一种用于控制舱体结构件焊接变形的方法与流程

本发明涉及结构件焊接领域，特别是一种用于控制舱体结构件焊接变形的方法。

背景技术：

焊接结构件在当今的工业生产领域中正得到越来越广泛的应用，而且对其自身的尺寸精度和形位公差提出了更高的要求。众所周知，焊接过程是利用电弧热、物理热、化学热等热能将母材金属及焊材融化形成焊接熔池，熔池凝固从液相转变成固相的结晶过程，本质上是一个冶金过程。焊接凝固和铸造凝固虽然都经历结晶成核、长大的过程。但前者是非平衡凝固，后者是平衡凝固，二者有很大区别。

在焊接过程中，当其局部受热时，因受其周围构件约束不能充分伸展，产生压应力；当其冷却时，因焊缝收缩而产生拉应力，使焊件产生收缩变形；当各部分拉应力不均匀，零件一边收缩大，而另一边收缩小，使焊件产生弯曲和扭曲变形。故当焊接过程结束后，焊件内部既存在着压应力又存在着拉应力，既存在着弹性变形又存在塑性变形，焊缝内部因焊缝收缩产生压应力，焊缝周边的母材金属因受拉而产生拉应力。可以说这些应力和应变的产生是不可避免的。特别是组成材料为低碳钢的舱体结构件，在焊接时应力不好控制，容易发生变形，因此，我们应利用此机理对舱体结构件焊接工艺因素方面控制其对焊接变形的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种用于控制舱体结构件焊接变形的方法，该方法能够控制好焊接应力，防止焊接变形。特别适用于控制组成材料为低碳钢的舱体结构件焊接应力与变形。

本发明的技术方案是：一种用于控制舱体结构件焊接变形的方法，其特征是：它包括如下步骤：

1）下料：舱体结构的材料选用标准型材；

2）焊接单件加工；

3）分别组焊焊接单件：

①、清除待焊接单件焊接部位的污渍；②、按舱体结构的设计图分别在焊接平台上将焊接单件拼装成舱体后座、舱体侧架和舱体前座；③、用压板将各拼装好的焊接单件刚性固定在焊接平台上，并点固焊；④、钣金钳工校正完成后，对称焊接各焊接单件，完成舱体后座、舱体侧架和舱体前座焊接；

4）第一次振动去应力：在完成舱体后座、舱体侧架和舱体前座焊接之后，焊缝没有全部冷却之前，利用振动去应力专家系统，进行焊后应力的均化；

5）完成步骤4）后，清理焊缝并打磨高点；

6）将步骤5）打磨好的成舱体后座、舱体侧架和舱体前座进行第一次热处理控制；

7）舱体总体结构的框架焊接；

8）第二次振动去应力：在完成舱体总体结构的框架之后，利用振动去应力专家系统，进行焊后应力的均化；

9）完成步骤8）后，清理焊缝并打磨高点；

10）将步骤9）打磨好的舱体总体结构的框架进行第二次热处理控制。

所述步骤2）焊接单件加工：加工时加工到公差的上限；中间的连接零件加长1mm，以补偿焊缝的收缩。

所述步骤3）和步骤7）焊接全部采用手工电弧焊焊接；焊接材料选用结构钢焊条j507；焊接电流为90～130a。

所述步骤3）对称焊接各焊接单件时，先焊立缝、后焊平缝。

所述步骤3）舱体侧架是由左侧架和右侧架组成；拼装舱体侧架时，在舱体侧架的左侧架和右侧架前后端分别都加入竖直的辅助槽钢；并对辅助槽钢进行点固焊，形成框体结构。

所述步骤6）将步骤5）打磨好的成舱体后座、舱体侧架和舱体前座进行第一次热处理控制：分别尽先①、退火，去除焊接应力，退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；②、利用校正平台及压力机，校正底板平面度控制在1.5mm以内；③、退火，去除焊接应力，退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；④、热冷循环，稳定组织，先进行高温处理,高温处理温度为440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温后再进行低温处理，温度为-50°～-60℃，保温1h，空冷到室温。

所述步骤7）舱体总体结构的框架焊接：先去除舱体侧架上的辅助槽钢，并清理待焊部位；将第一次热处理控制后舱体后座、舱体侧架和舱体前座进行组合焊接。

所述步骤10）将步骤9）打磨好的舱体总体结构的框架进行第二次热处理控制：①、退火，去除焊接应力。退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；②、利用校正平台及压力机，校正底板平面度控制在1mm以内；③、退火，去除焊接应力。退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；④、热冷循环，稳定组织。先进行高温处理,高温处理温度为440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温后再进行低温处理，温度为-50°～-60℃，保温1h，空冷到室温。

所述焊接平台的平面度控制在1mm范围之内。

本发明的有益效果是：

1）本发明对各部件进行单独的组合焊接，并对各部件进行单独热处理去应力和矫正，以减少整体组合焊接时的焊缝数量，降低零件焊后残余应力，减少焊接变形。降低零件加工难度及成本。

2）在舱体侧架焊接时加入辅助槽钢，点固焊，形成框体结构，使焊缝对称，提高构件刚度，减少构件变形，降低部件的焊接及焊后处理难度。

3）单独组合的舱体后座、舱体侧架和舱体前座以及整体组合件在焊接过程中采用对称焊的焊接手法，使焊缝冷却时产生的应力和应变相互抵消一部分，部件上得到较小的变形。且焊缝位置全部布置在刚度较大的角部和支撑部位，在条件相同的情况下，焊缝所处位置刚度大，焊接变形相对要小，有利于控制焊件的变形。

4）将单独组合的舱体后座、舱体侧架和舱体前座单独进行热处理和矫正，去除了各部件焊后残余应力，在各部件整体焊接时几乎只有整体焊接时产生的热应力。避免了焊缝的集中和重叠，降低了热影响区的影响，减少了变形。

5）对发射舱结构件的焊接变形采用机械矫正和热矫正两种方法相结合。采用压力机对焊接单件变形部位施加反方向的机械压力，使变形部位复原；再进行热处理消除应力，在热处理的同时对焊接单件进行物理固定，通过对焊接单件的固定，在热处理过程中进行焊接单件的热校过程，进一步的降低焊接单件的变形量；热处理后再进行压力矫正保证各部件及整体组件的尺寸和位置精度。对局部变形大的部位采用热矫正，对处于拉伸部分进行局部火焰加热，使其冷却时收缩产生反变形从而达到零件精度。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是舱体结构焊接结构俯视图；

图2是舱体结构焊接结构侧视图；

图3是舱体结构焊接结构仰视图；

图4是舱体侧架结构示意图；

图中：1、舱体后座；2、舱体侧架；3、舱体前座；4、辅助槽钢。

具体实施方式

实施例1

一种用于控制舱体结构件焊接变形的方法，包括如下步骤：

1）下料：舱体结构的材料选用标准型材；

2）焊接单件加工；

3）分别组焊焊接单件：

①、清除待焊接单件焊接部位的污渍；②、按舱体结构的设计图分别在焊接平台上将焊接单件拼装成舱体后座、舱体侧架和舱体前座；③、用压板将各拼装好的焊接单件刚性固定在焊接平台上，并点固焊；④、钣金钳工校正完成后，对称焊接各焊接单件，完成舱体后座、舱体侧架和舱体前座焊接；

4）第一次振动去应力：在完成舱体后座、舱体侧架和舱体前座焊接之后，焊缝没有全部冷却之前，利用振动去应力专家系统，进行焊后应力的均化；

5）完成步骤4）后，清理焊缝并打磨高点；

6）将步骤5）打磨好的成舱体后座、舱体侧架和舱体前座进行第一次热处理控制；

7）舱体总体结构的框架焊接；

8）第二次振动去应力：在完成舱体总体结构的框架之后，利用振动去应力专家系统，进行焊后应力的均化；

9）完成步骤8）后，清理焊缝并打磨高点；

10）将步骤9）打磨好的舱体总体结构的框架进行第二次热处理控制。

实施例2

一种用于控制舱体结构件焊接变形的方法，包括如下步骤：

1）下料：舱体结构的材料选用标准型材；舱体结构选用标准型材能有效地降低材料成本、减少机加工作量及材料内部残余应力、降低材料与人工成本，提高生产率；

2）焊接单件加工：加工时加工到公差的上限；中间的连接零件加长1mm，以补偿焊缝的收缩；

3）分别组焊焊接单件：

①、清除待焊接单件焊接部位的污渍；②、按舱体结构的设计图如图1-3所示，分别在焊接平台上将焊接单件拼装成舱体后座1、舱体侧架2和舱体前座3；③、用压板将各拼装好的焊接单件刚性固定在焊接平台上，并点固焊；④、钣金钳工校正完成后，对称焊接各焊接单件，完成舱体后座、舱体侧架和舱体前座焊接；如图4所述舱体侧架是由左侧架和右侧架组成；拼装舱体侧架时，在舱体侧架的左侧架和右侧架前后端分别都加入竖直的辅助槽钢4；并对辅助槽钢进行点固焊，形成框体结构，使焊缝对称，提高构件刚度，减少构件变形，降低部件的焊接及焊后处理难度；

4）第一次振动去应力：在完成舱体后座、舱体侧架和舱体前座焊接之后，焊缝没有全部冷却之前，利用振动去应力专家系统，进行焊后应力的均化；

5）完成步骤4）后，清理焊缝并打磨高点；

6）将步骤5）打磨好的成舱体后座、舱体侧架和舱体前座进行第一次热处理控制：分别尽先①、退火，去除焊接应力，退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；②、利用校正平台及压力机，校正底板平面度控制在1.5mm以内；③、退火，去除焊接应力，退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；④、热冷循环，稳定组织，先进行高温处理,高温处理温度为440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温后再进行低温处理，温度为-50°～-60℃，保温1h，空冷到室温；

7）舱体总体结构的框架焊接：先去除舱体侧架上的辅助槽钢，并清理待焊部位；将第一次热处理控制后舱体后座、舱体侧架和舱体前座进行组合焊接；焊接时，采用对称焊接。

8）第二次振动去应力：在完成舱体总体结构的框架之后，利用振动去应力专家系统，进行焊后应力的均化；

9）完成步骤8）后，清理焊缝并打磨高点；

10）将步骤9）打磨好的舱体总体结构的框架进行第二次热处理控制：①、退火，去除焊接应力。退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；②、利用校正平台及压力机，校正底板平面度控制在1mm以内；③、退火，去除焊接应力。退火温度控制在440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温；④、热冷循环，稳定组织。先进行高温处理,高温处理温度为440°～460℃，保温2.8～3.2h，炉冷到300℃，空冷到室温后再进行低温处理，温度为-50°～-60℃，保温1h，空冷到室温。

所述步骤3）和步骤7）焊接全部采用手工电弧焊焊接；焊接材料选用结构钢焊条j507；焊接电流为90～130a。

所述步骤3）和步骤7）对称焊接各焊接单件时，先焊立缝、后焊平缝。

所述步骤4）和步骤8）振动去应力专家系统采用现有技术结构，属于本领域公知技术，这里就不做详细的描述。

本发明采用对称焊的焊接手法，使焊缝冷却时产生的应力和应变相互抵消一部分，部件上得到较小的变形。且焊缝位置全部布置在刚度较大的角部和支撑部位，在条件相同的情况下，焊缝所处位置刚度大，焊接变形相对要小，有利于控制焊件的变形。

整体焊接时，零件的焊缝数目明显减少，焊缝位置空间对称，能够有效地降低焊接残余应力、焊接变形量。

当舱体结构焊缝相对集中和重叠时，热影响区相互影响，不仅使热影响区的母材金属因反复加热而变得晶粒粗大，机械性能下降，而且会导致零件变形加大，影响焊件尺寸精度。本发明将舱体整体结构分为舱体后座1、舱体侧架2和舱体前座3，然后进行单独的组合焊接，并将各部件单独热处理和矫正，去除了各部件焊后残余应力，在各部件整体焊接时几乎只有整体焊接时产生的热应力。通过合理的将零件的焊缝分为五部分，避免了焊缝的集中和重叠，降低了热影响区的影响，减少了变形。

本发明对定位工装尺寸要求在零件设计图的要求处，公差为机械加工余量的１/3，另外，组合焊接平台的平面度控制在1mm范围之内。

由于本发明的舱体结构焊缝数量多，焊缝长度短，形状多样。需采用平焊、立焊等四种焊接方式，其它的焊接方法均不能达到要求，只有手工电弧焊因其简单方便，焊接方式多样，适合各种焊缝焊接，因此采用手工电弧焊能满足零件要求。

为了保证零件整体的精度，各部件焊接完成之后进行热处理消除应力，本发明热处理时采用物体固定的方法来保证热处理之后各部件的平面度、垂直度等形位要求。最后，再进行整体零件的焊接。进行热处理彻底消除焊接应力。

本发明采用压力机对零件变形部位施加反方向的机械压力，使变形部位复原；再进行热处理消除应力，在热处理的同时对零件进行物理固定，通过对零件的固定，在热处理过程中进行零件的热校过程，进一步的降低零件的变形量；热处理后再进行压力矫正保证各部件及整体组件的尺寸和位置精度。对局部变形大的部位采用热矫正，对处于拉伸部分进行局部火焰加热，使其冷却时收缩产生反变形从而达到零件精度。

综上所述，本发明的方法有效地控制焊接变形，能够适用于低合金高强度结构钢的舱体结构件焊接。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。