機(jī)器人焊接減小焊接殘余變形的設(shè)計(jì)措施
作者:小編 時(shí)間:2024/8/5 15:35:04
1.合理選擇焊件尺寸
焊件的長(zhǎng)度、寬度和厚度等尺寸對(duì)焊接變形有明顯的影響。例如,板的厚度對(duì)于角焊縫的角變形影響較大,當(dāng)厚度達(dá)到某一數(shù)值(鋼約9mm)時(shí)角變形最大。在制造T形或工形焊接梁時(shí),由于焊件細(xì)長(zhǎng),以致于焊接區(qū)收縮變形引起焊件彎曲變形是一個(gè)突出問題。解決這一問題的最好辦法就是要精心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù),(如板厚、板寬、板長(zhǎng)和肋板間距等)和焊接參數(shù)(如單位線能量等)。
2.合理選擇焊縫尺寸和坡口形式
焊縫尺寸的大小,不僅關(guān)系到焊接工作量,而且還對(duì)焊接變形產(chǎn)生較大的影響。焊縫尺寸大,焊接量也大,填充金屬消耗量多,造成焊接變形大。因此在設(shè)計(jì)焊縫尺寸時(shí),在保證結(jié)構(gòu)承載能力的條件下,應(yīng)采用較小的焊縫尺寸。片面加大焊縫尺寸對(duì)減小焊接變形極其不利。所以對(duì)并不承受很大工作應(yīng)力的焊縫,不必采用大尺寸焊角,只要能滿足其強(qiáng)度要求就好。
另外,還要合理設(shè)計(jì)坡口型式。例如對(duì)接接頭要采用角變形為零的最佳X形坡口尺寸。對(duì)于受力較大的T形接頭和十字接頭,在保證相同強(qiáng)度的條件下,采用開坡口的焊縫比不開坡口焊縫動(dòng)載強(qiáng)度高,焊縫金屬量少,而且對(duì)減小焊接變形也是有利的,尤其對(duì)厚板而言,更在意義。
3.盡量減少不必要的焊縫
在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)該力求使焊縫數(shù)量減至最少。一般在設(shè)計(jì)中常采用加肋板來提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度,特別是有時(shí)為減輕主體結(jié)構(gòu)重量而采用較薄板,勢(shì)必增加肋板數(shù)量,從而大大增加裝配和焊接的工作量,其結(jié)果是不但不經(jīng)濟(jì),而且焊縫致使焊接變形過大。所以實(shí)踐證明合理選擇板厚,適當(dāng)減少肋板,使焊縫減少,即使結(jié)構(gòu)可能稍重,還是比較經(jīng)濟(jì)的。
4.合理安排焊縫位置
為避免焊接結(jié)構(gòu)彎曲變形,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)力求使焊縫位置對(duì)稱于料接構(gòu)件的中性軸或接近于中性軸。因?yàn)楹缚p對(duì)稱于中性軸,有可能使中性軸兩側(cè)焊縫軸產(chǎn)生的彎曲變形完全抵消或大部抵消。因?yàn)楹缚p接近中性軸,使焊縫收縮引起的彎曲力矩減小,從而使構(gòu)件彎曲變形也減小。所以在焊接結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)力求使結(jié)構(gòu)對(duì)稱。對(duì)于一些截面形狀無法改變的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)件,可在保持截面形狀不變的情況下,采用調(diào)整焊縫重心軸與中性軸距離的方法減小變形。
減小焊接殘余變形的工藝措施
1.反變形法
焊接前裝配時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估變形的大小,給構(gòu)件一個(gè)與焊接變形方向相反的變形,以此與焊接變形相抵消,使結(jié)構(gòu)在焊接后能達(dá)到技術(shù)要求。反變形有兩種方法:①塑性反變形;②彈性反變形。在實(shí)際生產(chǎn)中,彈性反變形比塑性反變形更可靠些。因?yàn)榧词箯椥苑醋冃蔚念A(yù)應(yīng)變量不夠準(zhǔn)確,也總是可以減小角變形。若采用塑性反變形,所選取的塑性預(yù)彎量必須非常精確,否則得不到良好的效果。
2.在外拘束條件下焊接
將焊件剛性固定在夾具中,以限制構(gòu)件在焊接過程中產(chǎn)生變形。對(duì)減小焊件的角變形有很好的效果,可使焊接變形減少,但焊接應(yīng)力較高。
3.合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范
為減小焊接變形,應(yīng)盡可能采用高能量密度的焊接方法。如電子束焊、激光焊接、窄間隙焊接等。它們有較低的焊接線能量,焊接變形極小。在一般生產(chǎn)中,CO2氣體保護(hù)焊來取代手工電弧焊,不但效率高,而且還能明顯地減小焊接變形。焊接薄板時(shí),可采用鎢極脈沖氬弧焊或電阻焊,縫焊,都可防止壓曲變形。
如果在生產(chǎn)中沒有條件采用低線能量的方法,又不降低焊接規(guī)范時(shí),可采用直接水冷或采用水冷銅塊來改變熱場(chǎng)分布,以達(dá)到減小變形的目的。但是對(duì)于淬硬性高的金屬材料,此方法慎用。
4.選擇合理的裝配焊接順序和焊接方向
裝配焊接順序的設(shè)計(jì),主要考慮先期焊縫產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形對(duì)后續(xù)焊縫的影響,還要考慮后續(xù)焊縫產(chǎn)生的應(yīng)力和變形是怎樣與先期焊縫的影響相互作用的。實(shí)踐證明,正確選擇裝配焊接順序,是防止焊接變形的有力措施。
在生產(chǎn)中通常采用以小拼大的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn),先焊成若干部件和組件,然后裝配焊接成整體結(jié)構(gòu)。由于焊件的裝配和焊接順序不同,在生產(chǎn)過程中結(jié)構(gòu)剛性的遞增以及對(duì)焊接變形的影響也不相同,因此要對(duì)其進(jìn)行分析比較,選擇變形最小的合理裝配焊接順序。
一般情況下,應(yīng)先焊收縮量大的焊縫,后焊收縮量小的焊縫。當(dāng)同時(shí)存在對(duì)接焊縫和角焊縫時(shí),一般應(yīng)先焊對(duì)接焊縫,后焊角接焊縫;當(dāng)同時(shí)存在橫向焊縫和縱向焊縫時(shí),應(yīng)先焊橫向焊縫,后焊縱向焊縫;當(dāng)同時(shí)存在厚板焊縫和薄板焊縫時(shí),一般應(yīng)先焊厚板焊縫,后焊薄板焊縫;當(dāng)結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在斷續(xù)焊縫和連續(xù)焊縫時(shí),一般應(yīng)先焊連續(xù)焊縫,后焊斷續(xù)焊縫。
5.預(yù)熱
焊接不均勻熱場(chǎng)是產(chǎn)生焊接變形的主要原因。因此采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱;使焊接溫度分布趨于均勻,也是一種減小焊接殘余變形的有效措施。
6.用拉伸法和加熱法減小焊接薄板的平面外變形
用機(jī)械法或預(yù)熱法使被焊壁板進(jìn)行拉伸或伸長(zhǎng),與此同時(shí)將壁板焊到結(jié)構(gòu)的框架上,焊完后,去掉拉伸載荷。此時(shí)壁板的收縮受到被焊框架的拘束,從而在壁板上只有小量的平面外變形產(chǎn)生。這時(shí)在焊接后壁板內(nèi)存有殘余拉伸應(yīng)力,而在框架內(nèi)則存有殘余壓應(yīng)力。這種方法對(duì)減小焊接薄板的壓曲變形具有良好的效果。