大型薄壁筒体类零件焊接变形控制工艺研究_张克

２ 焊接工艺方法
２． １ 工艺性分析 该类零件的成形主要是焊接成形 。 由于焊接属 于热加工 ， 焊接过程中会产生热变形和焊缝内应力 ， 从而对工件精度造成影响 。 薄壁筒体类零件由于其 刚度较低 ， 且为腔体类结构 ， 在成形过程中不仅会产 生截面尺寸收缩 、 变形 ， 还会产生长度方向的凸凹不 平或波浪变形 ； 因此 ， 该类零件的焊接工艺性较差 。 ２ 工艺设计思想 ２． 为了保证产品质量 ， 控制焊接变形 ， 需要在焊接 ） 过程中采用 ２ 种措施 ： 采用分段焊接的方法 ， 保证 １ ） 焊接过程中工件受力均匀 ； 通过使用工装 ， 在焊缝 ２
Ｚ ＨＡＮＧ Ｋ ｅ （ ， ） Ｚ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ １ ５， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｇ ｇ ： ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｎ ｌ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｉ ｎ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔＳ ｔ ｕ ｄ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｃ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ ａ ｒ ｔ ｓ ．Ａ ｎ ａ －ｗ － ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ｐ ｆ ｏ ｒ ｌ ａ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｎ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ａ ｒ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｌ ｚ －ｗ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ ｙ ｐ ｇ ｙ ｔ ｈ ｉ ｎ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｉ ｎ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｂ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｃ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ ａ ｒ ｔ ｓ ． Ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｄ ｅ ａ ａ ｎ ｄ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ －ｗ ｐ ｇ ｙ ｙ ｇ ｐ ｇ ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ． Ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｒ ｍ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｉ ｎ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｉ ｎ ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｂ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ －ｗ ｇ ｇ ｐ ｇ ｇ ｇ ｇ ｐ ｙ ｇ ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｔ ｈ ｏ ｕ ｈ ｔ ａ ｎ ｄ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ．Ｍ ａ ｉ ｎ ｌ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ａ ｍ ｉ ｎ ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｂ ｗ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｒ ｔ ｓ ｌ ａ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｇ ｇ ｙ ｐ ｇ ｙ ｐ ｐ ｇ ， ， ｆ ｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ． ｏ ｎ ａ ｒ ｔ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｄ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｏ ｎ ±１ ８ ０ ° ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ａ ｍ ｉ ｎ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｈ ｒ ｉ ｎ ｋ ｉ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ｅ ｘ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｐ ｇ ｐ ｇ ｇ ｇ ｐ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｕ ｏ ｒ ｔ ｆ ｏ ｒ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｉ ｎ ｗ ａ ｌ ｌ ａ ｒ ｔ ｓ ． ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ： ， ，ｗ ， Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ｈ ｉ ｎ ｄ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ａ ｒ ｔ ｓ ｔ ｈ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ －ｗ －ｗ ｇ ｐ ｇ ｙ
０ １ ５年 第１ ２期 新技术新工艺 ２
DOI:10.16635/j.cnki.1003-5311.2015.12.003
大型薄壁筒体类零件焊接变形控制工艺研究
张 克
） （ 郑州机电工程研究所 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ １ ５
研究了大型薄壁筒体类 零 件 焊 接 变 形 控 制 方 法 ， 分析了薄壁筒体类零件的种类和产生焊接 摘 要 ： 变形的原因 ； 通过对薄壁筒体类零件 的 工 艺 性 进 行 分 析 ， 提出了优化焊接顺序和设计焊接工装等２种控 制零件的焊接变形的思路和方法 ； 给出了利用焊接工件扣在工装本体上， 并通过夹紧装置夹紧工件后采 用分段焊接顺序完成薄壁筒体类零 件 成 型 的 工 艺 流 程 ； 重点举例论述了焊接工装需 要 满 足 张 紧 和 收 缩、 旋转和对工件夹紧的设计思路和方法 ， 并对工装进行了精度计算 ， 为薄壁筒体类零件的工艺优 实现 ±１ ８ ０ ° 化提供了技术支持 。 关键词 ： 薄壁筒体 ； 薄壁焊接 ； 变形控制 ； 焊接变形 中图分类号 ： Ｇ ４ ５ ７． １ １ 文献标志码 ： Ｔ Ｂ Ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｌ ａ ｒ ｅ Ｔ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｃ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ Ｐ ａ ｒ ｔ ｓ Ｒ －ｗ ｇ ｇ ｙ ｇ
截 大型薄壁筒体类零件主要是指厚度 ≤３ ｍｍ、 长 度 ≥２ 面尺寸 ≥５ ０ ０ｍｍ、 ０ ０ ｍｍ 且 由 两 部 分 零 ０ 件拼接而成的焊接零件 。 该类零件的焊接特点是壁 薄， 且焊缝为纵长型 ， 同时对长度方向的直线度和腔
体截面尺寸的精度要求比较高 。 焊接的难点是易产 生弯曲或者波浪形变形 ， 焊接不易定位等 。 ］ 文献 ［ 从焊接接头论述了薄壁的焊接 ， 没有对 １ ］ 从设计工装的角 控制变形进行重点说明 ； 文献 ［ ３ ２ －
图 １ 截面为圆形筒体 图 ５ 焊接工装示意图
Leabharlann Baidu
２． ３ 工艺方法 基于 上 述 设 计 思 想 ， 为了控制薄壁筒体类零件 的焊接变形 ， 其工艺方法可采用下述工艺流程 ： 进行 钣金下料 → 根据成形尺寸放样折弯 → 把折弯钣金扣 在工装上 → 通过压紧机构对钣金压紧 → 在接缝处分
图 ２ 截面为方形筒体
２· 第 １ 刀效率／ ｉ ｎ－１ ｍｍ ｍ
几何公差及尺寸 符合要求 符合要求 符合要求
环境温度／℃ ２ ５ ５ ２ ２ ５
２ ０ ５ １ ９ ７ １ ９ ４
５ 结语
将易变形铝质燕尾槽结构加工由插制加人工刮 研， 改为数控铣燕尾槽及线切割燕尾槽 ， 通过工艺试 验， 优化刀具设计 ， 改 进 装 卡 方 式 及 工 艺 参 数， 控制 机械加工变形 ， 满足 了 其 几 何 公 差 及 表 面 粗 糙 度 的 要求 。
图 ４ 焊接顺序示意图
１ 零件分类和组成
１． １ 零件分类 在实 际 使 用 过 程 中 ， 筒体类零件形状主要可分 为两类 ： 截面直径为圆形的长筒体类零件（ 见图 １） ； ） 。 ） ） 截面直径为方形的长筒体类零件 （ 见图 ２ ２ １
焊接 工 装 示 意 图 如 图 ５ 所 示 ， 薄壁零件扣在工 装本体上 ， 利用夹紧装置夹紧 ， 控制焊接变形 。
段点焊 → 采用分段焊接的方法进行纵缝焊接 → 对称 焊接另外一侧纵缝 → 拆除压紧机构 → 由两端向中间 补焊分段未焊处 → 对称焊接另外一侧纵缝 → 完成焊 接后进行脱模 ， 把工装从筒体内抽出 。
１． ２ 零件组成 零件 组 成 一 般 是 由 两 部 分 拼 焊 而 成 ， 截面为圆 形的零件也可以由一部分滚成圆环 ， 然后进行拼焊 。 其组成分类如图 ３ 所示 。
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
表 ５ 下滑槽燕尾槽测试数据
试件编号 ０ ０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ 表面粗糙度／ ｍ μ ０． ６ ９～０． ７ ３ ０． ７ １～０． ８ ０ ０． ７ ３～０． ８ ３ 精度误差／ ｍｍ ０． ０ ０ ６ ０． ０ ０ ７ ０． ０ ０ ８ 加工时间／ ｉ ｎ ｍ ７ ７ ７ ９ ８ ０
（ ） ： ２ １ １ ０ １ ３ １ ２ ２ ０ ２ ２． －
参考文献
］ ［ ］刘韬 ．线切割特殊加工方法的探索 ［ Ｊ ．新 技 术 新 工 艺 ， １

， 程建 成 （ 男， 高 级 工 程 师， 硕 士， 主要从事 作者简介 ： １ ９ ７ ３ －） 质量技术等方面的研究 。 收稿日期 ： ２ ０ １ ４ ３ ９ ０ １ － －
３ 焊接变形控制工装设计
３． １ 设计思想 基于上述工艺设计思想 ， 需要设计焊接工装 ， 以 控制焊接变形 。 焊接 工 装 应 具 备 如 下 功 能 ： 具有 １） 张紧和收缩功能 ， 张紧后的截面尺寸等于薄壁件的
图 ３ 零件截面组成分类
内腔尺寸 ， 收缩后能够从薄壁件中抽出 ， 便于重复利 ） 旋转功能 ， 用； 能够实现 ±１ 以实现两处纵 缝的 ８ ０ ° ２ ） 焊接 ； 具有压紧薄壁件的功能 ， 薄壁件扣在工装上 ３ 后， 应通过压紧机构把零件压紧在工装上 ， 以防止焊 接过程中薄壁件脱落 或 变 形 ； 工件焊缝对应工装 ４） 的位置应镶嵌铜导条 ， 以防止焊接工件时热熔 ， 薄壁 钢件与工装本体粘接 。 ２ 工装结构设计举例 ３． 经分析 ， 该类零件应有多种结构设计方式 ， 现以 图３ ｃ中的两部 分 拼 接 方 形 零 件 的 工 装 为 例 进 行 结 构设计 。 焊接 工 装 是 由 工 装 本 体 、 支承架和夹紧装置等 工装本体 放 在 支 承 架 上 ， 薄壁 ３ 部分组成 。 使用时 ， 零件扣在工装本体 上 ， 通过压紧机构把薄壁零件压 ９
责任编辑 郑练 ８ 《 新技术新工艺 》 加工工艺与设备
加工工艺 度进行论述 ， 但 其 工 装 结 构 对 于 截 面 ＞５ ０ ０ ｍｍ 的 薄壁件有很大的局 限 性 ， 无法保证焊接时工件的刚 度， 且极易产生扭曲变形 。 处提高工件刚度 ， 控制焊接变形 。
设备
焊接 顺 序 示 意 图 如 图 ４ 所 示 ， 焊接时利用断续 焊的方法进行焊接 ， 从两端开始向中间 ， 同时进行分 段焊接 ； 分段焊接完成后 ， 再从两端开始向中间进行 补焊 。