包裝機(jī)不銹鋼構(gòu)件焊接變形分析及控制

涂欣艷

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

關(guān)鍵詞:焊接變形變形類型變形成因控制措施

中圖分類號(hào):TG441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):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(hù)焊和鎢極惰性氣體保護(hù)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(tài),使得兩塊鋼材料焊接成一個(gè)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(huì)引起鋼結(jié)構(gòu)瞬態(tài)熱變形,焊接完成后冷卻到室溫時(shí)出現(xiàn)殘余變形。在這兩類變形中,焊接殘余變形是影響焊接質(zhì)量的主要因素,也是破壞性最強(qiáng)的變形類型[2]。

2.1 材料性能

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

2.2 焊接結(jié)構(gòu)

焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)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(xì),焊接速度快慢,焊接方法等[3]。第二,金屬再結(jié)晶。當(dāng)鋼材料產(chǎn)生塑性變形后,金屬的再結(jié)晶將會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部組織的不均勻變化。第三,焊縫位置、長度和數(shù)量。當(dāng)焊縫位置和數(shù)量不合適時(shí),也會(huì)導(dǎo)致鋼構(gòu)件產(chǎn)生變形。一般焊接位置和數(shù)量應(yīng)盡量對(duì)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(yīng)力分布及應(yīng)力狀態(tài),減少焊接變形。此外,還有多層焊接工藝、構(gòu)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(gòu)件變形類型有多種,按照焊接變形形態(tài)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。縱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(qū)域產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生彎曲變形的主要原因是裝配、焊接順序不當(dāng),焊接方向不合理等。

角變形:焊接時(shí),由于焊接區(qū)沿著板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉(zhuǎn)變形。按照一定角度對(duì)焊件進(jìn)行焊接,焊件冷卻收縮后可能導(dǎo)致角度發(fā)生大小變化,即產(chǎn)生了角變形。

扭曲變形:鋼構(gòu)件繞著自身軸線發(fā)生扭曲的變形稱為扭曲變形。它一般出現(xiàn)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(chǎn)生的。

波浪變形:焊后焊件產(chǎn)生形似波浪式的變形稱為波浪變形。它是由遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的焊接殘余壓應(yīng)力引起的變形,一般出現(xiàn)在薄板構(gòu)件上。

4 控制變形的措施

提高產(chǎn)品質(zhì)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(shè)計(jì)上入手來實(shí)現(xiàn)。

4.1 焊接工藝

(1)水浸冷卻焊接法。散熱法又稱強(qiáng)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(dá)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(yù)置與鋼構(gòu)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(shí)質(zhì)是設(shè)法造成新的變形以抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。常用為機(jī)械矯正法、火焰矯正法和綜合矯正法。

4.2 焊接設(shè)計(jì)

(1)改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)。合理選擇焊縫結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)件變形。

(3)合適的焊接材料和焊接參數(shù)。焊材的粗細(xì)及其參數(shù)也會(huì)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(yīng)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(duì)不同性能的材料采取合理的焊接方法,如適當(dāng)時(shí)候采取二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊取代手工電弧焊[4]。二氧化碳保護(hù)焊效率高、成本低且電流密度高,導(dǎo)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(zhì)量。

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

5結(jié)語

包裝技術(shù)的好壞直接關(guān)系著包裝產(chǎn)品的質(zhì)量,包裝機(jī)械的可靠性又決定著包裝技術(shù),基礎(chǔ)構(gòu)件的質(zhì)量又是整個(gè)包裝機(jī)械性能的可靠性的保證。因此保證包裝機(jī)械中不銹鋼構(gòu)件制造過程中不產(chǎn)生變形,加工出合格產(chǎn)品,關(guān)鍵在于焊接變形的控制。因此了解不銹鋼構(gòu)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(shù)水平,是保證鋼構(gòu)件的尺寸精度的前提,它對(duì)包裝技術(shù)的進(jìn)步具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴宏民.包裝機(jī)械技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及我國的應(yīng)對(duì)[J].機(jī)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(yè)導(dǎo)報(bào),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(shè)計(jì),2011,(5):17.