液壓支架長頂梁焊接變形的控制

師志亮

液壓支架長頂梁焊接變形的控制

師志亮

通過對ZZ5300型液壓支架長頂梁焊接時的應力分析及焊接變形的計算，介紹了在生產制造過程中合理利用焊接內應力產生的焊接變形，采取有效工藝措施，保證頂梁的焊接質量的方法。

焊接變形；焊接應力；工藝措施

2007年10月，我公司為晉華宮礦制造ZZ5300型液壓支架頂梁，其頂梁主體結構主要是由大小頂板、主筋板、蓋板組焊而成的箱式結構。大小頂板采用δ16-Q420鋼板搭接后組焊而成。這種結構截面形狀的焊縫遠離構件中性軸，在焊接過程中變形最大，而頂板的平面度要求不大于3 mm，不允許扭曲變形，因其頂梁超長且面積大，一旦變形嚴重后校正困難，且影響其他部件的焊接、加工、裝配質量。我們通過對頂梁焊接結構應力分析，變形量的計算，采取合理的工藝措施，利用焊接內應力產生的焊接變形，使頂梁主體結構各部件組焊一次成型，達到設計要求。

1 焊接變形分析和反變形量的計算

1.1 焊接變形分析及預防措施

在頂梁組焊過程中，焊接變形主要形式為橫向收縮和彎曲變形。大小頂板、主筋之間的焊接長焊縫方向引起的頂梁縱向收縮變形與焊接方向和焊接順序有關，面內產生縱向收縮，面外產生彎曲變形。應力分布見圖1，圖2。通過分析我們選用由中間向兩端焊接，強制反變形，抵制內應力，對縱向收縮通過增加梁體的長度的方法。對整個頂梁而言，由縱向收縮和橫向收縮引起的撓曲變形較為顯著，因此對撓度和彎曲的控制好壞直接影響到頂梁各結構的尺寸精度。針對這一點，我們設計反變形組焊胎具來保證其焊接質量。

1.2 反變形量的計算

偏離構件截面中性軸的焊縫不但引起構件的縱向收縮，還引起構件的彎曲，焊縫所造成的彎曲f值可用下式計算：

式中：e——焊縫塑性變形區中心（一般可取焊縫中心）與截面中性軸的距離，cm；

L——構件長度（焊縫與構件等長），cm；

I——構件截面慣性矩，cm4；

qv——焊接線能量，J/cm，qv=20 000K2；

K——角焊縫焊角，cm。

已知參數：

焊角 K=15 mm，高度 H=240 mm；板厚 δ=16 mm，寬度=1 400 mm，長度L=4 200 mm；qv=20 000K2=45 000 J/cm；e=(140－0.3)/2=69.85 cm，L=420 cm。

因其頂梁結構為箱式結構，在截面慣性矩的計算中參考機械設計手冊，確定截面慣性矩計算公式為：

2 焊接工藝

2.1 焊前準備

清理焊縫周圍的銹蝕，打磨露出金屬光澤，準備2臺YD-600KH型二氧化碳電焊機。

2.2 焊接規范及參數

焊絲ER50-6，焊絲直徑1.6 mm，保護氣體CO2，電流 260 A～280 A，氣體流量 20 L/min～25 L/min，電弧電壓27 V～29 V。

2.3 焊接順序

頂梁焊接順序見圖3：先斷焊大小頂板的焊縫1，然后焊其焊縫2，接著焊接完焊縫1，然后對稱焊接主筋與頂板焊縫3，最后焊接焊縫4。以上焊縫均為長大焊縫，焊接方法和焊接順序見圖4，2人分別由頂板的中心向兩端對稱施焊，使頂板兩邊和主筋板受力大小基本相同，可避免產生扭曲變形。此外由頂板的中心向兩端對稱跳焊，可降低焊接應力所導致的影響，保證其平面度。

3 結論

通過對頂梁的焊接應力及焊接變形分析計算，采用合理的焊接方法和焊接順序，制定有效工藝措施控制焊接變形，使頂梁一次焊接成型，達到設計要求，免去了復雜的焊后校正過程，從而保證頂梁的焊接質量。

[1] 成大先.機械設計手冊.北京：化學工業出版社，2002.

[2] 宋天虎.焊接手冊.北京：機械工業出版社，2002.

Control of the Distortion in Long Top Welded by Hydraulic Support

Shi Zhiliang

Through the stress analysis and the distortion calculation con ducted on ZZ5300 hydraulic support and its application in long top beam,this article introduced the method to rationally manipulate the internal stress produced during welding,which will ensure the quality of the beam.

welding deformation;welding stress;process measures

TG44

A

1000-4866（2010）03-0046-02

師志亮，男，1993年9月畢業于大同煤校，現在大同煤礦集團力泰公司工作，工程師。

2010-06-23

2010-07-07