2022年钣金焊接变形分析与控制方法探讨 .pdf

钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 1 页 共 7 页编制审核批准1. 目的2. 范围3. 定义4. 职责5. 内容5.1 钣金焊接变形解析由于焊接热源主动给焊接件加热，在焊接件上产生瞬时温度，沿热源四周扩散分布，形成焊接温度场，温度随时间而变化，所以焊接温度场是不稳定温度场（图1） 。正常焊接条件下移动热源（图示的施接方向） ， 经过一定时间后， 焊接件上会形成准稳定温度场和稳定温度场（即我们常说的焊接件冷却，图2） 。施焊方向表示温度扩散方向 焊枪（热源）焊接件图1沿相反施焊方向，温度扩散范围越来越小，逐步形成稳定温度场（即冷却）图2施焊方向由上面图示可以分析出，焊接热源加热和焊接件受热过程的特点为：焊接件受热是不均匀的、是过渡的， 所以会使焊接件受热膨胀及冷却收缩的程度也不相同，在焊接件内部就产生了自由的应力变形（图3） 。此种现像可以通过金属才料中的晶体现象来说明（图4） ，在热胀冷缩过名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 2 页 共 7 页编制审核批准程中晶体中的晶格空位、原子间隙、原子数量发生了变化（我们常说的焊接变形）。焊接件在冷却过程中，产生了自由的应力变形图 3综上分析，影响焊接应力与变形的主要原因为：1.焊缝及其附近不均匀加热的范围和程度，也就是产生热变形的范围和程度。2.焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度，实际上也就是阻止焊缝及零件加热所以产生热变形的程度。5.2 焊接变形的形式结合变形主要原因和钣金焊接件特性，焊接变形大至可分为以下几种形式，图示为列举说明，实际产品的变形方式需分别剖析。焊后理想状态焊后角变形图 5焊后理想状态图 6焊后弯曲变形5.3 焊接变形的防止在热胀冷缩过程中晶体的变化图 4焊后理想状态焊后扭曲变形图 7焊后理想状态焊后波浪变形图 8名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 3 页 共 7 页编制审核批准5.3.1 设计措施尽可能减少焊缝的数量，选择合理的焊缝尺寸和形状，以图 9 为例，加强筋段焊或碰焊即可，不需要满焊，因为满焊产生的变形远大于段焊和碰焊。选择合理的焊接结构和焊缝位置，以达到有效释放焊接应力5.3.2工艺措施5.3.2.1 反变形焊接前将部件放置成具有焊接变形相反方向的预先变形，反变形的程度能抵消焊接之后形成的变形。若采用此种方法控制残余变形，焊前必需较精确的掌握焊接残余变形量（我司目前没有经验数值） ，我司生产的大形槽钢可用此种方法，其它薄板不建议使用。5.3.2.2刚性固定图 9长约 300mm 焊缝在中间，焊接应力在一个平面上，变形较大将焊接搭边延伸到底部，焊接应力呈直角向两个方向释放，变形较小图 10未用反变形方法使用反变形方法图 11名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 4 页 共 7 页编制审核批准对于刚性小的结构，可以通过夹具或其它临时支承方法，增加结构在焊接时的刚性，达到减小焊接变形的目的(图 12)。图 14 为门板焊接，子件较多，即使部分零件不满焊，也会产生扭曲变形，所以最好采用图13 示意的焊接方法。注意：产品在解除刚性固定方法时，必须让工件完全冷却之后才可以执行。钢性固定工装工装运用示意产品四周折弯拼缝全部满焊图 12操作平台施焊位置可为满焊、段焊或多条加强筋压块焊接件临时焊缝焊缝间距视产品大小而定，一般为200-300mm图 13图 145.3.2.3选择合理的焊接顺序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 5 页 共 7 页编制审核批准分布在侧面中心线两侧的焊缝，一般来说，先焊的一侧焊缝产的变形比后焊的一侧焊缝产生的变形要大， 因此焊接顺序总的规律是先焊接焊缝少的一侧，对于截面形状对称的结构，尽可能采用对称焊接方法（图15、16） 。对称施焊应力释放区域小，变形区域大交叉施焊应力释放区域大，变形区域小图 15施焊位置施焊位置焊 缝 较 长 不 能 一 次 焊 完 ， 可 按 图 示 间 隔 施 焊即 交 替 断 续 焊1234567焊 缝 较 长 不 能 一 次 焊 完 ， 可 交 替 断 续 焊1234567产 品 四 周 拼 缝 位 置 全 部 满 焊产 品 四 周 拼 缝 位 置 全 部 满 焊图 165.3.2.4强迫散热焊接时用强迫冷却的方法将焊接区域的热量散发，减少受热面积，增加温度场的稳定性，以减少钣金件的焊接变形。最常用的为图17 列举的三种方式。图 a 喷淋冷水快速冷却图 b 浸入水中冷却图 17焊枪焊枪喷水嘴焊接件焊接件焊枪焊接件浸水毛巾图 c 覆盖浸水毛巾冷却5.4 焊接变形的矫正焊接过程中产生的变形不良，需要通过校形工序对焊接变形进行矫正名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 6 页 共 7 页编制审核批准5.4.1机械矫正法采用压力机、 工装、手工捶击等机械方法产生新的塑性变形，以使原来收缩的部分得以延伸，达到矫正变形的目的。此种方法对塑性较差的高强度产品应该慎用。图 18 为手工锤击矫正薄板波浪变形的方法，图示 a)表示薄板原始的变形情况，锤击时锤击部位不能是突起的地方，这样操作会让反方向突出，见图示b)，此方法不仅不能矫平，而且反而还会增加变形量。正确的方法是锤击突起部分四周的金属，使之产生塑性伸长，并沿半径方向由里向外锤击，见图示c、d)，或者沿着突起部分四周逐渐向里锤击。图 19 列举的产品， 因四角拼缝位置要求满焊，导致四个立柱产生弯曲变形，我们可以通过图20 列举的两种工装进行调校，图示c)工装将外形尺寸压小，图示b)工装将外形尺寸撑大。四角拼缝满焊满焊四角之后四根立柱发生角变形立柱图 19图 20工装活动装置运动方向工装活动装置运动方向c)b)5.4.2火焰矫正法产品四周焊接导至局部区域扭曲变形（图21） ，焊接之后中间凸起或凹陷，此种情况可利用图 18名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 钣金焊接变形分析与控制方法探讨第 7 页 共 7 页编制审核批准火焰加热时产生的局部压缩塑性变形，通过急速冷却收缩来消除变形（图22、23） ，此种方法要注意控制温度和加热位置，由于需再次加热，对合金钢需慎用。产 品 四 周 拼 缝 位 置 满焊 导 至 中 间 板 材 变 形图 21火焰 源金 属 棒火焰 加热 的 同时 ， 金属 棒向下 施力， 让变 形 区域 贴 紧工 作平台在变 形 位置 加 热至 板 材“ 发 红”图 22喷 水 嘴金属 棒在 加 热 高温 区域洒 冷 水金属 棒仍 向下 施力， 让 变形 区域 贴紧 工 作平 台，等 高 温区 完全 冷却 之 后再 取消施 力图 236. 附件（无）7. 相关文件本资料以从业经验积累为基础，结合网络摘录信息归结而成。同行交流相互学习。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -