[其他]薄板構(gòu)件低應(yīng)力無(wú)變形焊接方法及其裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101987000000959
• 申請(qǐng)日: 1987-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87100959B
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)橋;郭德倫;曹陽(yáng);李從卿;邵亦陳;劉紀(jì)達(dá)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 航空工業(yè)部六二五研究所
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心
• 代理人: 吳厚先;梁瑞林

一種用于薄板構(gòu)件在焊接過(guò)程中控制焊接應(yīng)力和變形的方法和裝置。在焊縫區(qū)冷卻，在焊縫區(qū)外側(cè)加熱，形成所要求的預(yù)置溫差，在構(gòu)件的適當(dāng)部位施加外力，保證構(gòu)件在焊接溫度場(chǎng)和預(yù)熱溫度場(chǎng)同時(shí)作用下不發(fā)生其型面以外的壓曲失穩(wěn)變形。此方法適用于控制薄板對(duì)接焊縫、管筒殼體縱向?qū)雍缚p、直線角焊縫和丁字焊縫的焊接應(yīng)力和變形。

本發(fā)明屬于焊接結(jié)構(gòu)制造中控制應(yīng)力和變形的方法及其裝置。

在焊接薄板構(gòu)件時(shí)，由于熱源的不均勻加熱，在構(gòu)件上形成殘余壓縮塑性應(yīng)變場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)。殘余應(yīng)力場(chǎng)將使構(gòu)件失穩(wěn)變形。消除薄板構(gòu)件焊接變形通常采用的方法有兩種：其一是在焊前對(duì)工件進(jìn)行預(yù)變形，用與焊接變形相反的預(yù)變形來(lái)補(bǔ)償焊接變形量;其二是在焊接之后再矯正已經(jīng)出現(xiàn)的變形。在焊接之前用于控制薄板結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力和變形的方法有如：預(yù)變形法，整體加載拉伸法等;焊接之后采用的方法有如：滾壓法、溫差拉伸法等。各種控制和消除焊接應(yīng)力和變形的方法有一定的應(yīng)用范圍和一定的局限性。

蘇聯(lián)Я.И.БУРак等人在1977年№3和1979年№5期《自動(dòng)焊接》（АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА）雜志的著文，對(duì)于在焊接過(guò)程中冷卻焊縫區(qū)和加熱焊縫區(qū)以外的兩側(cè)來(lái)控制焊接應(yīng)力和變形的方法所形成的溫度梯度和相應(yīng)的拉伸應(yīng)力進(jìn)行了討論。雖然作者也把近似計(jì)算法用于薄板，但僅在4mm和5mm厚的試件上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還未見(jiàn)這種方法在4mm厚以下的薄板構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。實(shí)踐表明，這一方法在較薄（如4mm以下）的構(gòu)件上不能獲得預(yù)期的效果。反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)研究的結(jié)果證明：在預(yù)置溫度場(chǎng)和焊接溫度場(chǎng)同時(shí)作用下，薄板構(gòu)件在壓應(yīng)力區(qū)發(fā)生壓曲失穩(wěn)變形，失去了預(yù)置拉伸效應(yīng)。

本發(fā)明的目的在于克服上述方法的缺點(diǎn)，針對(duì)較薄的薄板構(gòu)件受壓容易失穩(wěn)這一特點(diǎn)，提出一種新的焊接方法，即直接在焊接過(guò)程中控制薄板構(gòu)件的焊接應(yīng)力和變形，達(dá)到低應(yīng)力無(wú)變形的實(shí)際焊接效果。

本發(fā)明的構(gòu)成是一種在焊縫區(qū)冷卻，焊縫區(qū)外側(cè)加熱，形成特定的預(yù)置溫度場(chǎng)，在構(gòu)件適當(dāng)?shù)牟课皇┘油饬ΓＷC構(gòu)件在預(yù)置溫度場(chǎng)和焊接溫度場(chǎng)同時(shí)作用下不發(fā)生壓曲失穩(wěn)變形從而獲得特定的溫差拉伸效應(yīng)，在焊接過(guò)程中控制應(yīng)力和變形的焊接方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)NDW法）及其裝置。

予置溫度場(chǎng)是根據(jù)材料和構(gòu)件特性，通過(guò)對(duì)焊接熱彈塑性過(guò)程分析和測(cè)試相結(jié)合的方法優(yōu)選確定的。應(yīng)用本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益高，能保證焊接構(gòu)件的質(zhì)量。

在焊接過(guò)程中，保證構(gòu)件在預(yù)置溫度場(chǎng)和焊接溫度場(chǎng)同時(shí)作用下不發(fā)生壓曲失穩(wěn)變形獲得預(yù)置溫差拉伸效應(yīng)是本發(fā)明獨(dú)具的特點(diǎn)。溫差拉伸效應(yīng)指的是預(yù)置溫度場(chǎng)在焊縫區(qū)域所形成的拉伸應(yīng)力分布。拉伸應(yīng)力水平越高，控制焊接應(yīng)力變形的效果越好。焊縫區(qū)拉伸應(yīng)力的形成是由于在焊縫區(qū)冷卻：焊縫區(qū)外側(cè)加熱，熱脹冷縮效應(yīng)所致。如果在預(yù)熱和焊接過(guò)程中，被焊構(gòu)件出現(xiàn)了壓曲失穩(wěn)變形，雖然在被焊構(gòu)件上造成了所選定的預(yù)置溫度場(chǎng)，由于構(gòu)件上出現(xiàn)失穩(wěn)變形，也達(dá)不到所要求的預(yù)置溫差拉伸效應(yīng)。也就是說(shuō)，為了控制焊接應(yīng)力和變形，在所施加的預(yù)置溫度場(chǎng)相同的條件下，被焊構(gòu)件上出現(xiàn)失穩(wěn)變形和沒(méi)有出現(xiàn)失穩(wěn)變形的差別就是預(yù)置溫差拉伸效應(yīng)的差別，它將導(dǎo)致最終控制焊接應(yīng)力和變形效果上的差別。

在焊接和預(yù)熱時(shí)所形成的壓應(yīng)力的作用下，薄板構(gòu)件容易出現(xiàn)壓曲失穩(wěn)變形。板殼理論和焊接結(jié)構(gòu)分析表明：厚度遠(yuǎn)大于4mm的板件，由于其壓曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值較高，因而這些焊接構(gòu)件的失穩(wěn)變形對(duì)壓應(yīng)力的變化并不敏感。但是在同樣的條件下，若構(gòu)件厚度接近4mm或在4mm以下，則其發(fā)生壓曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值較小，因而構(gòu)件在焊接和預(yù)熱過(guò)程中是否發(fā)生壓曲失穩(wěn)變形對(duì)構(gòu)件內(nèi)部壓應(yīng)力水平的變化非常敏感，實(shí)驗(yàn)表明，在焊接和預(yù)熱同時(shí)作用下，構(gòu)件將發(fā)生失穩(wěn)變形。在實(shí)施NDW法時(shí)，對(duì)于這類(lèi)構(gòu)件，為了保證構(gòu)件在預(yù)熱和焊接時(shí)不發(fā)生失穩(wěn)變形，在構(gòu)件適當(dāng)?shù)牟课皇┘油饬κ潜夭豢缮俚摹?duì)于厚度大于4mm的構(gòu)件，其壓曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力較高，當(dāng)構(gòu)件厚度逐漸接近4mm時(shí)，其壓曲失穩(wěn)的臨界應(yīng)力值也逐漸下降，因而在焊接時(shí)，構(gòu)件仍會(huì)發(fā)生程度不同的失穩(wěn)變形，當(dāng)對(duì)焊接變形控制的要求較高時(shí)，采用NDW法同樣會(huì)產(chǎn)生良好的效果。