工艺支撑在控制座焊接件角变形中的作用及应用

2015-12-27曹晓民冯小静

金属加工(热加工) 2015年2期

曹晓民冯小静

1. 概述

由于焊接是一个非均匀的加热过程，焊接结构件焊后因温度应力影响，使内部存在残余应力，从而造成焊接件焊接变形。焊接变形按变形的几何形状不同分为收缩变形、弯曲变形、角变形、泼浪变形及扭曲变形。其中角变形是比较普遍的一种，每个焊接件中几乎都存在，它既影响结构的尺寸，又影响美观。因此如何控制焊接件的角变形是焊接工作者应该解决的问题。下面就我公司生产的三种典型焊接件角变形的控制情况说明如下。

2. 典型焊接件角变形

（1）大型变截面工字梁角变形图1为我们批量制造的一种风电机座的变截面工字梁，材料为Q345E，上翼板厚度30mm，下翼板厚度20mm，腹板厚度20mm，翼板与腹板间的焊缝要求开坡口焊透并焊角焊缝，焊后进行100%UT检测。焊前未加任何支撑，自由焊接，焊接参数如表1所示。

焊接采取多层多道焊，一侧焊缝焊完后，背面碳弧气刨清根后再焊接，尽量对称施焊，焊接尺寸达图要求，焊后24h探伤并检测焊接件尺寸。测量角变形选取了三个位置，分别为梁长度方向的左端、中部和右端。焊接后检查工件角变形尺寸偏差，如表2所示，Δt如图2所示。

从表2中可以看出，梁左端的变形较小，中部、右端较大。这是因为左端端头有挡板增加了刚性，其他部位自由焊接、收缩，所以变形大小不一，焊后火焰矫形，达技术要求。该方法存在效率低、成本高，难以形成批量生产。

图1 大型变截面工字梁

图2 工字梁角变形示意

表1 焊接参数

表 6 （mm）

没有采取任何措施自由焊接自由收缩，该件变形很大，为了控制该件的焊接角变形，我们采取增加刚性工艺支撑的方法来减小变形。通过多次试验，确定了工艺支撑的数量、厚度、间距，如图1中虚线所示（焊接参数同前）为增加的工艺支撑。通过增加工艺支撑后焊接了数个工件，测量的变形情况如表3所示，均满足技术要求，不用矫形。

增加工艺支撑焊接后检查工件角变形尺寸偏差，如表3所示，Δt如图2所示。

（2）小型变截面工字梁角变形图3为我们批量制造的一种风电机座的变截面工字梁，材料为Q345D，上翼板厚度20mm，下翼板厚度20mm，腹板厚度15mm，焊缝焊脚为13mm，焊缝焊后进行100%MT检测。焊前未加任何支撑，自由焊接，焊接参数如表4所示。

焊接采取多层多道焊，一侧焊缝焊完后，对称施焊其余焊缝，焊接尺寸达到图样要求，焊后24h探伤并检测焊接件尺寸。测量角变形选取了4个位置，分别为梁长度方向的左端、中部1/3处、中部2/3处和右端。

焊后检查工件角变形尺寸偏差（见表5），Δt如图2所示。

表5中为未加工艺支撑自由焊接后的变形情况，不矫形不能满足技术要求。通过试验增加了7道工艺支撑，（增加工艺支撑的焊接参数同前）在试验过程中发现工艺支撑间距过大，梁的变形不光存在角变形边沿，还出现了泼浪状变形，间距过小焊接存在困难，不利焊接，效率低下。图3中虚线所示的工艺支撑的尺寸、间距为控制该梁角变形的最佳。通过增加工艺支撑后焊接了数个该工件，测量的变形情况如表6所示，全满足技术要求。

焊后检查工件角变形尺寸偏差（见表6），Δt如图2所示。

（3）箱型梁角变形图4为我们批量制造的一种风电机座的箱型梁，材料为Q345E，上面板厚度20mm，下底板厚度20mm，中间筋板厚度15mm，焊缝焊角为10mm，焊缝焊后进行100%MT检测。焊前未加任何支撑，自由焊接，焊接参数如表7所示。

焊接采取多层多道焊，一侧焊缝焊完后，对称施焊其余焊缝，焊接尺寸达图要求，焊后24h探伤并检测焊接件尺寸。测量角变形选取了多个位置，分别横向、竖向测量其平面度，最大值6 mm/m，最小值3mm/m，均超过了技术要求。

通过试验在腔体内部增加槽钢焊接件的工艺支撑，如图5所示。焊接依然按照前述的工艺参数，焊后测量其平面度在2mm/m范围内，不用矫形即可满足技术要求。其他腔体采用相同的方法进行。