鋁合金電塔塔架的焊接變形控制方法

遼寧忠旺集團(tuán)有限公司鋁合金車體制造廠（遼沈 111003）楊興亮

鋁合金產(chǎn)品焊接工藝中，除了要保證焊縫質(zhì)量以外，首要解決的就是焊接變形及尺寸精度控制問題。不同的鋁合金焊接產(chǎn)品所要求的工藝特性不同，所以采用的焊接工藝也有所不同。下面著重闡述鋁合金電塔塔架的焊接工藝及焊接變形的控制。

該項目為國外用于發(fā)電設(shè)備的鋁合金電塔塔架，主要有以下幾個方面的要求：①焊縫外觀均勻美觀，不允許有焊接弧灰。②平面度和寬度尺寸公差均保證在2mm以內(nèi)。③所有組成鋁合金塔架的材料牌號為6082－T6。④塔架長度規(guī)格從2～6m不等，結(jié)構(gòu)形式各有不同，如圖1所示。

圖1

1.工藝分析

此產(chǎn)品屬于鋁方管框架焊接結(jié)構(gòu)，鋁型材切割加工后進(jìn)行組焊；焊縫位置點分布多，且焊縫分布不均勻。焊縫類型有平焊縫、角焊縫等形式。焊接方式采用手工TIG焊，焊絲采用φ3.2mm 4043牌號的鋁焊絲。

根據(jù)產(chǎn)品的工藝特點分析制定工藝路線，為減少焊接變形，一般首先會考慮設(shè)計塔架的整體翻轉(zhuǎn)焊接工裝，但對于此種產(chǎn)品，將會產(chǎn)生以下問題：

第一，工裝制作較復(fù)雜，并且由于塔架規(guī)格較多，焊接工裝數(shù)量多且都不能夠通用，工裝制作的成本投入大、制作周期較長。

第二，由于塔架焊縫分布不規(guī)則，在施焊過程中，部分焊縫由于空間局限導(dǎo)致不能夠在工裝上進(jìn)行施焊。

第三，用整體翻轉(zhuǎn)焊接工裝焊接，對于產(chǎn)品的焊接變形問題，工裝的優(yōu)化調(diào)整比較復(fù)雜。而且對于后續(xù)的產(chǎn)品整形工序也比較麻煩，效率低。

2.工藝改進(jìn)

鑒于以上分析的三點問題，焊接工藝方案改為：將塔架拆解分成片狀結(jié)構(gòu)件進(jìn)行模塊化焊接（見圖2、圖3），此工藝方案有以下幾大優(yōu)點：

圖2

圖3

第一，將不同塔架的片狀結(jié)構(gòu)統(tǒng)一設(shè)計焊接通用工裝，工裝投入少且制作工期短。

第二，焊接過程變形較易控制，單片焊接尺寸一致性好，焊后變形人工矯正比較容易。

按照優(yōu)化后的工藝方案，兼顧片狀結(jié)構(gòu)件焊接工裝的通用性，進(jìn)行焊接工裝的設(shè)計。由于不考慮工裝的翻轉(zhuǎn)，并且部分焊縫在工裝上無法實現(xiàn)（見圖4），需要將產(chǎn)品從工裝上拆下后，進(jìn)行手工焊接。制定工藝路線為：鋁型材切割下料→在點焊工裝上進(jìn)行片狀結(jié)構(gòu)件的點焊組對→點焊件下工裝進(jìn)行焊縫焊接→工件形狀矯正→塔架的整體組焊。片狀件點焊工裝結(jié)構(gòu)如圖5所示。點焊工裝由平臺、快速夾鉗、支撐桿和定位塊等組成。

圖4

圖5

點焊工裝上的支撐桿根據(jù)不同塔架的寬度制作成不同的長度，防止點焊時外側(cè)邊框向內(nèi)收縮導(dǎo)致寬度變窄，支撐桿長度比產(chǎn)品內(nèi)寬增加0.5～1mm，支撐時起到反變形作用。

點焊后的片狀工件從工裝上拆下后進(jìn)行焊縫的手工焊接，由于圖4焊縫結(jié)構(gòu)焊接收縮的作用，外框邊梁在沒有斜支撐處，焊后產(chǎn)生很大的收縮變窄（見圖6），形成腰形狀。

經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)試焊并分析變形數(shù)據(jù)，我們設(shè)計了一種可調(diào)式脹形裝置（見圖7）。該裝置可以適用不同寬度規(guī)格的片狀工件，在焊接時根據(jù)焊后寬度尺寸適時調(diào)節(jié)脹形寬度。運(yùn)用此裝置經(jīng)小批量焊接生產(chǎn)，產(chǎn)品焊后寬度尺寸公差均控制在2mm以內(nèi)，大大減少了后續(xù)的矯形勞動強(qiáng)度。對于焊接變形控制，效果明顯。

圖6

圖7

每種規(guī)格塔架將其分成類似上述片狀結(jié)構(gòu)件，焊接時通過以上措施保證了焊接后片狀工件尺寸及平面度的一致性。在進(jìn)行塔架整體組焊時，很好地保證了整體塔架的最終焊后尺寸和幾何公差要求。

塔架的整體組焊工序同片狀結(jié)構(gòu)件焊接方法類似。每種塔架設(shè)計一套整體組對點焊工裝，將兩個片狀工件和斜支撐按照圖樣尺寸組對點焊后，再通過脹形裝置手工焊接塔架的所有焊縫。由于塔架重量較輕，所以在手工焊接時根據(jù)最適宜焊工焊接手法的焊接角度來調(diào)整放置工件，以達(dá)到最佳的焊縫質(zhì)量。

3.結(jié)語

該塔架項目規(guī)格較多，結(jié)構(gòu)形式看似簡單，但如果盲目地進(jìn)行焊接工裝設(shè)計，不但增加了工裝的投入成本，而且工裝在使用過程中對于產(chǎn)品的變形控制，并不一定有很好的效果。所以我們在項目開發(fā)過程中，要開放性的思考問題，將復(fù)雜的問題簡單化。利用一些巧妙的方法，會起到一些意想不到的效果。