大直徑筒體組件制作工藝改進試驗研究

曾輝藩

（湖南科技職業學院，長沙410118）

大直徑筒體組件制作工藝改進試驗研究

曾輝藩

（湖南科技職業學院，長沙410118）

焊后退火和時效處理是減少焊接殘余應力、降低焊后變形的常用方法。但對于大件，焊后退火和時效處理有著各自的局限性。通過對某工程設備的重要部件——大直徑筒體組件的工藝實驗研究，找出大型工件的殘余應力狀態和焊后變形規律，采用提高切削加工工序尺寸精度措施，對焊后殘余應力釋放引起的的變形進行有效補償，生產出合格的產品，從而達到取代時效工序的目的，大大縮短了產品的生產周期。

大筒體；時效處理；焊接殘余應力；補償焊后變形

0 引言

在生產實踐中，焊接變形和焊后變形是焊接工藝中常遇到的難題，對于一些精度要求高的焊接部件，為減少焊接殘余應力釋放對焊接結構件尺寸精度的影響，一般采用退火、時效處理［1］。鑒于結構、設備、成本因素，通常較大件采用長期時效或振動時效［2］工序，較小件采用退火工序。但大型件時效由于周期長而造成物料堆積，占用生產面積等問題。如能通過試驗，找出焊后變形規律，在切削加工工序中通過提高加工精度的方法來部分補償焊后變形達到要求，是一種很經濟的工藝方法。本文以某設備的重要焊接部件——大筒體作為研究對象，說明此工藝在焊接部件上的成功應用。

1 大筒體現有制作工藝

如圖1所示為某筒體結構模型，由外圓筒、軸承安裝板、內筒等組成，外圓筒尺寸長2 000 mm，最大直徑φ1 480 mm，壁厚30 mm，要求焊縫焊高 32 mm，A、B兩 處 孔 尺 寸φ320+0.0550，原有制作工藝為：板材下料→外筒卷制→軸承安裝板及內筒焊接→時效處理→車A、B兩處孔→鏜A、B兩處孔→鉆圓周孔→噴漆。該工藝方法解決大焊接量帶來的焊接變形對A、B兩處孔精度的影響是時效處理后再車鏜孔加工，但從圖2中分析可以看出，時效處理工序占整個生產周期的近80%，造成企業物料堆積，占用生產面積，從而降低了生產效率，影響整個產品的交貨期。

圖1 大筒體組件結構模型

圖2 大筒體組件制作工藝時間分布表

2 試驗方案

2.1 試驗方法

圖3 軸承座左右安裝板內孔測量點

由于時效處理生產周期性長等局限性，我們進行了取消時效工序試驗。試驗樣品的外圓筒長2 000 mm、直徑φ900 mm，壁厚20 mm，選取影響最大的軸承左右安裝板內孔的直徑作為測量尺寸，圓周方向選取象限4點如圖3所示，觀測其徑向尺寸變化。為了充分測量其變形規律，車鏜加工完畢后，分別對第0.5 d、第1 d、第7 d、第15 d、第30 d進行測量。

2.2 試驗數據

采用百分表檢測孔徑，根據實際測量結果記錄如表1所示（基本尺寸為φ320 mm）。

表1 測量結果記錄

2.3 數據分析與結論

分別選取工件一A板同一次測量直徑的4個值，取平均值描點，A、B板同一次測量直徑的8個位置值取平均值描點，對工件一的5次測量分析如圖4所示，對工件二做同樣的分析如圖5所示。

從圖4中可以看出：1）兩條曲線變化趨勢基本一致；2）變化趨勢是隨著時間孔徑變大然后趨于穩定；3）趨于穩定的時間是在第7天附近；4）工件一與工件二變化趨勢一致。

圖4 工件一孔徑隨時間的變化趨勢

圖5 工件二孔徑隨時間的變化趨勢

從對不同工件的分析可以判斷出試驗樣件焊后的殘余應力導致的尺寸變形是有一定規律的，這個規律大致可以總結為：若取消時效工序，焊后的殘余應力會導致孔徑變大0.015～0.02 mm。

3 結論

從以上試驗數據，發現其高對稱度旋轉型的工件變形規律，可以在下道鏜削工序將軸承座安裝孔直徑公差進行預先補償，將大筒體組件軸承座安裝孔的尺寸偏差值減少0.015～0.02 mm，即加工尺寸控制在φ320+0.040mm，此方法已應用在長沙科眾機電設備有限公司的大筒體組件生產中，大大縮短了生產周期，提高了效率，縮短了交貨期。

本文根據試驗采用預先提高機加工尺寸精度來補償焊接變形方法具有可行性，但焊接殘余應力除了對尺寸精度有影響還有其它力學性能方面的影響，這還需要更多的研究［3-5］。

［1］ 郭世敬，化三兵，白瑤瑤.焊接結構件時效處理方法及研究進展［J］.熱處理技術與裝備，2011（5）：4-6.

［2］ 丁延松，趙巖.振動時效工藝在大型焊接結構件中的應用［J］.制造業自動化，2010（3）：45-46.

［3］ 劉婉瑩，宋天民，張國福，等.焊接工藝參數對焊接殘余應力的影響［J］.石油和化工設備，2007（1）：12-13.

［4］ 楊瀟然.新型焊接工藝研究［J］.卷宗，2012（10）：20.

［5］ 游敏，鄭小玲，余海洲.關于焊接殘余應力形成機制的探討［J］.焊接學報，2003（2）：51-54，58.

（編輯：啟 迪）

TG 457

A

1002－2333（2014）04－0047－02

曾輝藩（1980—），男，工學碩士，講師，主要從事機械制造工藝的教學與研究。

2014-02-14

湖南省教育廳一般資助項目（12C1089）