摘要：薄板焊接工作主要是在我国铁路运输、水路运输以及空中运输等平台的上层建立的大型结构，属于大型结构领域。薄板其半身具有质量轻、易加工成形以及薄板间连接方便等特点受到了广泛使用。但是在实际的使用过程中，薄板还具有相对较小的拘束度，因此在焊接工作中通常会出现各种变形问题，严重时还会由于失稳呈现出波浪形，并且很难在对其进行校正。基于此，本文主要对薄板焊接变形的控制进行了简要的分析，以供参考。
关键词：薄板焊接；变形；控制策略
引言
在进行薄板焊接时，会出现形态各异的局部变形，这不仅影响外观，降低结构的承载能力，而且极不容易校正，往往耗费大量的人力物力，还达不到要求。薄板结构焊接变形具有复杂性、多元性，要成功实现薄板焊接变形的控制，必需了解薄板焊接变形质量影响因素。在焊接过程中，薄板结构件焊接变形主要是受热变形与刚性条件影响，所以要想完全消除焊接变形是不太容易实现的。为了进一步确保裙架后续装配使用及成品质量，必须从制造工艺入手，对焊接变形加以控制。
1薄板焊接变形的危害
由于薄板焊接的应用主要是在各种大型运输企业中，因此薄板的焊接工作就成为了制造工艺中关键的工作程序。但是在焊接工作实施的时候，都会有两种附加的内应力出现，这些内应力分别是:焊接接头中各个部位所受到的热量以及冷却时间不同，从而产一定的热应力;金相在其组织以及变化上所产生的组织应力，并且这项应力在焊接工作中，由于本身具有约束行为，因此会产生一定的约束应力。因此，在焊接过程中，如果对于这种应力没有做到更好的控制，那么在焊接工作中，就会因为这些应力过大，而让薄片出现变形的现象更严重。甚至还会出现裂纹。
2薄板焊接变形影响因素
在设计与建造中，薄板一般是指板厚在4-7mm的板材，其中4-5mm焊接为难点。薄板主要用于上层建筑等位置。造成焊接变形的主要原因是焊接热应力、残余应力和外力。对于薄板这些变形因素更为敏感，制造过程中更容易产生变形。从结构本身以及施工来分析，薄板相对于中厚板要薄弱很多，同时上建区域需要装焊大量的舾装件，建造过程中的切割下料、焊接装配、火工矫正、放置运转、翻身吊装等工序很容易造成板架的变形。在每个制造过程中都需要释放在装焊过程中的板架结构的应力，避免在后续的翻身、摆放、转运及冲砂涂装等各道工序中，受外力的作用，使分段内在的应力逐步释放，造成后期严重变形。本文主要从焊接变形成因出发，对薄板设计、生产等阶段进行焊接变形控制工艺研究。
3薄板焊接变形的控制
3.1设计阶段薄板控制变形
从焊接变形的成因为出发,在设计阶段主要从减少焊接热应力进行控制。通过选取合理的板材规格，尽量减少焊缝数量，并合理布置焊缝位置；焊缝尽量对称布置成“十”字接头，避免T字接头的出现。研究表明薄板的波浪变形与其角焊缝横向收缩有关系，减小焊脚高度可以有效减少角变形[，因此，在满足计算和规范的要求前提下取焊脚最小值。此外在上建的干燥区域或者满足结构防腐要求的情况下，可以适当使用交错间断焊代替双面连续焊和双面对称间断焊。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于上建区域舾装件较多，在设计过程中应该注意以下两点：a.管子、风管、电缆贯通件选型要小，壁厚在符合要求的前提下取小值，焊脚在符合要求前提下取最小值。b.管子、风管、电缆支架、装修板支架等舾装件不能直接焊在钢板上，应尽可能焊在内部结构上，特殊情况加垫板处理。在生产设计阶段，减少后续的火焰工序，也可以有效控制变形。但焊接变形无法避免，因而在设计阶段需要对焊接变形进行精度进行控制，设计人员可以根据船厂工艺情况，根据结构形式以及安装阶段加放焊接补偿量、余量、铣边余量等。
3.2加强焊接工艺控制
在生产实践过程中,常采用反变形法进行控制,达到减少焊接变形的目的?本研究以L型铝合金和Q235镀锌钢薄板件CMT点焊为例,采用反变形法对焊件变形进行控制,薄板件尺寸?薄板件厚度均为1mm,焊接时考虑焊接余热的问题,上一个焊点焊完后需冷却2~3min,再进行其他焊点的焊接?焊接主要工艺参数为焊接速度0.58m/min?焊接电流87A?焊接电压16.2V?焊接时间0.5s?送丝速度7.1m/min?在SYSWELD软件中进行L型平板点焊模拟,预测焊后薄板件的变形,并将预测结果以反变形的形式应用到铝钢薄板件CMT点焊中?计算得到L型铝钢薄板件焊接后的变形量?其中焊件最大变形量为0?254mm?将0?254mm作为反变形量施加在有限元模型上,得到施加反变形后的焊接变形量?施加反变形量的薄板件焊后变形最大为0.06mm,远小于未施加反变形量的薄板件?采用CMT点焊完成铝钢异种金属薄板件的焊接,应用SYSWELD软件对点焊过程中焊接变形进行分析,得到以下结论?1)随着焊接电流的增大,X方向变形量逐渐增大,而Y方向和整体方向变形量受焊接电流的影响较小,所以在满足焊接质量的前提下,宜选用较小的焊接电流?2)随着焊接电压的增大,X方向和整体方向变形量逐渐增大,而对于Y方向变形量影响较小,所以在满足焊接质量的前提下,宜选用较小的焊接电压?3)焊接速度对X方向和整体方向变形量影响较大,对Y方向最大变形量影响较小?焊接速度越快,开始变形的时间越晚,选用较大的焊接速度可减少变形量?4)将变形预测结果以反变形的形式应用到焊件焊接中可以消除焊接变形,提高焊件焊接装配质量?
4针对薄板焊接的新工艺等简介
在我国，防止薄板焊接变形的主要方法是有限元技术。由于薄板半体结构复杂多样，要了解薄板的整体结构需要大量的时间和人力。在大多数情况下，薄板的焊接工作是基于工作人员自身的经验，但并非所有的焊工都有高水平的经验。明在薄板焊接方面的工作经验，因此，有必要采用适当的物理和数学模型对薄板的应力和变形过程进行数值分析，从而节省大量的实验和探索时间，并根据有限元技术的计算结果合理优化薄板参数，有效防止薄板焊接变形。目前，我国在有限元数值模拟技术的应用中有着完善的理论基础和方法，焊接残余力和板料变形的预测与控制已达到了该技术的前沿水平，可分分成热弹塑性有限元法以及固有应变法。
结束语
总而言之，薄板焊接是国内外薄板焊接制造业发展中遇到的技术问题。由于薄板本身的复杂性和多样性，现有的许多理论都无法澄清，这直接影响到薄板的焊接质量。有限元数值模拟技术可以直接预测和控制板料焊接变形，具有广阔的发展前景。它为我国的金属板制造业做出了巨大贡献，增强了金属板产品的市场竞争力，对我国经济发展具有重要意义。
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论文作者:金建飞,方广超,徐彦伟
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/9
标签：薄板论文; 应力论文; 结构论文; 过程中论文; 点焊论文; 较小论文; 质量论文; 《防护工程》2019年第1期论文;