艦載雷達全密閉式鈑金機柜焊接變形工藝控制技術(shù)

吳建寧

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所,南京 211153)

0 引 言

艦載雷達全密閉式鈑金機柜的結(jié)構(gòu)形式與以往常用的通用機柜有所不同。機柜的全密閉形式，除內(nèi)部需要焊接的零部件外，其余各處的焊縫均要求為連續(xù)焊接。因此，易產(chǎn)生焊接應力和焊接變形，從而不僅導致機柜整體結(jié)構(gòu)的強度、剛度、尺寸精度、穩(wěn)定性及密封性能的降低，還會大大增加制造工藝中的困難和經(jīng)濟消耗。[1-3]因此，為減小焊接變形，本文首先對焊接變形的機理進行了分析，并闡述了目前焊接變形的工藝方法，最后針對全密閉式鈑金機柜的結(jié)構(gòu)特點和工藝要求提出了幾點有效的措施,使所加工的機柜完全滿足設(shè)計使用要求。[4-5]

1 焊接變形的形成原因

焊接變形產(chǎn)生的原因是多方面的，但主要產(chǎn)生原因是焊接應力。在焊接過程中，各個焊接件在受熱時產(chǎn)生的熱脹效應，而在冷卻時發(fā)生收縮，并且彼此之間的熱脹冷縮還不均勻，這樣相互連接的各部件之間就會產(chǎn)生相互制約的應力，當應力不均勻時就會導致焊接變形。

2 焊接變形的工藝控制方法

2.1 焊接預處理

為減小焊接變形，焊接前可以對焊接件進行預處理。例如，對焊接母材進行預熱，這樣提高焊接母材溫度可以減小與焊接件之間的溫差，從而減小焊縫收縮時的內(nèi)應力。而在薄板焊接骨架時，可以采用機械預拉伸和加熱預拉伸方法，使薄板預先得到拉伸，然后再焊接骨架，這樣可以減小波浪變形。

2.2 反變形法

結(jié)合理論計算與實踐經(jīng)驗，焊接前先將焊接件加工或設(shè)置產(chǎn)生一個與焊接后發(fā)生的變形方向相反而數(shù)值相等的變形，這樣焊接變形就能在焊接后得到抵消。

2.3 剛性固定法

對于剛性小的焊接件，可以通過采用夾具或者其他支承方法，增加在焊接時的剛性，從而減小焊接變形。但是，該方法對自身剛性較大的焊接件效果較小，而對角變形和波浪變形較為有效。

2.4 合理的焊接順序

(1) 將焊接件適當?shù)貏澐譃椴考?、組件，先將各部件、組件焊接好，然后再進行部件間的焊接。這樣提高了組件的精度，減小了焊接變形。

(2) 分布在中心線兩側(cè)的焊接件，一般來說先焊接一側(cè)產(chǎn)生的彎曲變形比后焊接一側(cè)產(chǎn)生的彎曲變形要大，因此考慮先焊接焊縫較少的一側(cè)，再焊接焊縫較大的一側(cè)。

(3) 在焊縫較多的組裝條件下，應該根據(jù)構(gòu)件形狀和焊縫的分布，采取以下原則：先焊接收縮量較大的焊縫，后焊接收縮量較小的焊縫；先焊接拘束度較大而不能自由收縮的焊縫，后焊接拘束度較小而能自由收縮的焊縫。

2.5 合理的焊接方法

不同的焊接方法具有不同的焊接線能量。選用焊接線能量較低的焊接方法可以減小焊接塑性壓縮區(qū)，從而減小焊接變形。但是，線能量低的焊接方法生產(chǎn)效率較低，因此需要綜合考慮，選取合理的焊接方法。

2.6 焊接變形的矯正方法

在各焊道焊接完后，應立即用小錘或電動錘擊工具均勻敲擊焊縫，使其產(chǎn)生新的塑性變形抵消焊縫冷卻后的局部拉應力。但是，該方法不適用于根部焊道、坡口內(nèi)及蓋面層與母材坡口相鄰的焊道，防止熔合線和近縫區(qū)出現(xiàn)硬化或者裂紋。高強度合金鋼也不適宜采用錘擊法消除焊接應力。

3 全密閉式鈑金機柜的焊接

3.1 頂框和底框的焊接

機柜頂框(圖1)和底框(圖2)的加工是艦載雷達密閉式鈑金機柜加工的難點。由于焊縫多，焊接變形大，所以焊接好的頂框和底框很難達到設(shè)計使用要求。為此，結(jié)合機柜結(jié)構(gòu)特點與焊接變形工藝控制方法，提出了以下改進措施：

(1) 改進焊接工序。首先在頂框、底框加工時將框架內(nèi)所有零部件同時組裝焊接。焊接時從內(nèi)到外分段焊接，并采取對稱焊接，從而最大限度地減小焊接變形。

(2) 采用剛性固定法。焊接時采用鋼性壓板多點固定。剛性壓板固定點的選取要考慮放在框架的薄弱處，即焊接變形較大處，這樣才能達到滿意的效果。

(3) 控制溫升變形。為減小焊接過程中因散熱不及時局部溫度過高而造成的變形，采取局部冷卻法。在焊接時，除焊接處外其余部分浸入水中，以達到迅速散熱的目的。這樣避免框架因局部焊接溫度過高而變形，并提高了工作效率。

(4) 消除焊接應力。焊接完成后需要及時釋放焊接應力。在工件冷卻后采用錘敲擊法來釋放焊接時所產(chǎn)生的應力。

3.2 內(nèi)部風管的焊接

內(nèi)部風管的焊接是全密閉式鈑金機柜的重點。整個機柜內(nèi)部的通風散熱一般為通過內(nèi)部風管來循環(huán)通風。該機柜內(nèi)部風管焊接在側(cè)板上的，常規(guī)的情況下采用塞焊。但是，機柜側(cè)板較薄，焊接后變形大，即使采用焊后矯正法也會影響機柜外形美觀?？紤]焊接線能量較低的點焊法，通過不斷調(diào)整和控制點焊的電流和時間，最終達到了很好的焊接效果。該方法還被應用于鈑金機柜的其他零部件的焊接。

3.3 骨架的焊接

骨架的焊接是整個機柜的關(guān)鍵。全密閉式鈑金機柜的密封要求高，對焊接變形的控制提出了很高的要求。焊接時采取以下方法:

(1) 在各焊接應力較大處添加剛性支承，增加焊接剛性。

(2) 在連續(xù)焊縫處采取分段式焊接與對稱焊接結(jié)合的方法。同時，每焊接完一段，待其自然冷卻到焊縫和堆焊層在赤熱的狀態(tài)下時適當錘擊焊縫區(qū)，使金屬展開到整個焊縫，從而減少焊縫的收縮。

(3) 對骨架已焊接好的部分采用里頂外敲的方法保證側(cè)板與立柱間隙的一致性。

4 結(jié)束語

減少焊接變形、提高焊接質(zhì)量是雷達產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠的重要保證。本文在分析焊接變形產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，研究了當前焊接變形的工藝控制方法，總結(jié)了艦載雷達全密閉式鈑金機柜焊接變形的控制方法，并通過多次加工實踐驗證了該全密閉式鈑金機柜焊接工藝的有效性。

參考文獻:

[1] 馮霄. 某艦用電子設(shè)備焊接機柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].電子機械工程,2011(4):16-20.

[2] 曾曉虹，向凱，宋瑞艷. 焊接應力和焊接變形控制[J]. 石油化工設(shè)備，2009.

[3] 王國凡. 鋼結(jié)構(gòu)焊接制造[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[4] 邢曉林. 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[5] 機械工程手冊編輯委員會. 機械工程手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1997.