煤矿机械制造过程中的焊接变形因素及其控制工艺

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 煤矿机械制造过程中的焊接变形因 素及其控制工艺 摘要：焊接是机械产品加工制造 过程中的一项重要环节，但在焊接过程 中由于难以避免的焊接应力与变形的产 生，直接影响着焊接工件的尺寸精度、 材质强度、整体稳定性以及其他各项工 艺性能。因此，如何有效防范和控制焊 接变形产生，最大限度地降低应力产生 与变形，从而有效地提高机械设备的制 造质量，提升其使用的安全可靠性，成 为一个值得思考的话题。 中国论文网 /8/view-12740679.htm 关键词：焊接变形；影响因素； 控制工艺 中图分类号：TG441 文献标识 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 码：A 文章编号：1009-2374（2014） 12-0047-02 1 对焊接应力和变形的释义 焊接是通过加热、加压，或两者 并用，使两工件产生原子间结合的加工 工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可 用于金属，也可用于非金属。 在没有外力的情况下，物体内部 存在的应力称为内应力，内应力在物体 内部自相平衡，即物体内部各方向的内 应力总和等于零。而焊接应力则是焊接 应力是焊接过程中及焊接过程结束后， 存在于焊件中的内应力。主要有热应力、 残余应力、装配应力、相变应力等。 焊接变形是在焊接过程中由于焊 件不均匀受热和不均匀温度场而引起的 焊件尺寸的改变。在焊接过程中，不均 匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很 高，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝 及近缝区金属的膨胀和收缩，这就容易 产生变形。特别是在冷却后，焊缝就产 生了不同程度的收缩和内应力，就造成 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 了焊接结构的各种变形，这些变形大致 可以分为瞬态焊接应力和变形、残余焊 接应力和变形两种类型。在没有外力作 用的条件下，焊接应力在焊件内部是平 衡的。焊接变形的主要形式有收缩变形、 角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变 形和错边变形等多种形式。 2 对焊接变形带来的危害分析 焊接变形对机械产品的制造和使 用的危害主要体现在以下几个方面： （1）使机械产品承载能力下降。 焊后产生的残余应力和焊接变形降低了 接头性能，使焊件或部件的尺寸改变， 引起局部较大的附加应力，虽然可以采 取矫形手段纠正，但矫正的部位会消耗 掉一部分材料的塑性，导致承受载荷能 力下降，严重时甚至会导致脆断，造成 机械设备损坏的恶性事故发生。 （2）使机械产品装配质量下降。 当机械设备的各部件由于焊接变形导致 钢结构内部产生附加应力，在组装各部 件时，产生扭曲、错位等情况，造成装 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 配整体变形，使整个构件丧失稳定性， 导致设备装配质量严重下降，有时甚至 产品报废。 （3）使机械产品抗腐蚀性下降。 焊接是产生大量的热，使得焊缝接口与 周围环境气体中的 C、O、H、N 等气 体产生化学反应，改变接缝材质。矫形 后，在强大的外力作用下会导致焊缝的 塑性和韧性明显变差，导致脆性增加极 易产生裂纹，从而使焊接接头的抗腐蚀 性随之下降。 （4）使机械产品制造成本增加。 焊接变形使机械部件组装变得困难，需 要经过矫形后方可装配，而校正要消耗 大量的人力和物力，给生产增加许多额 外的工序，延长了生产周期，影响了生 产效率，增加了机械的制造成本，造成 不必要的浪费。 3 对焊接变形产生原因的分析 影响焊接应力与变形的因素很多， 焊件的不均匀受热、焊缝金属的收缩、 金相组织的变化及焊件材质的不同等等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 一般归纳总结主要有以下三方面的因素。 （1）受材料因素的影响。焊接 离不开焊丝和焊接母材，这两种材料的 化学成分不同，焊接性也不同。当前在 焊接领域，决定强度和可焊性的因素主 要是含碳量。碳当量越大，焊接性能越 差。 （2）受设计因素的影响。机械 产品在设计时，因为需要满足承重、支 撑等能力要求，就必须采用筋板或肋板 来提高整个产品的刚性和稳定性。但由 于焊接变形的不可控性，采取这样的设 计理念自然就难以避免的增加了焊接变 形的几率。 （3）受焊接工艺的影响。焊接 常用手工焊、CO2 气体保护焊、埋弧焊、 氩弧焊等多种方式，各种焊接方法差异， 使变形也各有差异。同时，由于受选用 的焊接接头形式的不同和多层多道焊接 的影响，也会使接头塑性变形区增大。 4 预防与控制焊接变形的具体措 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 施 焊接应力和变形影响焊件的功能 和外观，给产品制造工艺增加困难，还 会因焊接变形过大导致产品报废，造成 巨大经济损失。因此必须予以严格控制。 （1）要卡住源头，从设计措施 上进行预防。焊接变形的必然性决定了 只要有焊接必然有变形和应力产生。因 此，要将变形的危害量降至最低，在设 计焊接结构时，一是要合理选择焊接工 件。有效减少和控制不需要出现的焊缝， 尽量选用型钢、冲压件、锻件来替代焊 接件。同时要注重优化设计相关筋板、 肋板的形状、位置和数量，减少因此而 产生的焊缝量和变形后的校正工作量。 二是要科学设计焊接尺寸。众所周知， 焊缝越宽越深，在受热后冷却时收缩引 起的变形量就越大。因此，要在保证产 品性能符合设计要求的基础上尽量减少 焊缝的数量和尺寸，设计时应尽量选用 较小的焊脚、坡口尺寸，尽可能的减少 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 焊缝的横截面积和熔敷金属量，以减少 焊接变形量。三是要合理设计焊缝位置。 由于焊缝横向收缩量大于纵向收缩量的 特性，所以在设计的时候要充分考虑到 这一收缩的特性，尽量将焊缝布置在平 行于要求焊接变形量最小的方向，使其 与焊件的截面中心线或轴线对称，避免 设计曲线形结构，这样对于减少梁、柱 等主要支撑结构的变形能起到较好的防 范效果。 （2）把握过程，从焊接工艺措 施上入手工艺措施是焊接构件生产制造 过程中所采用的一系列措施，正确地选 择和严格遵守焊接程序，是减小焊接变 形和内应力的有效方法，更是保证焊接 质量的重要措施。因此，在施焊过程中， 要认真做好焊前的各项预防措施。一是 可以通过采取反变形法，在焊接时人为 造成与焊接变形量大小相当、方向相反 的预变形量，通过焊后变形收缩来抵消 预变形量，使焊接件达到设计要求的几 何形状和尺寸。这种方法特别适用于机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 械设备的外壳焊接上，保证外壳不会塌 陷；二是可以采取预拉伸法，通过机械 等形式预先将焊件拉伸与伸长，并在张 紧的钢板上进行焊接，焊后去除预拉伸， 使钢板恢复原始状态。三是可以采取刚 性固定法，通过夹具或刚性胎具将被焊 工件加以固定，从而有效降低焊接残余 应力，防止变形。但刚性固定法会使焊 接接头中产生较大的焊接应力，所以对 于一些抗裂性较差的材料应该慎用。四 是要针对不同的构件形式采用不同的焊 接方法。焊缝位置、结构截面对称的焊 接结构，应先装配成整体，然后再按一 定的焊接顺序进行生产，反之，则可以 分别装焊成部件，最后再组焊在一起， 有效地减少变形。同时还可以采用合理 的焊接方法、工艺参数、焊接次序，通 过先焊短焊缝后焊长焊缝、尽可能采用 多层焊代替单层焊、间断焊接法、强制 冷却法等措施降低焊接残余应力、减小 焊接变形。 （3）注重收尾，从焊后矫正上 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 控制。焊接变形一旦产生，就只能通过 矫正措施来减小或消除发生的变形。焊 后矫正的措施主要有：一是机械矫正法。 所谓机械矫正法就是采用手工锤击、压 力机、多辊平板机等多种方式，对焊件 进行静力加压或辗压，使原来缩短的部 分得到延伸，从而达到矫正变形的效果。 手工锤击矫形劳动强度大，技术难度高， 但无须设备，是矫正薄板波浪变形的重 要方法。压力机、多辊平板机等设备机 械矫正效率高、速度快、效果好，适用 于中、大型焊件焊后的矫形。二是加热 矫正。利用氧乙炔火焰对焊件进行局部 或整体加热时产生的塑性变形，使较长 的金属在冷却后收缩，以达到矫正变形 的目的。