一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法
【专利摘要】本发明专利涉及一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，包括以下五个步骤：（1）焊接前，在箱体板焊接边预制装配基准平台，消除箱体板翘曲或壁厚不均匀对焊接间隙的影响；（2）焊接前，将焊接坡口设计成双角度的“V”型结构，减小后续焊接过程中的焊缝金属填充量和焊接热输入量；（3）焊前装配时，在箱体内部预装柔性焊接变形控制工装；（4）焊接过程中，同一箱体横板的两侧焊缝同时对称施焊（5）焊接过程中，依据箱体焊缝的横向收缩量调节柔性焊接变形控制工装的横向伸长量以控制箱体构件内腔的横向开档尺寸，进而控制箱体竖板的弯曲变形量。最终，本发明能够有效控制大型厚壁箱体构件焊接变形量。
【专利说明】一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法
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技术领域
[0002]本发明涉及一种控制大型厚壁箱体构件熔化极气体保护焊焊接变形量的方法。
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【背景技术】
[0004]大型厚壁箱体构件由两块横板和两块竖板拼焊而成，被广泛应用于核电、航天、船舶等领域中。一般而言，大型厚壁箱体构件所允许的焊接变形量较小，如超导馈线系统(Feeder)中由40mm厚的不锈钢板材拼焊而成且外形尺寸为8mX 1.9mX 1.5m的矩形箱体构件要求焊后箱体板整体的弯曲变形量不超过5mm。
[0005]目前，大型厚壁箱体构件的熔化极气体保护焊的焊缝形式一般为角对接焊缝，且由于箱体构件内部施焊空间有限，焊接坡口形式一般为单侧(外侧)传统的单角度“V”或“U”型坡口。另外，为控制焊接变形，常在箱体构件的内腔预装刚性工装。焊接过程中因焊接量较大导致箱体构件的四角焊缝产生较大的收缩，但内腔的刚性工装约束了箱体板朝向箱体内腔偏移，最终导致焊后箱体板向外弯曲较为明显。
[0006]
【发明内容】
[0007]为解决大型厚壁箱体构件熔化极气体保护焊后出现箱体板向外弯曲的问题，本发明提供了一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，能够减小大型厚壁箱体构件在熔化极气体保护焊接过程中的焊接变形量。
[0008]本发明的目的是提供一种大型厚壁箱体构件焊接变形的控制方法，通过预制装配基准平台并在焊前装配时调节柔性焊接变形控制工装的伸长量以控制箱体构件焊前装配的精度，通过设计双角度的“V”型焊接坡口减小焊缝收缩量，通过对称、轮流施焊使箱体构件四角焊缝的收缩较为同步且减小箱体横板弯曲变形量，依据焊缝横向收缩量调节箱体构件内腔横向开档尺寸以减小箱体竖板的弯曲变形量，所述控制方法包括以下五个步骤:
1)焊接前，在箱体板焊接边预制装配基准平台，消除箱体板翘曲或壁厚不均匀对焊接间隙的影响，且便于后续焊接过程中焊缝收缩量的测量；
2)焊接前，将焊接坡口设计成双角度的“V”型结构，减小后续焊接过程中的焊缝金属填充量和焊接热输入量，进而减小焊缝处的收缩量；
3)焊前装配时，在箱体内部预装柔性焊接变形控制工装，并通过调节柔性焊接变形控制工装的伸长量控制焊缝全长上的焊接间隙和箱体内腔开档尺寸，确保焊前装配后焊缝全长上的焊接间隙较为均匀并提高箱体内腔开档尺寸的焊前装配精度；
4)焊接过程中，同一箱体横板的两侧焊缝同时对称施焊，并及时翻转箱体构件轮流施焊另一横板两侧焊缝，使焊接过程中箱体横板基本不出现弯曲变形，且确保箱体构件顶部两条焊缝的收缩和底部两条焊缝的收缩较为同步；
5)焊接过程中，依据箱体焊缝的横向收缩量调节柔性焊接变形控制工装的横向伸长量以控制箱体构件内腔的横向开档尺寸，使箱体构件内腔横向开档尺寸的减小量与焊缝横向收缩量基本同步，减小箱体竖板的弯曲变形量。
[0009]进一步，所述步骤I)焊接前，根据板材焊接边全长上的翘曲、壁厚分布情况和焊缝承力要求，在箱体构件板材焊接边预制装配基准平台。
[0010]进一步，所述步骤2)焊接前，将焊接坡口设计成包含01和02两个坡口角度的双角度“V”型结构J1由导电嘴伸出长度、保护气体有效保护范围确定，θ2依据焊枪喷嘴直径确定，减小焊接坡口的横截面积，减小焊接过程中的焊缝金属填充量和焊接热输入量，进而减小焊缝收缩量。
[0011]进一步，所述步骤3)焊前装配时，箱体内部四角、竖板和横板上分别预装柔性焊接角变形控制工装、柔性焊接横向变形控制工装和柔性焊接纵向变形控制工装，然后通过调节焊接角变形控制工装中连接竖板的伸长量来控制焊接间隙，通过调节柔性焊接横向变形控制工装和柔性焊接横向变形控制工装的伸长量分别控制箱体内腔横向和纵向的开档尺寸，最终，焊前装配后焊缝全长上的焊接间隙较为均匀，且箱体板焊前装配后基本不出现弯曲变形。
[0012]进一步，所述步骤4)焊接过程中，同一横板两侧焊缝同时对称施焊，且在焊接前期每焊完一道次焊缝需翻转箱体构件进行另一横板两侧焊缝施焊，后续可逐步增加箱体构件翻转间隔的焊接道次数。
[0013]进一步，所述步骤5)焊接过程中，箱体构件顶部和底部焊缝施焊道次数相同时对焊缝的横向收缩量进行测量，然后根据焊缝横向收缩量及时减小柔性焊接角变形控制工装中的连接竖板伸长量和柔性焊接横向变形控制工装的伸长量以调节箱体内腔横向开档尺寸，使箱体构件内腔横向开档尺寸的减小量与焊缝横向收缩量基本一致，控制箱体竖板的弯曲变形量。
[0014]与现有技术相比，本发明的一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，通过预制装配基准平台并在焊前装配时调节柔性焊接变形控制工装的伸长量以控制箱体焊前装配的精度，通过设计双角度的“V”型焊接坡口减小焊缝收缩量，通过对称、轮流施焊使箱体构件四角焊缝的收缩较为同步且减小箱体横板弯曲变形量，依据焊缝横向收缩量调节箱体构件内腔横向开档尺寸以减小箱体竖板的弯曲变形量。最终，本发明有效控制大型厚壁箱体构件焊接变形量。
[0015]
【附图说明】
[0016]图1是本发明的装配基准平台及焊接坡口示意图；
图2是本发明的柔性焊接变形控制工装装配示意图；
图3是本发明的箱体施焊过程示意图；
图4是本发明的焊缝收缩量测量示意图。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细的描述。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
[0019]现详细说明根据本发明实施的具体过程，包括下述的五个步骤。
[0020](I)焊接前，根据板材焊接边全长上的翘曲、壁厚分布情况和焊缝承力要求，在板材焊接边预制一装配基准平台，如图1所示的hXw平台。其中，h和w分别为装配基准平台的深度和宽度。板材预制装配基准平台后，消除了焊前装配过程中板材焊接边翘曲或壁厚不均匀对焊接间隙的影响，且以该平台为测量平面可较精确测量后续焊接过程中焊缝的收缩量。
[0021 ] (2)焊接前，将焊接坡口设计成双角度(包含91和02两个角度)的“V”型结构，如图1所示。其中，图1所示的角度和深度S依据导电嘴伸出长度、保护气体有效保护范围确定，角度92依据焊枪喷嘴直径确定。双角度“V”型坡口的横截面积较传统的单角度“V”坡口的小，所需的焊缝金属填充量较少，进而减小焊接热输入量，最终降低焊缝收缩量。
[0022](3)焊前装配时，在箱体内部四角、竖板和横板上分别预装柔性焊接角变形控制工装(图2(a))、柔性焊接横向变形控制工装(图2(b))和柔性焊接纵向变形控制工装(图2
(C))。
[0023]三种柔性焊接变形控制工装均采用螺钉5连接工装与焊接在箱体横板2或竖板I上的转接板3，通过转杆4旋动螺杆6调节工装伸长量并控制箱体板移动。另外，柔性焊接角变形控制工装中的连接竖板7和连接横板8相互垂直，确保焊前装配时箱体四角的垂直度。焊前装配时，通过调节柔性焊接角变形控制工装中的连接竖板7的伸长量使焊缝全长上的焊接间隙较为均匀，并通过调节柔性焊接纵向变形控制工装和柔性焊接横向变形控制工装的伸长量分别控制箱体构件内腔纵向和横向的开档尺寸。最终，通过调节箱体内部预装的柔性焊接变形控制工装的伸长量控制焊缝全长上的焊接间隙和箱体内腔开档尺寸，避免焊接间隙不均匀导致焊缝收缩量存在差异，并确保焊前装配后箱体内腔开档尺寸的装配精度。
[0024](4)焊接过程中，同块箱体横板的两侧焊缝同时对称施焊，如图3所示。其中，图3所示的9和10分别代表2把焊枪。箱体横板两侧焊缝同时对称施焊并采用图(I)所示焊接坡口时，箱体横板两侧所受的应力主要为基本对称的横向收缩拉应力。因此，焊接过程中箱体横板基本不发生弯曲变形。另外，焊接前期每焊完一道次焊缝后，将箱体构件翻转进行另一横板两侧焊缝施焊，焊接中后期可逐步增加箱体构件翻转间隔的焊接道次数，使箱体构件顶部两条焊缝收缩和底部两条焊缝的收缩较为同步。
[0025](5)焊接过程中，箱体构件顶部和底部焊缝施焊道次数相同时进行焊缝的横向收缩量测量。焊缝的横向收缩量=((Αη-Αη+ι)+(Βη-Βη+ι))/2。其中，r^Pn+l表示相邻两次测量，A和B如图4所示。然后，依据焊缝横向收缩量及时减小柔性焊接角变形控制工装中的连接竖板7的伸长量和柔性焊接横向变形控制工装的伸长量，使箱体构件内腔横向开档尺寸的减小量与焊缝横向收缩量基本同步，控制箱体横板弯曲变形量。
[0026]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)焊接前，在箱体板焊接边预制装配基准平台，消除箱体板翘曲或壁厚不均匀对焊接间隙的影响； 2)焊接前，将焊接坡口设计成双角度的“V”型结构，减小后续焊接过程中的焊缝金属填充量和焊接热输入量，进而减小焊缝处的收缩量； 3)焊前装配时，在箱体内部预装柔性焊接变形控制工装，并通过调节柔性焊接变形控制工装的伸长量控制焊缝全长上的焊接间隙和箱体内腔开档尺寸，确保焊前装配后焊缝全长上的焊接间隙较为均匀并提高箱体内腔开档尺寸的焊前装配精度； 4)焊接过程中，同一箱体横板的两侧焊缝同时对称施焊，并及时翻转箱体构件轮流施焊另一横板两侧焊缝，使焊接过程中箱体横板基本不出现弯曲变形，且确保箱体构件顶部两条焊缝的收缩和底部两条焊缝的收缩较为同步； 5)焊接过程中，依据箱体焊缝的横向收缩量调节柔性焊接变形控制工装的横向伸长量以控制箱体构件内腔的横向开档尺寸，使箱体构件内腔横向开档尺寸的减小量与焊缝横向收缩量基本同步，减小箱体竖板的弯曲变形量。2.根据权利要求1所述一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，其特征在于，所述步骤I)焊接前，根据板材焊接边全长上的翘曲、壁厚分布情况和焊缝承力要求，在箱体构件板材焊接边预制装配基准平台。3.根据权利要求1所述一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，其特征在于，所述步骤2)焊接前，将焊接坡口设计成包含01和02两个坡口角度的双角度“V”型结构，0:由导电嘴伸出长度、保护气体有效保护范围确定，依据焊枪喷嘴直径确定，减小焊接坡口的横截面积，减小焊接过程中的焊缝金属填充量和焊接热输入量，进而减小焊缝收缩量。4.根据权利要求1所述一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，其特征在于，所述步骤3)焊前装配时，箱体内部四角、竖板和横板上分别预装柔性焊接角变形控制工装、柔性焊接横向变形控制工装和柔性焊接纵向变形控制工装，然后通过调节焊接角变形控制工装中连接竖板的伸长量来控制焊接间隙，通过调节柔性焊接横向变形控制工装和柔性焊接横向变形控制工装的伸长量分别控制箱体内腔横向和纵向的开档尺寸，最终，焊前装配后焊缝全长上的焊接间隙较为均匀，且箱体板焊前装配后基本不出现弯曲变形。5.根据权利要求1所述一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，其特征在于，所述步骤4)焊接过程中，同一横板两侧焊缝同时对称施焊，且在焊接前期每焊完一道次焊缝需翻转箱体构件进行另一横板两侧焊缝施焊，后续可逐步增加箱体构件翻转间隔的焊接道次数。6.根据权利要求1所述一种大型厚壁箱体构件焊接变形控制方法，其特征在于，所述步骤5)焊接过程中，箱体构件顶部和底部焊缝施焊道次数相同时对焊缝的横向收缩量进行测量，然后根据焊缝横向收缩量及时减小柔性焊接角变形控制工装中的连接竖板伸长量和柔性焊接横向变形控制工装的伸长量以调节箱体内腔横向开档尺寸，使箱体构件内腔横向开档尺寸的减小量与焊缝横向收缩量基本一致，控制箱体竖板的弯曲变形量。
【文档编号】B23K9/23GK106001866SQ201610539083
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】廖传清, 鲍宏伟, 李寿康, 宋伟, 胡蓝, 温伟伟, 孙旭宁, 宿国友, 唐冰冰
【申请人】上海航天设备制造总厂