曲变形，可以将两根T形梁成对背对背刚性固定后再进行焊接。

2.明确焊接接头的质量要求

焊接接头质量包括接头力学性能、外观要求和内部无损检测质量要求。对一般焊接接头的质量要求是，接头的工作性能要求等于或略高于母材。首先分析母材，从焊接冶金和焊接热循环两个方面，结合产品结构特点和材料化学成分及供应状态，分析采用什么焊接方法才能获得成形最好的焊接接头。然后根据所选定焊接方法的工艺特点，合理地调整焊接参数或采取一些特殊的工艺措施，确保产生的焊接工艺缺陷最少。最后分析接头的使用性能，尽可能减少焊缝外观缺陷，或通过对焊缝进行特殊处理，达到接头较高的使用要求，如通过对焊缝进行锤击处理，可提高接头的疲劳强度等。

3.尽可能分步装配-焊接零部件

复杂构件由众多焊接零部件组成，每个焊接零部件在焊接过程中都会产生或大或小的焊接变形，如果将大量的零部件都组装在一起，然后进行整体施焊，产生的焊接变形将难以预计，并且也很难保证每一条焊缝在较好的焊接位置施焊。所以，应尽可能分步装配焊接零部件，控制焊接变形。把结构适当地分成几个部件，分别加以装配焊接，然后再将这些焊好的部件拼焊成一体，这样不但有利于控制焊接变形，也为提高生产率，缩短生产周期创造了良好条件。

4.合理安排焊接次序，减少应力集中

复杂构件的焊接顺序至关重要，如果焊接顺序不合理，不仅使焊接变形难以修复。而且，还会产生很大的应力集中，给结构的使用性能带来安全隐患。所以，应尽可能先焊接距离截面中性轴近的焊缝，由近及远进行焊接，如果焊缝对称于截面的中性轴分布，应对称施焊。

5.采用先进的工艺

采用先进工艺的目的是保证产品的质量、提高生产率、改善劳动条件和降低生产成本。因此，采用先进的工艺或设备应能满足产品的技术条件和质量要求，而且在生产过程中能够保证产品质量的稳定。另外，所采用的工艺应该是环保的，不污染或少污染环境，即使有污染也是可以治理的。所采用的先进工艺应该是具有一定的灵活性和柔性，在保证总体先进的工艺水平下，使先进技术与一般技术结合，达到总体工艺水平提高的目的。

随着焊接自动化程度的提高，大的钢结构企业具有钢板预处理生产线，对钢板进行擀平、打砂、预涂底漆处理，大大提高了钢材的处理能力。目前钢结构零部件的形状日趋复杂，尺寸精度要求越来越精确，采用传统的手工划线和手工气割下料已经不能满足大生产需求，现代焊接车间备料工段一般都有数控精密焰切割、等离子弧切割、激光切割或水切割设备，对于形状复杂板件的下料，可以根据预先编制的程序，直接从钢板上切割出所需要形状和尺寸的零件，一般不再进行机加工就能够直接进入装配和焊接工序，通过数控套料可以提高材料的可利用率，节约材料。对薄板的下料，可采用等离子弧切割、激光切割或割设备，精度高、变形小的优势更加突出。

6.所选用的焊接工艺方法应便于操作

焊接是整个生产工艺过程的核心工序。因此，首先应分析产品采用先进焊接技术的可行性。只有焊接方法及其机械化和自动化水平确定之后，与之相适应的焊前备料、装配和焊后处理等工艺方法及其先进性也大致可以确定。

目前焊接工艺技术已经发展到较高水平，基本上能实现机械化、自动化和机器人焊接，对构件采用自动焊方法的要求是：产品结构上的焊缝数量要多、焊缝长且直或规则（如管子的环焊缝）；坡口制备、组装要符合公差尺寸的要求，焊接坡口清理必须干净；除了焊接设备外，一般还需要有焊接变位机、滚轮支架、液压矫形机械等自动化程度较高的辅助装置的密切配合。只有这些要求都能满足，采用自动焊才有可能。

7.易于保证热处理质量

焊件热处理方法的选择，应考虑不同热处理的要求及热处理设备所需要的能源情况，通常采用火焰加热和电加热两种方法。

火焰加热包括采用气体（煤气、天然气、液化石油气等）、燃油、煤的火焰加热。火焰加热的缺点主要是工作条件差，热效率低（仅仅为20%～30%）。但对大型球罐、圆筒形容器等，可用气体火焰在内部加热，外部保温的措施，这样可以在现场进行整体回火，并取得良好效果。

电加热包括中频加热和工频加热，可利用各种加热用电阻丝、带、片等元件加热。电加热方法的优点主要如下：

1）容易实现自动化，温度控制精度高。

2）热效率高，特别是采用陶瓷纤维加热时，热效率可达到80%～90%。

3）加热均匀。

4）清洁、无烟尘，劳动条件好。

整体热处理时，必须要保证加热温度的均匀性，并严格控制热处理工艺，否则会导致由于加热温度不均匀反而使应力增大。要根据焊接结构的具体情况拟定热处理工艺参数，其中包括不同温度区的加热、保温温度及保温时间、冷却速度、测温点的布置及允许的最大温差等。