研究筒體法蘭焊接變形的預(yù)測(cè)與控制措施

鄶忠和

（一汽解放傳動(dòng)事業(yè)部零部件廠，吉林 長(zhǎng)春 130022）

現(xiàn)階段，在電力與煤場(chǎng)等區(qū)域，合理應(yīng)用圓形料場(chǎng)至關(guān)重要，對(duì)堆取料機(jī)的制作提出較高要求。為了推動(dòng)我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，有關(guān)操作人員需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)筒體法蘭焊接變形，并制定針對(duì)性較強(qiáng)的變形控制對(duì)策，避免筒體法蘭焊接出現(xiàn)大面積的變形。鑒于此，本文深入分析同喜法蘭焊接變形預(yù)測(cè)和控制要點(diǎn)。

1 加強(qiáng)筒體法蘭焊接變形的預(yù)測(cè)與控制的現(xiàn)實(shí)意義

大部分的制造企業(yè)在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)各項(xiàng)零部件焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，重點(diǎn)依據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)與各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)生產(chǎn)，采用此種模式，會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。筒體的焊接主要包含金屬冶金、焊接流程、焊接參數(shù)與坡口等過(guò)程。而焊接工裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括工裝的裝夾模式，對(duì)筒體法蘭焊接的精度影響特別大，使得筒體法蘭焊接特別容易出現(xiàn)變形。通過(guò)加強(qiáng)筒體法蘭焊接變形預(yù)測(cè)與控制，不僅能夠提高焊接質(zhì)量，而且節(jié)省大量的焊接時(shí)間。

由于焊接結(jié)構(gòu)精度要求比較高，操作人員需要加大焊接變形控制力度，如果焊接環(huán)節(jié)出現(xiàn)大面積變形，此類(lèi)零件的制造周期延長(zhǎng)，降低零件生產(chǎn)效率，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)產(chǎn)生較大影響。通過(guò)對(duì)筒體法蘭焊接變形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，并制定可行性較好的控制措施，能夠保證筒體法蘭焊接質(zhì)量得到更好提升，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

2 筒體法蘭焊接變形缺陷原因分析

某筒體的外形尺寸比較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，對(duì)焊接精度要求特別高，在一定程度上增加了焊接難度。該筒體主要由法蘭、外筒與底板構(gòu)成，焊縫使用內(nèi)、外的開(kāi)焊接坡口。

筒體法蘭焊接變形缺陷原因如下：

第一，氣孔引發(fā)的變形，筒體法蘭焊接出現(xiàn)氣孔，主要是因?yàn)楹笚l的烘焙與保溫不合理，或者相關(guān)工件上部有油污與水分。進(jìn)入焊接現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)焊條，需要操作人員按照相關(guān)規(guī)定，實(shí)施相應(yīng)的烘焙與保溫，待焊條烘焙與保溫復(fù)合相關(guān)規(guī)定之后，方可進(jìn)行焊接。筒體法蘭焊接采用的焊條型號(hào)是E5018-1M3，此焊條為低氫型鐵粉熱強(qiáng)鋼焊條，具有較好的低溫沖擊韌性，和常規(guī)的低氫型焊條相比較來(lái)講，此焊條內(nèi)部有鐵粉含量，引弧難度較大，如果焊接操作不合理，很容易引發(fā)氣孔缺陷。

第二，夾渣變形缺陷，由于筒體法蘭焊接層間的清理不達(dá)標(biāo)，或者焊接原材料當(dāng)中包含大量的夾雜物，筒體法蘭焊接過(guò)程當(dāng)中，特別容易出現(xiàn)夾渣變形缺陷。例如，操作人員在使用E5018-1M3焊條進(jìn)行焊接時(shí)，此焊條會(huì)產(chǎn)生較大的飛濺，使得筒體法蘭焊道，包括坡口部位，夾雜著大量的雜質(zhì)，如果操作人員清理不到位，很容易出現(xiàn)筒體法蘭焊縫變形缺陷。筒體法蘭焊接工作量比較大，焊接人員通常使用手工電弧焊進(jìn)行焊接，焊道數(shù)量與焊層的數(shù)量均比較多，若焊接人員的職責(zé)意識(shí)過(guò)于薄弱，特別容易發(fā)生夾渣變形缺陷[1]。

第三，筒體法蘭焊接裂紋現(xiàn)象，因?yàn)殇摲N淬硬傾向比較大，或者法蘭焊接接頭含氫量過(guò)高，接頭的約束應(yīng)力超過(guò)相應(yīng)規(guī)定，很容易出現(xiàn)冷裂紋，進(jìn)而降低筒體法蘭焊接質(zhì)量。

3 筒體法蘭焊接變形的預(yù)測(cè)與控制措施研究

3.1 明確筒體法蘭焊接變形的預(yù)測(cè)要點(diǎn)

為了保證筒體法蘭焊接變形預(yù)測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確，相關(guān)人員在預(yù)測(cè)過(guò)程當(dāng)中，可以使用UG軟件，構(gòu)建良好的焊接實(shí)體模型，該模型重點(diǎn)包括焊件、焊縫與工裝等，將此模型準(zhǔn)確的導(dǎo)入到Simufact.Welding軟件之中，實(shí)施網(wǎng)格劃分，并對(duì)該網(wǎng)格模型實(shí)施良好的裝配，賦予其相應(yīng)的屬性[2]。

此外，有關(guān)預(yù)測(cè)人員還要選擇合理的熱源，明確筒體法蘭焊接材料熱性物理參數(shù)，了解在溫度因素影響下，各項(xiàng)焊接材料熱性特點(diǎn)，并建立相應(yīng)的筒體法蘭焊接變形研究模型。因?yàn)橥搀w法蘭焊接分析模型比較復(fù)雜，故有關(guān)人員可以運(yùn)用熱循環(huán)曲線進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，并加強(qiáng)熱計(jì)算，獲取良好的焊接熱循環(huán)曲線。在焊接熱循環(huán)曲線當(dāng)中，橫坐標(biāo)代表時(shí)間軸，縱坐標(biāo)代表溫度軸，將溫度場(chǎng)作為熔點(diǎn)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)筒體法蘭焊接生產(chǎn)要求能夠得知，有關(guān)人員通過(guò)妥善調(diào)整各項(xiàng)焊接參數(shù)與裝夾方式，認(rèn)真分析熱循環(huán)曲線，最終得到準(zhǔn)確的焊接變形數(shù)值。

3.2 筒體法蘭焊接變形控制措施分析

3.2.1 對(duì)焊接設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面優(yōu)化

在此筒體法蘭焊接環(huán)節(jié)，為了有效減少焊接變形現(xiàn)象的發(fā)生，相關(guān)人員要對(duì)筒體法蘭焊接焊縫設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的優(yōu)化，例如，在筒體法蘭的內(nèi)側(cè)，將焊接V型坡口進(jìn)行優(yōu)化，形成U型坡口，使得筒體法蘭外側(cè)焊接坡口不斷減小，提升筒體法蘭的焊接水平，有效避免筒體法蘭焊接出現(xiàn)較大變形[3]。

另外，對(duì)筒體法蘭焊接人員來(lái)說(shuō)，在焊接之前，還要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，如果筒體板厚度比較大，則可以采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)進(jìn)行切割，將筒體坡口進(jìn)行簡(jiǎn)化。通過(guò)使用半自動(dòng)火焰切割機(jī)，不但能夠提高筒體的切割速率，而且能夠獲得質(zhì)量較好的筒體板，減少筒體板的磨量。筒體板坡口規(guī)則，能夠有效降低筒體法蘭焊接變形概率。

因?yàn)橥搀w外側(cè)的法蘭邊緣長(zhǎng)度比較大，特別容易出現(xiàn)變形問(wèn)題，因此，在筒體法蘭焊接之前，焊接人員可以在焊接外側(cè)設(shè)置強(qiáng)筋板，但是，采用此種模式，會(huì)對(duì)后續(xù)的碳弧氣刨清根效果產(chǎn)生較大影響，因此，焊接人員可以采用同喜外側(cè)開(kāi)坡口形式，在筒體內(nèi)部進(jìn)行碳弧氣刨清根。

3.2.2 對(duì)焊接順序進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化

對(duì)于焊接人員來(lái)講，想要保證筒體法蘭焊接變形量符合相關(guān)工藝要求，需要對(duì)焊接順序進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化，不斷減少筒體法蘭焊接變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。在保證筒體法蘭結(jié)構(gòu)不變的條件之下，加強(qiáng)焊接順利優(yōu)化至關(guān)重要。例如，在該筒體法蘭焊接過(guò)程當(dāng)中，焊接人員可以愛(ài)用對(duì)稱焊接方法進(jìn)行焊接，能夠保證筒體法蘭的焊接效率得到顯著提升。焊接人員可以先焊收縮量比較大的焊縫，將該焊縫焊接完畢后，焊接收縮量比較小的焊縫[4]。

在筒體法蘭焊接過(guò)程之中，焊接人員還要嚴(yán)格控制焊接溫度，通常來(lái)講，筒體法蘭的焊接溫度不宜超過(guò)150攝氏度。在筒體法蘭焊接之前，要做好預(yù)熱工作，通過(guò)進(jìn)行合理的預(yù)熱，能夠有效的降低筒體法蘭焊接應(yīng)力，提高焊接應(yīng)變速率，減少筒體法蘭焊接變形現(xiàn)象的出現(xiàn)，防止裂紋產(chǎn)生。筒體法蘭焊接人員可以按照以下焊接順利進(jìn)行施焊：

（1）加強(qiáng)外側(cè)僅板焊接力度。焊接人員要明確筒體法蘭焊接的具體位置，可以將外側(cè)的筋板進(jìn)行有效裝配焊接，采用電焊的方法實(shí)施焊接，保證筒體法蘭與筋板形成一個(gè)較為穩(wěn)定的整體，有效減少筒體法蘭的焊接變形。

（2）外側(cè)焊縫打底，焊接人員通過(guò)焊接好外側(cè)的打底層，利用二氧化碳?xì)怏w作為焊接保護(hù)氣體，保證焊接質(zhì)量得到有效提升。

（3）內(nèi)側(cè)的碳刨清根處理，打底完畢后，焊接人員可以使用碳弧氣刨在筒體內(nèi)側(cè)實(shí)施清根處理。

（4）筒體內(nèi)側(cè)筋板的有效焊接，筒體內(nèi)部焊縫焊接之前，焊接人員需要提前將內(nèi)部的加筋板進(jìn)行科學(xué)裝配，并做好焊接工作，避免筒體法蘭出現(xiàn)較大變形。

（5）外側(cè)焊縫的合理填充，在填充外側(cè)焊縫時(shí)，焊接人員需要嚴(yán)格控制電流遇到電壓，保證筒體外觀較好[5]。

3.2.3 對(duì)焊接留量進(jìn)行合理優(yōu)化

通過(guò)不斷優(yōu)化筒體法蘭焊接留量，并做好變形預(yù)測(cè)工作，能夠有效減少該筒體法蘭焊縫，降低筒體法蘭焊接變形現(xiàn)象的出現(xiàn)概率。焊接流量的不斷減少，能夠縮短切削時(shí)間，使得筒體法蘭焊接效率不斷提高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)筒體法蘭焊接變形的預(yù)測(cè)與控制措施進(jìn)行全面分析，例如明確筒體法蘭焊接變形的預(yù)測(cè)要點(diǎn)、對(duì)焊接設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面優(yōu)化、對(duì)焊接順序進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化、對(duì)焊接留量進(jìn)行合理優(yōu)化等等，能夠保證筒體焊接變形得到更好控制，提高平筒體法蘭焊接效果。