CN112518194A - 一种细长零件焊接变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细长零件焊接变形控制方法。通过焊接前有限元分析进行变形预判，采用反变形控制，焊接时通过柔性焊接装置进行焊接反变形控制，焊接后柔性保形装置控制变形的方法减少焊接变形。柔性焊接装置包括，底座、固定挡板、活动挡板、螺杆、螺母、滑动导轨；柔性保形装置包括L型卡板、支撑板、保形顶杆、保形螺母。本发明简易而有效地解决了细长零件焊接，突破了生产关键，将焊接及焊接保形通过柔性焊接装置和多个柔性保形装置实现，提高工作效率，节约了成本，质量得到保证。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种控制细长零件焊接变形的方法。
背景技术
细长零件焊接由于自身结构刚度不足、焊接过程有热变形和焊后应力释放变形等多种因素产生变形，导致最终变形趋势不可控，变形量大。现有常采用的焊接工艺方案是根据其形状设计专用夹具，将其固定在夹具上进行焊接。
细长零件焊接变形控制技术的实现，需要克服其焊接过程产生的变形及焊接后产生的变形。由于焊接工件长，细，焊接中受热不均匀，易产生局部应力，易发生扭曲变形，且尺寸精度不易控制，按照现有工艺方案，计算出反变形角度后进行焊接，焊接过程中的变形无法控制，易造成焊接后扭曲变形，变形量大，校正困难或无法校正，易产生不合格品，造成制造周期长，成本高，效率低。因此，要确保焊接零件质量，就应该对焊接过程的变形及焊接后的变形实施控制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种控制细长零件焊接变形的方法及装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种细长零件焊接变形控制方法，通过一套柔性焊接装置和多个柔性保形装置来控制变形，柔性焊接装置包括底座、固定挡板、活动挡板、底座由两根矩形钢和焊接在其上的平板组成，沿矩形钢纵向的平板中心线上设有螺杆安装通孔，螺杆可在螺杆安装通孔内上下运动，通过螺母固定其高度位置；平板中心线一侧设置固定挡板，另一侧固定挡板对应位置处沿平板中心线垂直方向设置有滑轨，活动挡板可沿滑轨滑动；柔性保形装置按照间隔2个设置1个的方式布置在柔性焊接装置的螺杆上方位置，柔性保形装置包括L型卡板、支撑板、保形顶杆、保形螺母；L型卡板短边与固定挡板连接，支撑板安装在活动挡板立面上，支撑板上端设置限位通过孔，L型卡板长边横跨固定挡板和活动挡板上方穿过支撑板上端限位通过孔，支撑板可以随着活动挡板向两侧直线滑动；L型卡板中心设置螺纹通过孔，保形顶杆穿过螺纹通过孔并可朝向平板做上下运动，同时在L型卡板长边上方保形顶杆上配置保形螺母，保形顶杆运动到位后通过保型螺母锁紧，具体变形控制方法包括以下步骤：
1焊前反变形计算
对于细长零件进行数学建模，并进行合理的网格划分，将细长零件的网格模型导入有限元计算软件，用软件的热弹塑性有限元法和固有应变为基础的弹性板单元有限元法，对细长零件进行变形量的模拟计算，模拟结束后，对结果进行分析，提取最大位移并计算最大变形角度
2柔性调节细长零件变形量
根据软件计算出的细长零件最大变形角度，通过H＝Tanα×L公式，其中α为最大变形角度，L为细长零件长度，H为螺杆的高度。计算出柔性焊接装置中每一根螺杆需调节的顶面高度，通过螺母固定其高度位置。
3焊前反变形装夹
将细长零件摆放在柔性焊接装置上，确保细长零件底面与已按最大变形角度调节好的各螺杆顶面充分接触，细长零件长度一侧靠紧固定挡板，另一侧通过调节活动挡板的位置，保证活动挡板与细长零件贴合并夹紧。
4焊接并保形
采用多层多道进行焊接；当细长零件出现变形时及时调节各螺杆顶面高度，确保每根螺杆顶面与细长零件底面及时贴合；细长零件顶面最高点接触到柔性保形装置的保型顶杆后，保型顶杆发挥作用，对细长零件进行保型。
5焊后保形
焊接后将柔性焊接装置上的所有螺杆调节至水平高度，支撑细长零件；将L型卡板与固定挡板连接，把紧；将L型卡板穿过支撑板，将支撑板与活动挡板连接，把紧；将保形顶杆穿过L型卡板，调节保形顶杆高度，使其底面保持在同一平面上，且与细长零件顶面最高点齐平，并用螺母锁紧。
6时效
对细长零件进行保形与自然失效，待24小时后，拆下柔性保形装置及柔性焊接装置。
7校形
将柔性保型装置拆下后，检查细长零件变形情况，变形大于0.5mm时，将柔性焊接装置上的螺杆顶面调平，通过向下调节保形顶杆，对细长零件进行校型。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：通过有限元软件可计算出细长零件焊接的变形量；通过柔性焊接装置，对焊接件进行反变形控制，减小焊接变形量；对焊接过程进行变形控制，并随时进行保型防，止细长零件发生扭曲变形；通过柔性保形装置，对焊接件焊后变形进行控制。
通过本发明装置的应用，焊接两套细长零件后，最大变形量小于1毫米。本发明简易而有效地解决了细长零件焊接，突破了生产关键，将焊接及焊接保形通过一套柔性焊接装置实现，提高工作效率，节约了成本，质量得到保证；焊接装置具有结构简单，可操作强特点，可在细长零件焊接广泛适用，通用性强。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1柔性焊接装置结构和柔性保形装置结构使用示意图
图2柔性焊接装置和柔性保形装置连接示意图
图3焊接反变形角度示意图
图4柔性焊接装置结构示意图
图5柔性保形装置结构示意图
图中编号说明：1、底座 2、固定挡板 3、活动挡板 4、滑轨 5、螺母 6、螺杆 7、L型卡板 8、支撑板 9、保形顶杆 10、保形螺母
具体实施方式
参见图1～图5，一种细长零件焊接变形控制方法，通过一套柔性焊接装置和一个柔性保形装置来控制变形。
柔性焊接装置包括底座1、固定挡板2、活动挡板3、底座1由两根矩形钢和焊接在其上的平板组成，沿矩形钢纵向的平板中心线上设有螺杆安装通孔，螺杆6可在螺杆安装通孔内上下运动，通过螺母5固定其高度位置；平板中心线一侧设置固定挡板2，另一侧固定挡板对应位置处沿平板中心线垂直方向设置有滑轨4，活动挡板3可沿滑轨4滑动；柔性保形装置按照间隔2个设置1个的方式布置在螺杆6上方位置。
柔性保形装置包括L型卡板7、支撑板8、保形顶杆9、保形螺母10；L型卡板7短边与固定挡板2连接，支撑板8安装在活动挡板3立面上，支撑板8上端设置限位通过孔，L型卡板7长边横跨固定挡板2和活动挡板3上方穿过支撑板8上端限位通过孔，支撑板8可以随着活动挡板3向两侧直线滑动；L型卡板7中心设置螺纹通过孔，保形顶杆9穿过螺纹通过孔并可朝向平板做上下运动，同时在L型卡板7长边上方保形顶杆9上配置保形螺母10，保形顶杆9运动到位后通过保型螺母10锁紧。
一种细长零件焊接变形控制方法，包括如下步骤：
1焊前反变形计算
对于细长零件进行数学建模，并进行合理的网格划分，将细长零件的网格模型导入有限元计算软件，用软件的热弹塑性有限元法和固有应变为基础的弹性板单元有限元法，对细长零件进行变形量的模拟计算，模拟结束后，对结果进行分析，提取最大位移并计算最大变形角度。
2柔性调节细长零件变形量
根据软件计算出的细长零件最大变形角度，通过H＝Tanα×L公式，其中α为最大变形角度，L为细长零件长度，H为螺杆的高度。计算出柔性焊接装置中每一根螺杆6需调节的顶面高度，通过螺母5固定其高度位置。
3焊前反变形装夹
将细长零件摆放在柔性焊接装置上，确保细长零件底面与已按最大变形角度调节好的各螺杆6顶面充分接触，细长零件长度一侧靠紧固定挡板2，另一侧通过调节活动挡板3的位置，保证活动挡板3与细长零件贴合并夹紧。
4焊接并保形
采用多层多道进行焊接；当细长零件出现变形时及时调节各螺杆6顶面高度，确保每根螺杆6顶面与细长零件底面及时贴合；细长零件顶面最高点接触到柔性保形装置的保型顶杆9后，保型顶杆9发挥作用，对细长零件进行保型。
5焊后保形
焊接后将柔性焊接装置上的所有螺杆6调节至水平高度，支撑细长零件；将L型卡板7与固定挡板2连接，把紧；将L型卡板7穿过支撑板8，将支撑板8与活动挡板3连接，把紧；将保形顶杆9穿过L型卡板7，调节保形顶杆9高度，使其底面保持在同一平面上，且与细长零件顶面最高点齐平，并用螺母5锁紧。
6时效
对细长零件进行保形与自然失效，待24小时后，拆下柔性保形装置及柔性焊接装置。
7校形
将柔性保型装置拆下后，检查细长零件变形情况，变形大于0.5mm时，将柔性焊接装置上的螺杆6顶面调平，通过向下调节保形顶杆9，对细长零件进行校型。
本实例中，焊接后，最大变形量小于1毫米，能够满足施工要求本实施例提供的减小细长零件焊接变形的方法及装置，简易而有效地解决了细长零件焊接，突破了生产关键，将焊接及焊接保形通过一套柔性焊接装置实现，提高工作效率，节约了成本，质量得到保证。
(1)以上对本发明的具体实施进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域的普通技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形和修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于通过一套柔性焊接装置和多个柔性保形装置来控制变形，所述的柔性焊接装置包括底座、固定挡板、活动挡板、底座由两根矩形钢和焊接在其上的平板组成，沿矩形钢纵向的平板中心线上设有螺杆安装通孔，螺杆可在螺杆安装通孔内上下运动，通过螺母固定其高度位置；平板中心线一侧设置固定挡板，另一侧固定挡板对应位置处沿平板中心线垂直方向设置有滑轨，活动挡板可沿滑轨滑动；柔性保形装置按照间隔2个设置1个的方式布置在柔性焊接装置的螺杆上方位置，柔性保形装置包括L型卡板、支撑板、保形顶杆、保形螺母；L型卡板短边与固定挡板连接，支撑板安装在活动挡板立面上，支撑板上端设置限位通过孔，L型卡板长边横跨固定挡板和活动挡板上方穿过支撑板上端限位通过孔，支撑板可以随着活动挡板向两侧直线滑动；L型卡板中心设置螺纹通过孔，保形顶杆穿过螺纹通过孔并可朝向平板做上下运动，同时在L型卡板长边上方保形顶杆上配置保形螺母，保形顶杆运动到位后通过保型螺母锁紧，具体变形控制方法包括以下步骤：
步骤1焊前反变形计算；
步骤2柔性调节细长零件变形量；
步骤3焊前反变形装夹；
步骤4焊接并保形；
步骤5焊后保形；
步骤6时效；
步骤7校形。
2.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤1焊前反变形计算，具体过程为：对于细长零件进行数学建模，并进行合理的网格划分，将网格模型导入有限元计算软件，用软件热弹塑性有限元法和固有应变为基础的弹性板单元有限元法，对细长零件进行变形量的模拟计算，模拟结束后，对结果进行分析，提取最大位移并计算最大变形角度。
3.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤2柔性调节细长零件变形量，具体过程为：根据软件计算出的细长零件最大变形角度，通过H＝Tanα×L公式，其中α为最大变形角度，L为细长零件长度，H为螺杆的高度。计算出柔性焊接装置中每一根螺杆需调节的顶面高度，通过螺母固定其高度位置。
4.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤3焊前反变形装夹，具体过程为：将细长零件摆放在柔性焊接装置上，确保细长零件底面与已按最大变形角度调节好的各螺杆顶面充分接触，细长零件长度一侧靠紧固定挡板，另一侧通过调节活动挡板的位置，保证活动挡板与细长零件贴合并夹紧。
5.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤4焊接并保形，具体过程为：采用多层多道进行焊接；当细长零件出现变形时及时调节各螺杆顶面高度，确保每根螺杆顶面与细长零件底面及时贴合；细长零件顶面最高点接触到柔性保形装置的保型顶杆后，保型顶杆发挥作用，对细长零件进行保型。
6.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤5焊后保形，具体过程为：焊接后将柔性焊接装置上的所有螺杆调节至水平高度，支撑细长零件；将L型卡板与固定挡板连接，把紧；将L型卡板穿过支撑板，将支撑板与活动挡板连接，把紧；将保形顶杆穿过L型卡板，调节保形顶杆高度，使其底面保持在同一平面上，且与细长零件顶面最高点齐平，并用螺母锁紧。
7.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤6时效，具体过程为：对细长零件进行保形与自然失效，待24小时后，拆下柔性保形装置及柔性焊接装置。
8.根据权利要求1所述的一种细长零件焊接变形控制方法，其特征在于所述的步骤7校形，具体过程为：将柔性保型装置拆下后，检查细长零件变形情况，变形大于0.5mm时，将柔性焊接装置上的螺杆顶面调平，通过向下调节保形顶杆，对细长零件进行校型。
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