包裝機不銹鋼構件焊接變形分析及控制

涂欣艷

摘 要:本文針對包裝機械中不銹鋼件焊接變形問題進行了分析,總結了變形類型和原因及控制焊接變形的幾種方法。

關鍵詞:焊接變形變形類型變形成因控制措施

中圖分類號:TG441 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0085-01

1不銹鋼焊接方法

不銹鋼焊接方法有多種,最常用的有手工焊、金屬極氣體保護焊和鎢極惰性氣體保護焊。此類都屬熔化焊接法。它是指在接頭處局部加熱至焊絲和被焊接材料熔化成金屬液體,形成熔池,隨后凝固成固態,使得兩塊鋼材料焊接成一個整體(如圖1所示)。

2焊接變形成因

焊接變形是由多種因素交互作用引起的,在焊接過程中,由于施焊電弧高溫將會引起鋼結構瞬態熱變形,焊接完成后冷卻到室溫時出現殘余變形。在這兩類變形中,焊接殘余變形是影響焊接質量的主要因素,也是破壞性最強的變形類型[2]。

2.1 材料性能

焊件材料的性能對焊接變形具有重要影響。主要包括材料的剛度、熱傳導系數、熱膨脹系數、材料在高溫時的屈服極限、彈性模量以及溫度變化率等等。

2.2 焊接結構

焊接結構的設計對焊接變形具有重要影響,包括焊縫分布、焊縫截面積、坡口形式、焊件板的厚度等等。在焊接過程中盡量對稱、均勻、分散焊縫,以減少焊件變形。

2.3 焊接工藝

第一,焊接溫度的影響。引起焊接溫度不同的原因有多種,比如焊接電流電壓大小、焊條直徑粗細,焊接速度快慢,焊接方法等[3]。第二,金屬再結晶。當鋼材料產生塑性變形后,金屬的再結晶將會導致材料內部組織的不均勻變化。第三,焊縫位置、長度和數量。當焊縫位置和數量不合適時,也會導致鋼構件產生變形。一般焊接位置和數量應盡量對稱安排,減少減少引起系列變形的可能。第四,焊接順序。改變焊接順序可以改變殘余應力分布及應力狀態,減少焊接變形。此外,還有多層焊接工藝、構件的定位或者固定方法、焊件與母材的厚度差異、焊接方法、焊件的形狀等都能引起不同形式的變形。

3 變形類型

鋼構件變形類型有多種,按照焊接變形形態和方式大致分為以下幾種常見類型:

收縮變形:即焊件焊后尺寸縮短。包括縱向收縮變形和橫向收縮變形?？v向收縮變形是沿焊縫軸線方向尺寸的縮短(圖2所示)。在焊接高溫的作用下焊縫及其附近區域產生縱向的壓縮塑性形,冷卻后焊件沿焊縫長度方向尺寸縮短產生了縱向收縮變形。橫向收縮變形則是指沿垂直于焊縫軸線方向尺寸的縮短。

彎曲變形:產生彎曲變形的主要原因是裝配、焊接順序不當,焊接方向不合理等。

角變形:焊接時,由于焊接區沿著板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉變形。按照一定角度對焊件進行焊接,焊件冷卻收縮后可能導致角度發生大小變化,即產生了角變形。

扭曲變形:鋼構件繞著自身軸線發生扭曲的變形稱為扭曲變形。它一般出現在剛度較大的焊件上,是由焊縫角變形沿長度方向的不均勻分布產生的。

波浪變形:焊后焊件產生形似波浪式的變形稱為波浪變形。它是由遠離焊縫區的焊接殘余壓應力引起的變形,一般出現在薄板構件上。

4 控制變形的措施

提高產品質量的重要舉措就是控制焊接變形。一般可以從焊接工藝和焊接設計上入手來實現。

4.1 焊接工藝

(1)水浸冷卻焊接法。散熱法又稱強迫冷卻法,即將焊接處的熱量迅速散走,使焊縫附近的金屬受熱面大大減少,達到減小焊接變形的目的。

(2)反變形法。即焊件在焊接前,人為預置與鋼構件變形反方向的變形量,這樣可以抵消焊接后帶來的變形。

(3)矯正法。其實質是設法造成新的變形以抵消已經發生的變形。常用為機械矯正法、火焰矯正法和綜合矯正法。

4.2 焊接設計

(1)改進焊接結構。合理選擇焊縫結構的形狀和尺寸,減少不必要的焊縫,避免焊縫的不均勻分布,從而減少焊接變形。

(2)剛性固定法。剛性固定法是將構件借助輔助工具(比如采用夾具、支撐件、焊胎等)加以固定限制構件變形。

(3)合適的焊接材料和焊接參數。焊材的粗細及其參數也會引起焊接變形,因此選擇合適的焊接材料,降低焊縫中淬硬組織的形成和應力集中,提高焊縫金屬的塑性、韌性和抗裂性能。

(4)合理的焊接方法。針對不同性能的材料采取合理的焊接方法,如適當時候采取二氧化碳氣體保護焊取代手工電弧焊[4]。二氧化碳保護焊效率高、成本低且電流密度高,導致焊接熱輸入量減小,從而降低了焊接收縮變形的幾率,提高了焊接質量。

(5)合理的焊接工藝。針對鋼構件中的不同焊縫采取合理的焊接工藝,長焊縫時可以采取連續焊和分段焊結合方式；多件焊接時根據拘束度由大到小順序完成焊接等[5]。

5結語

包裝技術的好壞直接關系著包裝產品的質量,包裝機械的可靠性又決定著包裝技術,基礎構件的質量又是整個包裝機械性能的可靠性的保證。因此保證包裝機械中不銹鋼構件制造過程中不產生變形,加工出合格產品,關鍵在于焊接變形的控制。因此了解不銹鋼構件焊接變形成因,掌握焊接變形的控制方法,提高控制焊接變形的技術水平,是保證鋼構件的尺寸精度的前提,它對包裝技術的進步具有重要意義。

參考文獻

[1] 戴宏民.包裝機械技術發展趨勢及我國的應對[J].機電信息,2004,(5):5-8.

[2] 李建廣.淺談焊接變形與變形控制[J].企業導報,2011,(12):273-274.

[3] 徐玉森.芻議焊接變形的影響因素與控制措施[J].輕工設計,2011,(5):17.