研究筒体法兰焊接变形的预测与控制措施

2019-01-03郐忠和

中国金属通报 2019年6期

郐忠和

（一汽解放传动事业部零部件厂，吉林长春 130022）

现阶段，在电力与煤场等区域，合理应用圆形料场至关重要，对堆取料机的制作提出较高要求。为了推动我国工业经济的可持续发展，有关操作人员需要准确预测筒体法兰焊接变形，并制定针对性较强的变形控制对策，避免筒体法兰焊接出现大面积的变形。鉴于此，本文深入分析同喜法兰焊接变形预测和控制要点。

1 加强筒体法兰焊接变形的预测与控制的现实意义

大部分的制造企业在设计与生产各项零部件焊接结构时，重点依据丰富的经验与各项试验数据来生产，采用此种模式，会浪费大量时间。筒体的焊接主要包含金属冶金、焊接流程、焊接参数与坡口等过程。而焊接工装结构特点，包括工装的装夹模式，对筒体法兰焊接的精度影响特别大，使得筒体法兰焊接特别容易出现变形。通过加强筒体法兰焊接变形预测与控制，不仅能够提高焊接质量，而且节省大量的焊接时间。

由于焊接结构精度要求比较高，操作人员需要加大焊接变形控制力度，如果焊接环节出现大面积变形，此类零件的制造周期延长，降低零件生产效率，对企业的经济效益也会产生较大影响。通过对筒体法兰焊接变形进行准确的预测，并制定可行性较好的控制措施，能够保证筒体法兰焊接质量得到更好提升，进而提高企业的经济发展水平。

2 筒体法兰焊接变形缺陷原因分析

某筒体的外形尺寸比较大，内部结构复杂程度较高，对焊接精度要求特别高，在一定程度上增加了焊接难度。该筒体主要由法兰、外筒与底板构成，焊缝使用内、外的开焊接坡口。

筒体法兰焊接变形缺陷原因如下：

第一，气孔引发的变形，筒体法兰焊接出现气孔，主要是因为焊条的烘焙与保温不合理，或者相关工件上部有油污与水分。进入焊接现场的各个焊条，需要操作人员按照相关规定，实施相应的烘焙与保温，待焊条烘焙与保温复合相关规定之后，方可进行焊接。筒体法兰焊接采用的焊条型号是E5018-1M3，此焊条为低氢型铁粉热强钢焊条，具有较好的低温冲击韧性，和常规的低氢型焊条相比较来讲，此焊条内部有铁粉含量，引弧难度较大，如果焊接操作不合理，很容易引发气孔缺陷。

第二，夹渣变形缺陷，由于筒体法兰焊接层间的清理不达标，或者焊接原材料当中包含大量的夹杂物，筒体法兰焊接过程当中，特别容易出现夹渣变形缺陷。例如，操作人员在使用E5018-1M3焊条进行焊接时，此焊条会产生较大的飞溅，使得筒体法兰焊道，包括坡口部位，夹杂着大量的杂质，如果操作人员清理不到位，很容易出现筒体法兰焊缝变形缺陷。筒体法兰焊接工作量比较大，焊接人员通常使用手工电弧焊进行焊接，焊道数量与焊层的数量均比较多，若焊接人员的职责意识过于薄弱，特别容易发生夹渣变形缺陷[1]。

第三，筒体法兰焊接裂纹现象，因为钢种淬硬倾向比较大，或者法兰焊接接头含氢量过高，接头的约束应力超过相应规定，很容易出现冷裂纹，进而降低筒体法兰焊接质量。

3 筒体法兰焊接变形的预测与控制措施研究

3.1 明确筒体法兰焊接变形的预测要点

为了保证筒体法兰焊接变形预测结果更为准确，相关人员在预测过程当中，可以使用UG软件，构建良好的焊接实体模型，该模型重点包括焊件、焊缝与工装等，将此模型准确的导入到Simufact.Welding软件之中，实施网格划分，并对该网格模型实施良好的装配，赋予其相应的属性[2]。

此外，有关预测人员还要选择合理的热源，明确筒体法兰焊接材料热性物理参数，了解在温度因素影响下，各项焊接材料热性特点，并建立相应的筒体法兰焊接变形研究模型。因为筒体法兰焊接分析模型比较复杂，故有关人员可以运用热循环曲线进行简要的分析，并加强热计算，获取良好的焊接热循环曲线。在焊接热循环曲线当中，横坐标代表时间轴，纵坐标代表温度轴，将温度场作为熔点，对各项数据进行标准化处理。根据筒体法兰焊接生产要求能够得知，有关人员通过妥善调整各项焊接参数与装夹方式，认真分析热循环曲线，最终得到准确的焊接变形数值。

3.2 筒体法兰焊接变形控制措施分析

3.2.1 对焊接设计方案进行全面优化

在此筒体法兰焊接环节，为了有效减少焊接变形现象的发生，相关人员要对筒体法兰焊接焊缝设计方案进行全面的优化，例如，在筒体法兰的内侧，将焊接V型坡口进行优化，形成U型坡口，使得筒体法兰外侧焊接坡口不断减小，提升筒体法兰的焊接水平，有效避免筒体法兰焊接出现较大变形[3]。

另外，对筒体法兰焊接人员来说，在焊接之前，还要做好相应的准备工作，如果筒体板厚度比较大，则可以采用半自动火焰切割机进行切割，将筒体坡口进行简化。通过使用半自动火焰切割机，不但能够提高筒体的切割速率，而且能够获得质量较好的筒体板，减少筒体板的磨量。筒体板坡口规则，能够有效降低筒体法兰焊接变形概率。

因为筒体外侧的法兰边缘长度比较大，特别容易出现变形问题，因此，在筒体法兰焊接之前，焊接人员可以在焊接外侧设置强筋板，但是，采用此种模式，会对后续的碳弧气刨清根效果产生较大影响，因此，焊接人员可以采用同喜外侧开坡口形式，在筒体内部进行碳弧气刨清根。

3.2.2 对焊接顺序进行科学优化

对于焊接人员来讲，想要保证筒体法兰焊接变形量符合相关工艺要求，需要对焊接顺序进行科学的优化，不断减少筒体法兰焊接变形现象的出现。在保证筒体法兰结构不变的条件之下，加强焊接顺利优化至关重要。例如，在该筒体法兰焊接过程当中，焊接人员可以爱用对称焊接方法进行焊接，能够保证筒体法兰的焊接效率得到显著提升。焊接人员可以先焊收缩量比较大的焊缝，将该焊缝焊接完毕后，焊接收缩量比较小的焊缝[4]。

在筒体法兰焊接过程之中，焊接人员还要严格控制焊接温度，通常来讲，筒体法兰的焊接温度不宜超过150摄氏度。在筒体法兰焊接之前，要做好预热工作，通过进行合理的预热，能够有效的降低筒体法兰焊接应力，提高焊接应变速率，减少筒体法兰焊接变形现象的出现，防止裂纹产生。筒体法兰焊接人员可以按照以下焊接顺利进行施焊：

（1）加强外侧仅板焊接力度。焊接人员要明确筒体法兰焊接的具体位置，可以将外侧的筋板进行有效装配焊接，采用电焊的方法实施焊接，保证筒体法兰与筋板形成一个较为稳定的整体，有效减少筒体法兰的焊接变形。

（2）外侧焊缝打底，焊接人员通过焊接好外侧的打底层，利用二氧化碳气体作为焊接保护气体，保证焊接质量得到有效提升。

（3）内侧的碳刨清根处理，打底完毕后，焊接人员可以使用碳弧气刨在筒体内侧实施清根处理。

（4）筒体内侧筋板的有效焊接，筒体内部焊缝焊接之前，焊接人员需要提前将内部的加筋板进行科学装配，并做好焊接工作，避免筒体法兰出现较大变形。

（5）外侧焊缝的合理填充，在填充外侧焊缝时，焊接人员需要严格控制电流遇到电压，保证筒体外观较好[5]。

3.2.3 对焊接留量进行合理优化

通过不断优化筒体法兰焊接留量，并做好变形预测工作，能够有效减少该筒体法兰焊缝，降低筒体法兰焊接变形现象的出现概率。焊接流量的不断减少，能够缩短切削时间，使得筒体法兰焊接效率不断提高。