不銹鋼機架焊接變形的熱矯正

孫桂萍，吳萬平

（1.武漢電力設備廠技術中心，湖北 武漢 430064；

2.中船重工集團第七二二研究所裝備生產部，湖北 武漢 430079）

不銹鋼機架焊接變形的熱矯正

孫桂萍1，吳萬平2

（1.武漢電力設備廠技術中心，湖北 武漢 430064；

2.中船重工集團第七二二研究所裝備生產部，湖北 武漢 430079）

分析了一種不銹鋼機架的加工制造過程及變形矯正方法。首先，根據機架的結構特點和尺寸要求，制定了合適的焊接工藝；然后，細致分析了該結構焊接變形的主要原因；在此基礎上，采用火焰及水冷卻的方法對結構的變形進行矯正，最終使結構尺寸達到了設計圖紙的各項要求。

機架；焊接變形；熱矯正；水冷卻

隨著機械工業的發展，大型結構件被廣泛地應用于輪船、橋梁、航空、重型機械等工業生產中，它們一般是由許多零部件焊接而成，體積龐大，自身質量較重。由于材料自身、設計水平、加工工藝、承受載荷等因素的作用，這些大型構件經常發生彎曲、扭曲、翹曲等工藝形變。構件形變的存在一方面影響其美學效果，但更為重要的是將影響其整體的尺寸及幾何形狀精度、安裝精度，乃至降低結構的強度，引起結構失穩，帶來極大的安全隱患。因此，在大型構件的生產、制造和安裝使用過程中，需盡量控制其變形的發生，一旦變形過大，應予以相應地矯正。構件的變形矯正一般是通過一定的外部能量作用，在不去除或添加材料的前提下，產生永久性反向變形，使變形零件或坯料的外形在容差許可的范圍內，逼近設計外形或相應技術標準要求的成形操作。本文就一種常見的不銹鋼機架的變形矯正問題作簡單的討論分析。

1 機架簡介

機架采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼焊接而成，如圖1所示，它由上板、左右側板、基板組成。上板長980mm，寬1 050mm，厚12mm；兩側板高760mm，寬 1050mm，厚16mm；基板長980mm，寬1 050mm，厚20mm。上板下面兩側板之間有兩條直筋板。兩側板與基板分別有4個三角形加強筋，兩側板上預加工有多對軸承的安裝預留孔，右側端蓋加工有安裝預孔，基板上設計有防振方孔及槽。

焊接后要求上板的平面的不平度小于1.5mm；上板與基板及左右兩側板間的不平行度均小于1mm。圖1中所示的C、D、E三孔中心線的相互間的平行度小于0.05mm，各孔在兩側板的同心度小于0.05mm。

圖1 機架結構圖

2 機架的制造工藝

根據機架的結構特點，綜合考慮各部件的作用要求，選擇合適的下料尺寸對鋼板進行裁剪。由于焊接時鋼板會沿長度和寬度方向收縮，因此，下料時不能直接按照圖紙尺寸進行切割，根據經驗，上板放1mm，側板放1～2mm，以補償焊接收縮量。

在采用自動切割機對各部件進行下料過程中，不可出現切割停頓，以免出現缺口。下料完成后，將兩側板用半自動切割機和導軌開坡口，坡口的角度偏差一般要求小于±2.5°，并采取刨邊處理。

組裝時，先將基板和上板校平，并在基板上劃出兩側板和加強筋板的位置線，然后用直角靠模將兩側板及加強筋板定位、點焊，點焊長度為40～50mm，間隔300～400mm，焊高3mm。完成后，用直角靠模校正，合格后覆蓋上面板。

機架的四條主焊縫的焊接非常重要。為此，首先需要把焊接區域兩側20mm范圍內的鐵銹、熔渣、毛刺清理干凈，直到看見金屬光澤，然后施焊。焊接時，要求按對角對稱的順序展開施焊，并保證不出現斷弧。在焊接過程中，對機架的變形情況進行實時觀察，出現變形過大時要及時矯正，避免累積變形過大。為避免一次焊接不能達到焊接要求，采用分層施焊，先打底焊，然后再蓋面焊。

3 機架變形的熱矯正

由于其實際焊接裝配時，防變形措施不力，檢查不到位，機架最終焊接成型的整體變形過大：上板與基板平面度分別為2.5和2，左側板平面度為2.5，右側板平面度為3，造成機架扭曲變形，平行度和垂直度超差嚴重，局部超差嚴重的有約5～6mm。

引起上述變形的主要原因是：焊接時，加熱是通過移動的高溫電弧熱源進行的，焊縫及其附近的金屬溫度很高，金屬膨脹變形較大，而遠離電弧的其余大部分金屬受熱較小或不受熱，金屬膨脹變形較小，于是，受熱金屬的膨脹受到阻滯和抑制，產生了壓縮塑性變形；而機架完全冷卻后，焊縫和及其附近金屬的“晶纖”因冷卻收縮而變短，又受到周圍未受熱金屬的限制而使焊件產生內應力，以致產生變形，最終造成整個結構的形狀和尺寸發生變化，方框結構的垂直度、對角線的長度不等，側板出現凸凹不平的變形現象。如果將該機架直接安裝，用于驅動其它機構運轉，將產生較大的機械振動，甚至帶來結構的失穩。因此，必須對該機架進行矯正。

對此類變形嚴重的不銹鋼機架，一般采取熱矯正的方法進行修正。首先，進行穩定化熱處理以改善應力分布，消除應力集中；而后，采用焊燒的方式在鋼板的凸起處進行加熱，加熱至櫻紅色后，對相應部位澆潑冷水，使拉長的“晶纖”得到展開，以達到矯正的目的。按上述方式，由里至外呈放射性對稱操作，并反復實施，直至達到尺寸要求。加熱時，忌用螺桿式千斤頂支撐變形凹面，以防止過度反變形的發生。

4 結束語

通過上述熱矯正方法對機架的外形進行反復修正，使其平行度和垂直度接近設計圖紙的要求。然后，合理選擇機架的加工基準，對上下平面進行去余量加工，對左右側板各孔進行對穿精鏜，在去除預留余量的同時，達到預設計圖紙的各項技術指標。

[1]孫 杰，柯映林，吳 群，等.大型整體結構件數控加工變形校正的關鍵技術研究[J].機械工程學報，2003，39(08):120-124.

[2]姜亦濤.航空整體結構構件加工變形安全校正[D].濟南:山東大學，2009.

[3]張洪偉，張以都，吳 瓊，等.航空整體結構件加工變形校正技術研究[J].兵工學報，2010，31(08):1073-1077.

[4]賈國棟.淺談大尺寸箱形截面梁的熱校正[J].科技情報開發與經濟，2000（03）：162-165.

[5]呂立人，江德云，朱培京.江陰大橋的鋼箱梁拼裝[J].公路，2000（03）：33-34.

[6]李占文，李樹立.焊接結構變形與控制[M].北京:化學工業出版社，2008.

Stainless Steel Frame Welding Deformation of ThermalCorrection

SUNGui-ping1，WUWan-ping2
（1.Wuhan Power Plant Technology Center，Wuhan 430064，China；2.Production Equipmentof the Seven Two Two Ship Heavy Industry Group，Wuhan 430079，China）

Themanufacturing process,a stainless steel frame and the deformation correctionmethodsare analyzed.First of all,based.First of all,based on the structure and size of the request frame,the formulation of appropriatewelding process;and then,a detailed analysisof themain causesof thewelding deformation of the structure.On thisbasis,using themethod of flame and water cooling on the deformation of the structure size correction,finally achieves the design requirements of the drawing.

frame；welding deformation；thermal correction；water cooling

TH16

B

1672-545X（2014）04-0085-02

2014-01-06

孫桂萍（1966—），女，遼寧大連人，中級職稱，研究方向為機械制造及工藝。