技术领域:
本发明涉及一种拼焊成形制品壁厚控制方法，特别是封头拼焊成形的壁厚控制方法。
背景技术：
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拼焊成形方法是将两块或两块以上同材质或不同材质、同厚度或不同厚度的板料金属采用焊接的方法连接成整体，经后续材料加工处理，得到应用制品的材料加工技术。拼焊技术不仅克服了大型成形件成形困难，而且还能在一定程度上节省原材料，减小制造成本，同时也能满足成形件不同工作部位对不同刚度强度的要求。大型容器封头现在通常采用拼焊技术进行前期制造，这样既能节省材料，也能提高局部的强度，但是由于焊接过程的高温度作用，会使焊接接头热影响区受到高温退火作用，导致焊后热影响区晶粒粗大，致使拼焊封头不同位置的力学性能不同，在后续拉深成形加工时，热影响区往往容易发生较大的减薄，而母材减薄则相对很小，造成大型封头壁厚严重不均匀现象，影响后期使用情况，未经形状设计改造的拼焊板坯，成形产生的封头容易在焊接热影响区产生过度减薄，参见附图1和图2。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种能防止316l奥氏体不锈钢拼焊板冲压成形封头焊接热影响区过度减薄，使拼焊板拉深成形封头壁厚均匀的拼焊板冲压成形封头焊接热影响区壁厚控制方法。本发明的方法是在拼焊板焊接之前，对其焊接接头部分进行形状结构设计，使该部分在焊接完成后拉深成形过程中，获得与其余区域相近的壁厚分布。当整体封头完成拉深成形时，焊缝和接头热影响区减薄成壁厚基本均匀的封头，这样就能防止大型容器封头焊接接头热影响区的厚度远低于其余部位现象的发生，提高大型封头制品的壁厚均匀性。
本发明的方法具体如下：
1、根据不同厚度板材大型容器316l奥氏体不锈钢封头的成形要求，首先确定焊接完成后的接头热影响区宽度，通过有限元模拟和试验，确定当板厚小于或等于5mm时，按5mm计算，当板厚大于5mm时，按照以下公式计算热影响区宽度h。
h＝5+0.2t(1)
2、根据计算出的热影响区宽度，确定焊接前板材的尺寸，进而对焊材进行设计；通过公式(2)即可计算得出形状设计圆弧与板坯过渡圆角半径r1，进而由公式(3)计算得出形状设计圆弧与焊缝过渡圆角半径r2及形状设计圆弧半径r3：
h＝r1·cos40°(2)
r1：r2：r3＝4:2:3(3)
式中h——接头热影响区宽度(mm)
t——拼焊板厚度(mm)
r3——形状设计圆弧半径(mm)
r1——形状设计圆弧与板坯的过渡圆角半径(mm)
r2——形状设计圆弧与焊缝的过渡圆角半径(mm)
由上述公式计算得出的r1、r2、r3构成的圆弧都是相切连接的。
3、利用现有轧机，但其轧辊的形状尺寸应符合所述板材的设计形状尺寸，即上下两轧辊与两待焊接接头对应的部分设有与所述板材的设计形状尺寸对应的弧形凹槽，然后进行拼焊前的轧制，获得两端具有弧形凸起的板材；
4、将获得的两端具有弧形凸起的板材沿轧制方向从中间切开，得到两块板坯，采用钨极氩弧焊将经过轧制后的两块板坯对应的两个弧形凸起进行拼焊，制成带焊接接头的封头拼焊板坯，并沿焊缝对称加工成所需尺寸的圆形；
5、将焊接接头抛光打磨，采用封头拉深成形凸凹模模具，对带焊接接头的封头拼焊板坯进行拉深成形；
6、将拉深成形后封头进行后续处理，制成圆形封头。
本发明的工作过程和原理大致如下：本发明主要是通过对拼焊之前的板坯采用带特殊形状轧辊的轧机进行轧制，制成具有特殊结构的待拼焊板坯a和b。本发明针对不同尺寸和厚度的大型容器封头，给出了不同厚度拼焊板坯形状r1，r2，r3的设计方法，从而确定能防止大型容器封头拉深成形时壁厚不均匀性发生的最优接头形状及尺寸。本发明所给出特殊结构拼焊板坯的设计公式及方法与封头大小无关。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明针对316l奥氏体不锈钢拼焊封头拉深成形过程中焊接接头热影响区有较大减薄，从而容易造成拉深制品壁厚不均匀的问题，提出了一种新型的对拼焊板坯焊接接头形状设计，进而对拼焊板坯的形状进行优化设计的方法。经过对板坯的形状设计，使拼焊封头在成形后焊接接头热影响区的壁厚与其余部位基本相同，能提高封头拉深成形后的壁厚均匀性，采用相对较薄的板材即可成形出满足最小壁厚要求的大型封头，从而节省原材料，降低生产成本。
附图说明
图1是传统拼焊封头拉深成形件主视剖面示意简图；
图2是传统拼焊封头拉深成形件俯视示意简图；
图3是本发明轧机辊系部分主视剖面示意简图；
图4是本发明经轧制后从中间剖开的板坯主视示意简图；
图5是本发明经拼焊后的板坯局部主视示意简图；
图6是本发明拉深成形后封头的主视剖面示意简图。
图中：1-拼焊封头，2-封头焊接接头热影响区，3-封头焊接接头，4-轧辊，5-板坯轧制位置，6-辊系，7-待拼焊板坯a，8-待拼焊板坯b，9-拼焊后的板坯，10-拉深成形的封头，r3-形状设计圆弧半径，r1-形状设计圆弧与板坯的过渡圆角半径，r2-形状设计圆弧与焊缝的过渡圆角半径。
具体实施方式
实施例1
加工厚度为4mm的316l奥氏体不锈钢板封头。因其板厚小于5mm则焊接接头热影响区2的宽度为5mm。再由公式(2)h＝r1·cos40°和公式(3)r1：r2：r3＝4:2:3，计算得出该拼焊板坯的r1、r2和r3的尺寸。公式(2)和公式(3)中，h为接头热影响区宽度(mm)，r3为形状设计圆弧半径(mm)，r1为形状设计圆弧与板坯的过渡圆角半径(mm)，r2为形状设计圆弧与焊缝的过渡圆角半径(mm)。并且由上述公式计算得出的r1、r2、r3构成的圆弧都是相切连接的。计算得出该拼焊板坯的r1、r2和r3的尺寸分别为，r1＝6.5mm，r2＝3.3mm，r3＝4.9mm(厚度保留两位有效数字)。利用现有轧机，如图3所示，但其轧辊4的形状尺寸应符合所述板材的设计形状尺寸，即上下两轧辊与两待焊接接头对应的部分设有与所述板材的设计形状尺寸对应的弧形凹槽，然后将板材置于辊系6板坯轧制位置5进行拼焊前的轧制，获得两端具有弧形凸起的板材；将获得的两端具有弧形凸起的板材沿轧制方向从中间切开，得到两块待拼焊板坯a7和b8，如图4所示，采用钨极氩弧焊将经过轧制后的两块板坯对应的两个弧形凸起进行拼焊，制成带焊接接头的封头拼焊后板坯9，如图5所示，并沿焊缝对称加工成所需尺寸的圆形。将焊接接头3抛光打磨，采用封头拉深成形模具，对带焊接接头的封头拼焊板坯进行拉深成形；将拉深成形后的封头进行后续处理，制成圆形拼焊封头10，如图6所示。经测量壁厚偏差率小于5％，小于未经形状设计改造的拉深成形封头的壁厚偏差率17％。
实施例2
加工厚度为6mm的316l奥氏体不锈钢板封头。首先根据公式(1)h＝5+0.2t计算得出焊接接头热影响区2的宽度为6.2mm，公式(2)中h为接头热影响区宽度(mm)，t为拼焊板厚度(mm)。再由公式(2)和公式(3)计算得出该拼焊板坯的r1、r2和r3的尺寸分别为，r1＝8.1mm，r2＝4.1mm，r3＝6.1mm(厚度保留两位有效数字)。利用现有轧机，如图3所示，但其轧辊的形状尺寸应符合所述板材的设计形状尺寸，即上下两轧辊与两待焊接接头对应的部分设有与所述板材的设计形状尺寸对应的弧形凹槽，然后将板材置于辊系6板坯轧制位置5进行拼焊前的轧制，获得两端具有弧形凸起的板材；将获得的两端具有弧形凸起的板材沿轧制方向从中间切开，得到两块待拼焊板坯a7和b8，如图4所示，采用钨极氩弧焊将经过轧制后的两块板坯对应的两个弧形凸起进行拼焊，制成带焊接接头的封头拼焊后板坯9，如图5所示，并沿焊缝对称加工成所需尺寸的圆形。将焊接接头3抛光打磨，采用封头拉深成形模具，对带焊接接头的封头拼焊板坯进行拉深成形；将拉深成形后的封头进行后续处理，制成圆形拼焊封头10，如图6所示。经测量壁厚偏差率小于5％，小于未经形状设计改造的拉深成形封头的壁厚偏差率18％。
实施例3
加工厚度为10mm的316l奥氏体不锈钢板封头。首先根据公式(1)计算得出焊接接头热影响区2的宽度为7mm。再由公式(2)和公式(3)计算得出该拼焊板坯的r1、r2和r3的尺寸分别为，r1＝9.1mm，r2＝4.6mm，r3＝6.8mm(厚度保留两位有效数字)。利用现有轧机，如图3所示，但其轧辊的形状尺寸应符合所述板材的设计形状尺寸，即上下两轧辊与两待焊接接头对应的部分设有与所述板材的设计形状尺寸对应的弧形凹槽，然后将板材置于辊系6板坯轧制位置5进行拼焊前的轧制，获得两端具有弧形凸起的板材；将获得的两端具有弧形凸起的板材沿轧制方向从中间切开，得到两块待拼焊板坯a7和b8，如图4所示，采用钨极氩弧焊将经过轧制后的两块板坯对应的两个弧形凸起进行拼焊，制成带焊接接头的封头拼焊后板坯9，如图5所示，并沿焊缝对称加工成所需尺寸的圆形。将焊接接头3抛光打磨，采用封头拉深成形模具，对带焊接接头的封头拼焊板坯进行拉深成形；将拉深成形后的封头进行后续处理，制成圆形拼焊封头10，如图6所示。经测量壁厚偏差率小于5％，小于未经形状设计改造的拉深成形封头的壁厚偏差率19％。