某產(chǎn)品大型鋁焊接件防變形控制

張敬慧

（沈陽局，黑龍江齊齊哈爾）

前言

隨著制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)已經(jīng)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用到各個行業(yè)，并且焊接技術(shù)的水平也逐步得到了很大的提高。隨著焊接工藝方法的不斷涌現(xiàn)，專業(yè)焊接的設(shè)備更新更是日新月異。焊接技術(shù)以高效、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)及其工藝過程數(shù)字化、自動化、智能化控制為特征[1]。

焊接技術(shù)作為制造業(yè)中傳統(tǒng)的基礎(chǔ)工藝和技術(shù)，雖然應(yīng)用到工業(yè)中的歷史并不長，但是發(fā)展卻非常迅速。短短幾十年間，焊接已被廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、汽車、橋梁、高層建筑、造船以及海洋鉆探等許多重要的工業(yè)領(lǐng)域，并且為促進(jìn)工業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)，使得焊接已經(jīng)成為一個重要的制造技術(shù)和材料科學(xué)的重要專業(yè)學(xué)科[2]。

按照生產(chǎn)研制計劃要求，承擔(dān)了某項目大型轉(zhuǎn)臺、托架、防護(hù)裝置的生產(chǎn)工作，該轉(zhuǎn)臺長13 m，為鋁焊接結(jié)構(gòu)，屬特大型鋁焊接件，存在尺寸超差、焊接收縮變形等難點，為了解決這一問題，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，制定了一系列切實可行的措施，突破了大尺寸鋁轉(zhuǎn)臺焊接難點，圓滿完成了生產(chǎn)任務(wù)。轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)簡圖

1 針對焊接收縮采取如下措施

轉(zhuǎn)臺最大板尺寸為：長12 850 mm，寬度4 000 mm，分為三部分拼接而成，三部分長度分別為：3 648 mm、4 947 mm 和4 255 mm。為了保證收縮量的均勻性，三部分均拼接后進(jìn)行機(jī)械加工，加工時預(yù)留焊接收縮量，凈尺寸每邊向外加大2.5 mm，即長、寬均放大5 mm，整個長度方向共放大15 mm，寬度放大5 mm，轉(zhuǎn)臺左、右、中、三部分尺寸簡圖分別見圖2、圖3 和圖4。

圖3 轉(zhuǎn)臺右部尺寸圖

圖4 轉(zhuǎn)臺中部尺寸圖

2 中間各主副梁的防變形控制及焊后加工要求

底板變形及收縮處理對于產(chǎn)品是重要的，同時裝配在底板上中間各主副梁變形及收縮控制也同樣重要，尺寸變化影響整體焊接件尺寸，同時焊接后梁的腹板高度也決定上平板的平面度。

（1） 根據(jù)總體圖紙看，各主副梁較多，主副梁的變形也是重中之重，故需要采取一系列的防變形措施和焊接順序進(jìn)行控制焊接變形，采用將背靠背方式控制變形。將長度相近的兩件焊在一起，打上連接板，長度方向兩側(cè)及兩端面，見圖5。

圖5 筋板焊接尺寸圖

（2） 下料時兩側(cè)預(yù)留均勻長度、方向和收縮量，打上連接板后焊牢，轉(zhuǎn)入電焊場地開始焊接，焊前烤槍預(yù)熱或煤氣等預(yù)熱80～110 ℃，準(zhǔn)備好測溫表隨時測量鋁板溫度。首先將筋板立側(cè)焊縫溜牢，兩件均如此操作，按照圖6 順序焊接筋板1、2、3、4、5、6、7、8 焊縫，焊接件1 焊完，翻轉(zhuǎn)180°焊接另一件1～8 焊縫，焊接完成后90°翻轉(zhuǎn)，逐個焊接坡口焊縫，坡口焊縫焊接時從中間向兩端對稱焊接，兩件焊接順序及方向必須一致，最后焊接剩余焊縫。

圖6 筋板焊接順序圖

（3） 焊后進(jìn)爐進(jìn)行消應(yīng)力處理，出爐后待零件達(dá)到室溫后，拆除連接板，檢查零件變形情況，如變形較大，單缸進(jìn)行機(jī)械校正，校正后進(jìn)行機(jī)械加工，由于底板預(yù)留焊接收縮量，故各主梁也預(yù)留收縮量，并與底板相對應(yīng)。

3 總裝

各子焊接件焊接完成后，進(jìn)入總裝。根據(jù)底板接料分為三部分裝焊，校正后再總裝。

3.1 前、后部分裝焊

分別裝配完成兩部分各自主、輔梁后，將兩部分合在一起焊接。由于兩部分長度不同，以長度長的中心為基準(zhǔn)，兩側(cè)均勻裝配另一件，周邊分段焊接，隔200 mm 焊接200 mm。先將活件側(cè)立，焊接各主、輔量立縫。然后焊接腔體內(nèi)平面焊縫。焊接時兩人在一側(cè)沿兩側(cè)腔體同時焊接，180°翻轉(zhuǎn)焊接另一件。再翻轉(zhuǎn)焊接中心腔體，180°翻轉(zhuǎn)焊接另一件。焊接時先焊接一部分，然后焊接另一部分。腔體內(nèi)焊縫焊好后，裝配面板焊接操作同上，要求每處腔體塞焊孔處留一段不焊，待熱處理后焊死，實物圖見圖7，裝配順序分別見圖8 和圖9。

圖7 產(chǎn)品裝配過程實物圖

圖8 底板第一部分焊接順序圖

圖9 底板第二部分焊接順序圖

3.2 中間部分裝焊

受第三部分結(jié)構(gòu)限制，必須制作焊接胎具進(jìn)行控制焊接變形，變形控制不到位，則零件無法進(jìn)行總裝，同時校正困難，機(jī)械校正無受力點。鋁焊接件不建議采用加熱校正法，故控制變形十分重要。

3.2.1 制作裝焊胎具

此部分結(jié)構(gòu)較單薄，焊接易變形。故進(jìn)行胎具剛性固定，胎具圖紙見圖10，胎具用工廠P 位底板改制，鋼板厚度一側(cè)刀檢，刀檢保證厚度平面度不大于2 mm。將件0302-14 裝進(jìn)胎具內(nèi)孔中，以件0302-14（86）為基準(zhǔn)，裝配底板0302-72、0302-15（87）如圖10，原胎具中間切掉部分保留裝在0302-14（86）中間，托住0302-15（87），缺口處打上拉筋（拉筋焊肉Z=10），如圖11 胎具裝配圖所示，其它地方打上卡子，胎具切掉部分與胎具主體采用門型卡子固定, 卡子焊肉Z=20。用卡子將底板與胎具周邊卡緊，缺口處可打卡子，其余位置可每間隔300 mm 打一個卡子。

圖10 胎具尺寸圖

圖11 胎具裝配圖

3.2.2 排列焊接順序、控制焊接變形

按圖12 標(biāo)注0302-14（86）與件87 及底板焊縫1、2、3、4 焊縫焊好，可兩人同時進(jìn)行施焊，在圓環(huán)兩側(cè)分別焊接。然后裝配件13、14，裝配時各梁不允許進(jìn)行研割，保證支撐的作用及焊接收縮。

圖12 胎具焊接圖

3.3 最終總裝

經(jīng)過防變形胎具的使用，中間部分變形量≤5 mm，減少一次校正時間，同時前后部分變形≤10 mm，且變形利于校正。根據(jù)前部分焊接，焊接收縮量已經(jīng)基本消耗，總裝時利用中間留取塞焊縫的形式保證最終總體尺寸，間隙留5 mm，兩段共留10 mm。焊接過程中接料坡口不一次焊滿，焊接變形時翻轉(zhuǎn)焊接另一側(cè)，同時根據(jù)變形方向進(jìn)行焊接加重物壓的方式進(jìn)行校正。

4 結(jié)論

焊接作為一種精確、可靠、低成本并且采用高科技連接材料的方法，到目前仍舊是制造業(yè)的重要加工工藝[3]。焊接工藝對于產(chǎn)品的設(shè)計以及應(yīng)用有非常重要的作用，在進(jìn)行焊接的時候需要重點注意焊接步驟，尤其是重視準(zhǔn)備工作，對于焊接的溫度、焊接方法的選擇、焊接所使用的材料等進(jìn)行優(yōu)化以及調(diào)整，使得焊接工藝的技術(shù)參數(shù)能夠有效的控制焊接質(zhì)量，以此來確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

通過上述工藝方案的控制，零件尺寸寬度4 000 mm 最終尺寸為“3 997 mm”,長度尺寸“13 000 mm”最終尺寸為“12 995 mm”滿足圖紙公差要求，為后續(xù)類似產(chǎn)品的收縮量留取積累了寶貴的經(jīng)驗。在后續(xù)總裝調(diào)試過程中，轉(zhuǎn)臺等性能穩(wěn)定，使用可靠，達(dá)到了各項指標(biāo)。