一種用于控制艙體結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法與流程

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)件焊接領(lǐng)域，特別是一種用于控制艙體結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。

背景技術(shù)：

焊接結(jié)構(gòu)件在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中正得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且對其自身的尺寸精度和形位公差提出了更高的要求。眾所周知，焊接過程是利用電弧熱、物理熱、化學(xué)熱等熱能將母材金屬及焊材融化形成焊接熔池，熔池凝固從液相轉(zhuǎn)變成固相的結(jié)晶過程，本質(zhì)上是一個冶金過程。焊接凝固和鑄造凝固雖然都經(jīng)歷結(jié)晶成核、長大的過程。但前者是非平衡凝固，后者是平衡凝固，二者有很大區(qū)別。

在焊接過程中，當(dāng)其局部受熱時，因受其周圍構(gòu)件約束不能充分伸展，產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)其冷卻時，因焊縫收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力，使焊件產(chǎn)生收縮變形；當(dāng)各部分拉應(yīng)力不均勻，零件一邊收縮大，而另一邊收縮小，使焊件產(chǎn)生彎曲和扭曲變形。故當(dāng)焊接過程結(jié)束后，焊件內(nèi)部既存在著壓應(yīng)力又存在著拉應(yīng)力，既存在著彈性變形又存在塑性變形，焊縫內(nèi)部因焊縫收縮產(chǎn)生壓應(yīng)力，焊縫周邊的母材金屬因受拉而產(chǎn)生拉應(yīng)力。可以說這些應(yīng)力和應(yīng)變的產(chǎn)生是不可避免的。特別是組成材料為低碳鋼的艙體結(jié)構(gòu)件，在焊接時應(yīng)力不好控制，容易發(fā)生變形，因此，我們應(yīng)利用此機理對艙體結(jié)構(gòu)件焊接工藝因素方面控制其對焊接變形的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種用于控制艙體結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，該方法能夠控制好焊接應(yīng)力，防止焊接變形。特別適用于控制組成材料為低碳鋼的艙體結(jié)構(gòu)件焊接應(yīng)力與變形。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于控制艙體結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，其特征是：它包括如下步驟：

1）下料：艙體結(jié)構(gòu)的材料選用標(biāo)準(zhǔn)型材；

2）焊接單件加工；

3）分別組焊焊接單件：

①、清除待焊接單件焊接部位的污漬；②、按艙體結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖分別在焊接平臺上將焊接單件拼裝成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座；③、用壓板將各拼裝好的焊接單件剛性固定在焊接平臺上，并點固焊；④、鈑金鉗工校正完成后，對稱焊接各焊接單件，完成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座焊接；

4）第一次振動去應(yīng)力：在完成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座焊接之后，焊縫沒有全部冷卻之前，利用振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)，進行焊后應(yīng)力的均化；

5）完成步驟4）后，清理焊縫并打磨高點；

6）將步驟5）打磨好的成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座進行第一次熱處理控制；

7）艙體總體結(jié)構(gòu)的框架焊接；

8）第二次振動去應(yīng)力：在完成艙體總體結(jié)構(gòu)的框架之后，利用振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)，進行焊后應(yīng)力的均化；

9）完成步驟8）后，清理焊縫并打磨高點；

10）將步驟9）打磨好的艙體總體結(jié)構(gòu)的框架進行第二次熱處理控制。

所述步驟2）焊接單件加工：加工時加工到公差的上限；中間的連接零件加長1mm，以補償焊縫的收縮。

所述步驟3）和步驟7）焊接全部采用手工電弧焊焊接；焊接材料選用結(jié)構(gòu)鋼焊條j507；焊接電流為90～130a。

所述步驟3）對稱焊接各焊接單件時，先焊立縫、后焊平縫。

所述步驟3）艙體側(cè)架是由左側(cè)架和右側(cè)架組成；拼裝艙體側(cè)架時，在艙體側(cè)架的左側(cè)架和右側(cè)架前后端分別都加入豎直的輔助槽鋼；并對輔助槽鋼進行點固焊，形成框體結(jié)構(gòu)。

所述步驟6）將步驟5）打磨好的成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座進行第一次熱處理控制：分別盡先①、退火，去除焊接應(yīng)力，退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；②、利用校正平臺及壓力機，校正底板平面度控制在1.5mm以內(nèi)；③、退火，去除焊接應(yīng)力，退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；④、熱冷循環(huán)，穩(wěn)定組織，先進行高溫處理,高溫處理溫度為440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫后再進行低溫處理，溫度為-50°～-60℃，保溫1h，空冷到室溫。

所述步驟7）艙體總體結(jié)構(gòu)的框架焊接：先去除艙體側(cè)架上的輔助槽鋼，并清理待焊部位；將第一次熱處理控制后艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座進行組合焊接。

所述步驟10）將步驟9）打磨好的艙體總體結(jié)構(gòu)的框架進行第二次熱處理控制：①、退火，去除焊接應(yīng)力。退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；②、利用校正平臺及壓力機，校正底板平面度控制在1mm以內(nèi)；③、退火，去除焊接應(yīng)力。退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；④、熱冷循環(huán)，穩(wěn)定組織。先進行高溫處理,高溫處理溫度為440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫后再進行低溫處理，溫度為-50°～-60℃，保溫1h，空冷到室溫。

所述焊接平臺的平面度控制在1mm范圍之內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：

1）本發(fā)明對各部件進行單獨的組合焊接，并對各部件進行單獨熱處理去應(yīng)力和矯正，以減少整體組合焊接時的焊縫數(shù)量，降低零件焊后殘余應(yīng)力，減少焊接變形。降低零件加工難度及成本。

2）在艙體側(cè)架焊接時加入輔助槽鋼，點固焊，形成框體結(jié)構(gòu)，使焊縫對稱，提高構(gòu)件剛度，減少構(gòu)件變形，降低部件的焊接及焊后處理難度。

3）單獨組合的艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座以及整體組合件在焊接過程中采用對稱焊的焊接手法，使焊縫冷卻時產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變相互抵消一部分，部件上得到較小的變形。且焊縫位置全部布置在剛度較大的角部和支撐部位，在條件相同的情況下，焊縫所處位置剛度大，焊接變形相對要小，有利于控制焊件的變形。

4）將單獨組合的艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座單獨進行熱處理和矯正，去除了各部件焊后殘余應(yīng)力，在各部件整體焊接時幾乎只有整體焊接時產(chǎn)生的熱應(yīng)力。避免了焊縫的集中和重疊，降低了熱影響區(qū)的影響，減少了變形。

5）對發(fā)射艙結(jié)構(gòu)件的焊接變形采用機械矯正和熱矯正兩種方法相結(jié)合。采用壓力機對焊接單件變形部位施加反方向的機械壓力，使變形部位復(fù)原；再進行熱處理消除應(yīng)力，在熱處理的同時對焊接單件進行物理固定，通過對焊接單件的固定，在熱處理過程中進行焊接單件的熱校過程，進一步的降低焊接單件的變形量；熱處理后再進行壓力矯正保證各部件及整體組件的尺寸和位置精度。對局部變形大的部位采用熱矯正，對處于拉伸部分進行局部火焰加熱，使其冷卻時收縮產(chǎn)生反變形從而達到零件精度。

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1是艙體結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2是艙體結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3是艙體結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)仰視圖；

圖4是艙體側(cè)架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、艙體后座；2、艙體側(cè)架；3、艙體前座；4、輔助槽鋼。

具體實施方式

實施例1

一種用于控制艙體結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，包括如下步驟：

1）下料：艙體結(jié)構(gòu)的材料選用標(biāo)準(zhǔn)型材；

2）焊接單件加工；

3）分別組焊焊接單件：

①、清除待焊接單件焊接部位的污漬；②、按艙體結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖分別在焊接平臺上將焊接單件拼裝成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座；③、用壓板將各拼裝好的焊接單件剛性固定在焊接平臺上，并點固焊；④、鈑金鉗工校正完成后，對稱焊接各焊接單件，完成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座焊接；

4）第一次振動去應(yīng)力：在完成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座焊接之后，焊縫沒有全部冷卻之前，利用振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)，進行焊后應(yīng)力的均化；

5）完成步驟4）后，清理焊縫并打磨高點；

6）將步驟5）打磨好的成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座進行第一次熱處理控制；

7）艙體總體結(jié)構(gòu)的框架焊接；

8）第二次振動去應(yīng)力：在完成艙體總體結(jié)構(gòu)的框架之后，利用振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)，進行焊后應(yīng)力的均化；

9）完成步驟8）后，清理焊縫并打磨高點；

10）將步驟9）打磨好的艙體總體結(jié)構(gòu)的框架進行第二次熱處理控制。

實施例2

一種用于控制艙體結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，包括如下步驟：

1）下料：艙體結(jié)構(gòu)的材料選用標(biāo)準(zhǔn)型材；艙體結(jié)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)型材能有效地降低材料成本、減少機加工作量及材料內(nèi)部殘余應(yīng)力、降低材料與人工成本，提高生產(chǎn)率；

2）焊接單件加工：加工時加工到公差的上限；中間的連接零件加長1mm，以補償焊縫的收縮；

3）分別組焊焊接單件：

①、清除待焊接單件焊接部位的污漬；②、按艙體結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖如圖1-3所示，分別在焊接平臺上將焊接單件拼裝成艙體后座1、艙體側(cè)架2和艙體前座3；③、用壓板將各拼裝好的焊接單件剛性固定在焊接平臺上，并點固焊；④、鈑金鉗工校正完成后，對稱焊接各焊接單件，完成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座焊接；如圖4所述艙體側(cè)架是由左側(cè)架和右側(cè)架組成；拼裝艙體側(cè)架時，在艙體側(cè)架的左側(cè)架和右側(cè)架前后端分別都加入豎直的輔助槽鋼4；并對輔助槽鋼進行點固焊，形成框體結(jié)構(gòu)，使焊縫對稱，提高構(gòu)件剛度，減少構(gòu)件變形，降低部件的焊接及焊后處理難度；

4）第一次振動去應(yīng)力：在完成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座焊接之后，焊縫沒有全部冷卻之前，利用振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)，進行焊后應(yīng)力的均化；

5）完成步驟4）后，清理焊縫并打磨高點；

6）將步驟5）打磨好的成艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座進行第一次熱處理控制：分別盡先①、退火，去除焊接應(yīng)力，退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；②、利用校正平臺及壓力機，校正底板平面度控制在1.5mm以內(nèi)；③、退火，去除焊接應(yīng)力，退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；④、熱冷循環(huán)，穩(wěn)定組織，先進行高溫處理,高溫處理溫度為440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫后再進行低溫處理，溫度為-50°～-60℃，保溫1h，空冷到室溫；

7）艙體總體結(jié)構(gòu)的框架焊接：先去除艙體側(cè)架上的輔助槽鋼，并清理待焊部位；將第一次熱處理控制后艙體后座、艙體側(cè)架和艙體前座進行組合焊接；焊接時，采用對稱焊接。

8）第二次振動去應(yīng)力：在完成艙體總體結(jié)構(gòu)的框架之后，利用振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)，進行焊后應(yīng)力的均化；

9）完成步驟8）后，清理焊縫并打磨高點；

10）將步驟9）打磨好的艙體總體結(jié)構(gòu)的框架進行第二次熱處理控制：①、退火，去除焊接應(yīng)力。退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；②、利用校正平臺及壓力機，校正底板平面度控制在1mm以內(nèi)；③、退火，去除焊接應(yīng)力。退火溫度控制在440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫；④、熱冷循環(huán)，穩(wěn)定組織。先進行高溫處理,高溫處理溫度為440°～460℃，保溫2.8～3.2h，爐冷到300℃，空冷到室溫后再進行低溫處理，溫度為-50°～-60℃，保溫1h，空冷到室溫。

所述步驟3）和步驟7）焊接全部采用手工電弧焊焊接；焊接材料選用結(jié)構(gòu)鋼焊條j507；焊接電流為90～130a。

所述步驟3）和步驟7）對稱焊接各焊接單件時，先焊立縫、后焊平縫。

所述步驟4）和步驟8）振動去應(yīng)力專家系統(tǒng)采用現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)，這里就不做詳細(xì)的描述。

本發(fā)明采用對稱焊的焊接手法，使焊縫冷卻時產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變相互抵消一部分，部件上得到較小的變形。且焊縫位置全部布置在剛度較大的角部和支撐部位，在條件相同的情況下，焊縫所處位置剛度大，焊接變形相對要小，有利于控制焊件的變形。

整體焊接時，零件的焊縫數(shù)目明顯減少，焊縫位置空間對稱，能夠有效地降低焊接殘余應(yīng)力、焊接變形量。

當(dāng)艙體結(jié)構(gòu)焊縫相對集中和重疊時，熱影響區(qū)相互影響，不僅使熱影響區(qū)的母材金屬因反復(fù)加熱而變得晶粒粗大，機械性能下降，而且會導(dǎo)致零件變形加大，影響焊件尺寸精度。本發(fā)明將艙體整體結(jié)構(gòu)分為艙體后座1、艙體側(cè)架2和艙體前座3，然后進行單獨的組合焊接，并將各部件單獨熱處理和矯正，去除了各部件焊后殘余應(yīng)力，在各部件整體焊接時幾乎只有整體焊接時產(chǎn)生的熱應(yīng)力。通過合理的將零件的焊縫分為五部分，避免了焊縫的集中和重疊，降低了熱影響區(qū)的影響，減少了變形。

本發(fā)明對定位工裝尺寸要求在零件設(shè)計圖的要求處，公差為機械加工余量的１/3，另外，組合焊接平臺的平面度控制在1mm范圍之內(nèi)。

由于本發(fā)明的艙體結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量多，焊縫長度短，形狀多樣。需采用平焊、立焊等四種焊接方式，其它的焊接方法均不能達到要求，只有手工電弧焊因其簡單方便，焊接方式多樣，適合各種焊縫焊接，因此采用手工電弧焊能滿足零件要求。

為了保證零件整體的精度，各部件焊接完成之后進行熱處理消除應(yīng)力，本發(fā)明熱處理時采用物體固定的方法來保證熱處理之后各部件的平面度、垂直度等形位要求。最后，再進行整體零件的焊接。進行熱處理徹底消除焊接應(yīng)力。

本發(fā)明采用壓力機對零件變形部位施加反方向的機械壓力，使變形部位復(fù)原；再進行熱處理消除應(yīng)力，在熱處理的同時對零件進行物理固定，通過對零件的固定，在熱處理過程中進行零件的熱校過程，進一步的降低零件的變形量；熱處理后再進行壓力矯正保證各部件及整體組件的尺寸和位置精度。對局部變形大的部位采用熱矯正，對處于拉伸部分進行局部火焰加熱，使其冷卻時收縮產(chǎn)生反變形從而達到零件精度。

綜上所述，本發(fā)明的方法有效地控制焊接變形，能夠適用于低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的艙體結(jié)構(gòu)件焊接。

本實施例沒有詳細(xì)敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。