焊接变形的火焰矫正

焊接变形的火焰矫正
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焊接变形的火焰矫正
山东常林机械集团股份有限公司(临沭276715)王绪桥在l丁程机械产品中,钢制结构件在制做过程中,常
因施焊过程中的热胀冷缩,构件布局及工艺等因素的影响,引起结构件产生变形.虽然对其采取了一系列预防和控制措施,但最后的变形量仍会超过设计允许变形范围.针对构件各种不同形式的变形,必须选择合适的矫正方法,一般刚性较大的结构件产生的弯曲变形,尤其大型结构件,不易采用冷矫正方法,否则会产生较大的叠加应力或裂纹,这时应在焊接部位与所对称的位置采用火焰矫正.
火焰矫正主要应用于焊接性能好的低碳钢和强度较
低的低合金钢.火焰矫正是把焊后的凸面部分加热使其热胀,一开始加热时有明显的凸形,而加热到500℃以上时,塑性明显增大,但一般不应>800℃,这时反向
抗力即可克服其膨胀力,不再伸长.当冷却时,加热部
分会收缩,中问部分收缩最大,比原来状态变得更短些,从而达到矫正目的,使焊件恢复正确尺寸,形状.
实质上火焰矫正是利用金属局部受火焰加热后的冷却收缩所产生的张力去拉直原来已经产生的各种焊接变形. 一
,火焰矫正的关键
准确的加热位置,适宜的加热温度,合适的加热深
度,正确的矫正顺序以及合理加热方式这五个方面是提高火焰矫正效果的关键.不同的加热位置可以矫正不同方向的变形,不同的加热温度,可以获得不同的矫正变
形能力.而与加热后的冷却速度关系不大,但冷却速度
增大,会使金属变脆,可能引起裂纹.
1.加热位置的确定
并不是所有的变形位置都是矫正的正确位置,变形
往往存在于刚性较差的部位.
加热位置一定要选择存焊件变形后的凸面部分,如
果选择在变形的凹面,则变形将越矫越大.所以说如果
加热位置定错了,不但矫正不了变形,有时甚至还会得
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到相反的结果.另外注意不要在同一位置反复加热,同
一
部位加热不得超过两次,加热位置通常都远离焊缝.
2.加热温度
在火焰矫正所允许的范围内,一般来说,钢材的加
热温度与变形能力成正比.加热部位的温度必须高出相邻未加热部位,使得受热金属热膨胀受阻,产生压缩塑性.火焰矫正时,加热火焰通常为中性焰,若要限制加
热深度可采用氧化焰.常用结构钢加热温度一般控制在600—800~C(从钢材表面颜色上看,应在褐红色至淡樱红色之间),最高≤850℃,最低为360~C左右.温度过
高时,会使钢材的组织发生金属变脆,影响韧性,并产
生较大的残余应力,大大降低钢材的力学性能及结构承载能力;温度过低时,由于产生的压缩塑性变形量小,
矫正效果不显着.
工程机械常用的材料Q345钢板在使用火焰矫正时,
加热温度>700%时不能用水冷却.淬火倾向较大的钢材及比较厚钢板温度>700~C,矫正时同样也不能用水冷却.低碳钢和Q345等常用低合金钢,当板厚不大,
加热温度在360—700~c时,可用水火矫正.采用水火矫正时,要等钢材温度冷却到失去红态时再浇水(见下表),切记加热过程中不要进行浇水.火焰矫正过程用
水冷却的目的是限制热胀的范围,增加对加热区的挤压作用,可立即看到矫正效果,不必等待.
火焰矫正时的加热温度与表面颜色的对应关系
加热温度/℃冷却方式钢材表面颜色与温度对照
深褐色(550～580)℃
360～600水冷
褐红色(580～650)℃
暗樱红色(650～730)℃
600～700空冷,水冷
深樱红色(730～770)oC
淡樱红色(800～830)℃
700～850空冷亮樱红色
(830—960)℃
3.加热深度
加热深度是控制矫正效果的重要环节之一.加热深
度一般控制在钢板厚度的2/3以下.三角形加热方式一般为结构件宽度的2/5左右.若一次加热未达到矫正效果,则需要做第二次加热,其加热温度应略高于前次,
否则将无效果.
4.矫正顺序
在矫正某一部分变形时,要考虑相邻部分和结构整
体的影响.当板厚不同时,先矫正厚板,再矫正薄板;
结构骨架和钢板都同时变形时,先矫正骨架变形,后矫正钢板变形;当强弱骨架相邻,先矫正强骨架变形,后
矫正弱骨架变形;T形梁焊后变形先将腹板矫直,后矫正
翼板的角变形;箱形梁变形先矫正扭曲变形,其次矫正
弯曲变形;框形底架先矫正中梁,后矫正侧梁;变形处
较多时,先将其表面分为几个区域,逐个区域进行矫正.
5.加热方式
焊接变形是永远避免不了的,在火焰矫正时,对构
件的应力要有正确的分析和判断,才能根据实际需要确定合适的矫正方法.
(1)线状加热主要用于矫正角变形和弯曲变形,
其特点是横向收缩量一般大于纵向收缩量.加热线的宽度越大,横向收缩也越大,尽量利用这一点来提高矫正
效果,线状加热的加热线宽度应为钢板厚度的0.5—2 倍,焊炬平均移动速度为4mm/s,加热速度应尽可能快
一
些,使钢板在横向产生不均匀的收缩,从而消除角变
形和弯曲变形.型材和板材的角接焊缝引起的角变形,
一
般只须在焊缝的背面进行线状加热即可矫正;对于T
形接头角焊缝引起的角变形,可根据”板厚度增加,角
变形降低”的原则,适当增加钢板的厚度,促使角变形
减小.
图1是挖掘机结构件回转平台施焊图的一小部分,
图2是回转平台因焊接变形产生角变形而采取火焰矫正
的演示图.采用火焰矫正虽是一种传统的工艺,但此方
案已在实践中得到验证,效果非常好.此件不能采用机
械校正法,由于在A处及处采用机械校正受力不均
匀,有的地方能校到,有的地方校不到,而且常常会压
伤工件表面,校正效果不好.
把1部分,2部分,3部分先点固在一起(见图4),
然后按图示所标注的焊角尺寸,进行两处周圈施焊.由
图l
图2
于A位置及B位置焊脚尺寸>8ram,需采用多层多道焊接,导致热变形比较大,焊好以后,动臂两端尺寸均
<865mm,这时采用图3方式进行火焰矫正.由于钢板
比较厚,可在600～800%内,用多个大号气焊炬对准每
件侧板外侧两处同时作螺旋式线状加热,加热时焊炬应
稍作后倾,边加热边移动,始终保持表面加热.如果一
次加热未全部矫正,可待完全冷却后第二次加热,同时
根据结构和材料的具体情况,可再Jm#l,力.
加热位置
位置
图3
图4
(2)三角形加热三角形主要用于矫正厚度大,变
形量大的弯曲变形,其焊接加热的部位是在弯曲变形构
件的凸缘,三角形的底边在被矫正构件的边缘,顶点朝
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内.加热面积较大,收缩量也较大,尤其在三角形底部.
加热时产生的收缩量是边缘大,逐渐过渡到零.例如上
拱变形矫正时,在立板上用三角形加热矫正见图5,若第
一
次加热后还有上拱变形,在进行第二次加热,加热位
置选在第一次加热位置之间,加热方向由里指向边缘.
图5
构成挖掘机的主要结构件转台,由于焊接变形区
比8区低5一[Omm,此时采用三角形加热法矫正,在C
区阴影部分加热,选用矫正温度在360—700℃内,即可
达到矫正的效果,同样另一边若出现类似,加热另一边
阴影部分,结果也很好(见图6).此件若采用机械校
正,会把U形板压变形,不但达不到校正目的,还会对
_T件转台起破坏作用.
图6
(3)点状加热传统的火焰矫正方法,通常是用于
处理厚度>8mm的钢板.对于<8mm的钢板一般使用点状加热.点状加热主要于薄板产生变形的矫正,采用
点状加热时的火焰矫正点的点数可根据构件变形情况确定,由几点到几十点,点的排列一般为梅花状式.
若钢板厚度在3mm以下时,加热点直径为18～
20mm,加热点之间的中心距为80mm左右,加热温度500%左右,此时钢板呈紫樱色;若钢板厚度在4ram以
上时,加热点直径根据变形情况适当增大,加热点之间
的中心距可增大到150ram左右,加热温度500—700℃, 此时钢板呈深樱红色;加热后可采用水冷,若钢板厚度
>8mm时,应采用自然冷却.
点状加热采用多孑L压板防止薄板在加热过程中变
墨笙箜塑堡篁参属热加工WW.metaIWOrkingI950C0m 形,通过压板上sl,-ft,/~l热,限制受热面积,增强矫形效果;点状加热有时为提高薄板矫正速度和避免冷却后在加热处出现小泡突起,在加热完一个点后,立即用木锤
锤打加热点及其周嗣区域,钢材背面用木锤垫底,紧接
着浇水冷却.
二,火焰矫正技术要求
(1)焊合件经矫正后一般不做退火处理,对有技术
要求的矫正工件要做退火处理时,其退火温度一般为650.
(2)若想降低焊件的变形,必须要从引起变形的源
头解决,而不是在后续的工序中变形越来越多的时候再
进行矫正.
(3)火焰矫正前提条件不得损坏母材和焊缝,矫正
后焊缝处的焊接残余应力状态基本保持不变,不能破坏母材的力学性能.
(4)热矫正的目的不是让所矫正的工件完全平直,
而是把其控制在误差范围内.
钢板矫正后的允许偏差h见图7,钢板的挠曲矢高_厂(每lO00mm范围内),在6(钢板厚度)≤14mm时,h
≤1.5mm;在6(钢板厚度)>14mm时,h≤1.0mm.
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(5)矫正后钢材表面不允许有明显的凹面和损伤,
表面划痕深度≤0.5nlm;矫正时对于中厚钢板,温度未
降到室温时不得锤击.
(6)加热区域必须避开焊接接头及节点处;加热区
域应靠近变形曲线的初始端,这样利于消除变形.
三,结语
对于多人同时对某一1_件进行火焰矫正时,要密切
配合,遵守操作规程,才能对构件变形的火焰矫正得到很好的效果.火焰矫正的优点是操作方便,机动灵活,
一
般使用的工具是气焊炬,可以在大型复杂结构上进行矫正,对各种变形都有一定效果.火焰矫正是根据结构
特点和矫正的变形实际情况,确定加热方式和加热位置,并能凭经验目测控制加热区域温度,获得比较好的矫正效果,从而满足工件的使用性能.MW (20101122)。