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工业大风扇焊接变形的控制

编辑:lyj 人气:154发布日期:2019/7/3
      在工业大风扇生产或者维修中,有部分零件需要进行焊接工艺。但是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程,由于不均匀温度场,导致焊件不均匀的膨胀和收缩,从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形,从而影响了工业大风扇的质量和结构承载力。因此,需要采用合理的焊接方法和焊接工艺对风扇的焊接加以控制。

      工业大风扇的焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后,存在于焊件中的内应力。焊接变形,即由于焊接而引起的焊件变形。大部分情况而言,焊接变形时由于焊接应力而导致,因此要控制工业大风扇焊接过程中的变形问题,就需要同时控制焊接应力和焊接变形。
1、焊接残余应力和焊接残余变形的分类
      按焊接应力的性质划分:拉应力;压应力。按引起焊接应力的基本原因划分:热应力,也称温差应力;组织应力,也称相变应力;拘束应力,也称反作用应力或收缩应力。按焊接应力作用的方向划分:纵向应力;横向应力;厚度方向应力。按焊接应力在焊接结构中存在的情况划分:单向应力(线应力);两向应力(平面应力);三向应力(体积应力)。
      焊接变形分为六种基本变形形式:收缩变形:纵向收缩变形;横向收缩变形;弯曲变形;角变形;波浪变形;扭曲变形;错边变形。
2、焊接残余应力的控制措施
      构件焊接时产生瞬时内应力,焊接后产生残余应力,并同时产生残余变形,这是不可避免的现象。焊接残余变形的矫正费时费工,风扇的构件制造和安装企业首先考虑的是控制焊接变形,往往对控制焊接残余应力较为忽视,常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制焊接变形,与此同时实际上是增大了焊后的残余应力。对于一些本身刚性较大的构件,如工业大风扇的扇叶板厚较大,截面本身的惯性矩较大时,虽然焊接变形会较小,但却同时产生较大的焊接内应力,甚至产生焊接裂纹。因此,对于一些构件截面厚大,焊接节点复杂,拘束度大,钢材、铝板等强度级别高,使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布,其控制措施有以下几种:减小焊缝尺寸,减小焊接拘束度,采取合理的焊接顺序,降低焊件刚度,创造自由收缩的条件,锤击法减小焊接残余应力,采用抛丸机除锈。
3、焊接变形的控制措施
      全面分析各种因素对焊接残余变形的影响,掌握其影响规律,就可以采取合理有效的控制措施。
(1)焊缝截面积的影响
      焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大,冷却时收缩引起的塑性变形量越大,焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的,而且是起主要的影响作用,因此,在板厚相同时,坡口尺寸越大,收缩变形越大。
(2)焊接热输入的影响
      一般情况下,热输入大时,加热的高温区范围大,冷却速度慢,使接头塑性变形区增大。
(3)焊接方法的影响
      多种焊接方法的热输入差别较大,在工业大风扇焊接常用的几种焊接方法中,除电渣焊以外,埋弧焊热输入最大,在其他条件如焊缝断面积等相同情况下,收缩变形最大,手工电弧焊居中,CO2气体保护焊最小。
(4)接头形式的影响
      在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等条件因素相同时,不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。a.表面堆焊时,焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束,而且加热只限于工件表面一定深度,使焊缝收缩的同时受到板厚、深度、母材方面的约束,因此,变形相对较小。b.T形角接接头和搭接接头时,其焊缝横向收缩情况与堆焊相似,其横向收缩值与角焊缝面积成正比,与板厚成反比。c.对接接头在单道(层)焊的情况下,其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大,在单面焊时坡口角度大,板厚上、下收缩量差别大,因而角变形较大。双面焊时情况有所不同,随着坡口角度和间隙的减小,横向收缩减小,同时角变形也减小。
      在工业大风扇生产焊接实践过程中,由于各种条件因素的综合作用,焊接残余变形的规律比较复杂,充分了解各因素单独作用的影响,以便于对焊接具体情况做具体的综合分析。所以,了解焊接变形产生的原因和影响因素,就可以采取合理有效的控制焊接残余变形的技术措施:减小焊缝截面积,在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下,尽可能采用较小的坡口尺寸(角度和间隙)。对屈服强度345MPa以下,淬硬性不强的钢材采用较小的热输入,尽可能不预热或适当降低预热、层间温度;优先采用热输入较小的焊接方法,如CO2气体保护焊。厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。在满足设计要求情况下,纵向加强肋和横向加强肋的焊接方法可采用间断焊接法。双面均可焊接操作时,要采用双面对称坡口,并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。采用刚性夹具固定法控制焊后变形。采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形,如H形纵向焊缝每米长可预留0.5mm~0.7mm。对于长构件的扭曲,主要靠提高板材平整度和构件组装精度,使坡口角度和间隙准确,电弧的指向或对中准确,以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时,要采取合理的焊接顺序。设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸,合理布置焊缝,除了要避免焊缝密集以外,还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴,并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。
      在工业大风扇的生产和维护中,一定要了解焊接工艺,采取合理有效的焊接方法和控制措施,以便减少和消除焊接残余应力和焊接残余变形,造成工业大风扇的质量问题。

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