一种用于薄壁箱型梁结构的焊接工装设计

摘 要：薄板焊接变形具有一定的复杂性、多元性,研究薄板结构焊接过程形控制的方法,对于提高产品质量,增加产品的市场竞争力,具有重要的意义.基于此,本文提出了一种适用于薄壁、长焊缝箱型梁焊接的焊接工装方案,为类似钢结构件焊接变形的控制提供了有效的参考.

关 键 词：薄板焊接；变形控制；焊接工装

中图分类号：U445文献标识码：A

1概述

在学术研究上,焊接过程属于不均匀快速加热和冷却过程,极易引发焊接区材料发生不均匀的应力应变,导致焊后形成残余应力和残余变形.周广涛等针对高强铝合金薄板结构焊接时存在的焊后残余应力大的缺点,采用施加不大于材料屈服强度σs的纵向预置拉应力的方法降低其残余应力,结果表明该方法可以改善残余应力的分布状态,显著降低焊后残余应力的峰值.

在工程实际应用中,选用工装夹具对焊接件进行刚性固定是防止和减少焊接残余应力与变形的常用措施之一,焊接工装夹具亦是焊接工艺装备中具有典型意义的设备,焊接工装夹具的方案设计更是焊接生产机械化合自动化的基础.

可见,通过工装夹具实现对焊接变形的有效控制不论在学术界还是工程实际应用中均得到了广泛的认可.对于薄板结构件来说,薄板结构焊接时往往会因为屈曲而产生波浪变形,从而严重影响焊接结构的质量.因此,在生产中控制薄、超薄制品的焊接变形具有十分重要意义.

2焊接工装设计

2.1设计背景

国内某核电设备上一组件中的构件,外形类似槽钢的两薄壁“槽钢型材”,焊接成薄壁箱型梁.

2.2主要参数：

（1）材质：304不锈钢；

（2）板厚：T≤2mm薄板；

（3）两条长度：H>5000mm,位置分布对称的焊缝1和焊缝2；

（4）截面尺寸：

L1×L2,L1<250mm、L2<250mm.

2.3工艺难点：

（1）板厚较薄且焊缝偏长,焊缝位置居于面中心,焊后形变较难控制.

（2）轮廓尺寸要求严格,焊后很难进行通长校形且校形成本较高.

2.4工装设计简图

通过对比横焊和平焊的特点,设计了一种适用于薄壁、长焊缝箱型梁结构的焊接工装,且能够实现自动旋转,调整焊接位置,三维效果见图1所示.

外部夹持结构主要组成部分包括3上、下琴键,5压紧手钳.琴键位置设计为上下可调,可适用于不同截面尺寸箱型梁的焊接.

工装使用过程：调整上下琴键位置和翻转机构滚轮位置,将工件两部分从侧面送入外部夹持结构内部,调整工件位置使焊缝处于可焊状态,夹紧手钳将工件固定.将气囊呈泄气状态下的内部胀紧机构从外部夹持结构的前方推入.气囊充气后支撑板顶起,与琴键配合夹紧工件,进行第一条焊缝的施焊.第一条焊缝焊接完成后,保持工装夹紧状态,利用翻转机构翻转180°,进行第二条焊缝的焊接.焊接工作全部完成后,气囊泄气,高强度弹簧将支撑板复位（弹簧自然状态下,滚轮呈外露状态）,露出滚轮,取出内部胀紧结构.

2.5工装特点：

（1）可以实现工件和工装的自动旋转,改变焊接位置、方便焊接操作.

（2）自带滚轮,方便工装的拆卸和转移.

（3）可实现自动胀紧,起到良好的加固作用,从而保证焊接质量.

结语

焊接变形的根源是固有应变,即焊接过程中产生的残余塑性应变.通过反变形也可以减少或消除残余塑性应变,从而达到控制焊接变形的目的.薄壁、长焊缝箱型梁钢结构件的焊接过程中,若参考此工装设计理念,再配以适当的反变形措施,将能够很好的控制焊接变形.