防止大型焊接件吊运时变形的措施

防止大型焊接件吊运时变形的措施

于明海

中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司湖北省武汉市430050

摘要：近年来,公司生产制造的大型、重型焊接件越来越多,这些焊接件具有体积庞大、壁薄、外形不规则、重量大和挠性大等特点。在起重吊运作业时,吊运钢丝绳捆扎夹角大,易造成工件捆勒变形。重型、大型焊接件的翻转作业,瞬间冲击力大,也会造成工件变形。薄壁和边沿有坡口的工件易勒伤,额外增加校正和修复费用,增加生产成本,严重的质量事故还会导致工件报废,影响产品出厂周期和生产计划的正常推进。本文分析了防止大型焊接件吊运时变形的措施。

关键词：大型焊接件；吊运；变形措施；

大型、重型焊接件吊运时,工件易勒伤和变形。采用新的吊运方法,大幅降低工件的变形率,杜绝勒伤等质量事故。大型焊接件的焊接过程直接影响着焊接质量，也影响着焊接夹具装夹系统的合理布局，还影响着大型焊接件的焊接变形预测及控制。

一、原因分析

在吊运作业时,薄壁工件的边沿保护措施不恰当、吊索的选择不合理和作业工艺保守等导致工件质量事故频繁发生。根据焊接件的特点和作业环境状态,我们对传统吊装工艺作了完善和补充。采用增加吊挂点,使用辅具吊梁,加固支撑,调整吊绳夹角等方式,确保薄壁细长工件不变形。采用双钩接放,工件不离支撑点的方式进行大型、重型工件的翻转,消除工件翻转过程中的冲击载荷。

二、防止大型焊接件吊运时变形的措施

1.大型焊接件的外形不规则,且体积庞大。在进行此类工件的翻转吊运时,我们编制较长的钢丝绳,选择工件强度高、刚性好的部位系挂。在钢丝绳的捆勒点经过的薄壁或强度低处加焊支撑,并使用双钩多点支撑的作业方式进行吊运作业,这样能很好的保护工件。在翻转吊运以160MN水压机翻转臂为代表的特大型焊接件时,我们选用强度足够的废弃工件加焊挡板,制作成吊具用以作业,有效降低了因钢丝绳水平分力对工件的勒压变形。在吊运5m轧机侧板等细长壁薄且挠性大的工件时,使用多对吊索,结合手拉葫芦有效控制工件的变形。

2.一个位于任意空间的自由物体相对于三个互相垂直的坐标平面，都可以分解成六个方向的运动，即沿坐标轴Ox、Oy、Oz的移动和绕这三个轴的转动。将未定位的工件放在空间直角坐标系中，工件可以沿x、y、z轴移动，也可以绕x、y、z轴转动。要使工件的某个方向上有确定的位置，必须要限制该方向的自由度。要使工件处于稳定不变的位置，就必须限制工件的六个自由度。所以，只要确定了工件的六个自由度，就能实现工件的定位。在此主要研究对固定平面内的大型工件的定位，也就是说，假设为xOy主基准面，其中，z方向的移动，x、y方向的转动，都固定不变，只需解决工件平面内的定位，即确定六个自由度中的z、x、y，并可确定工件的具体位置。分别计算出两个特征点的坐标便可确定z、x、y，从而实现工件在平面内的定位。这两处特征区域处于同一平面，保证了整个特征区域是在同一物距下所获取的图像；同时，将1/4圆弧作为一整体，提取圆弧圆心，即使工件的边缘有少许磨损，对计算圆心的影响也不会很大；并且，圆弧处于工件的边缘，与底座有200mm的距离，这样采集的图像焦距对准工件的特征区域，而底座的图像便会显得很模糊，方便后期处理图像。

3.正确选择切割氧压力和纯度，依据产品厚度选取切割氧的压力，取得较好的切割质量，氧气纯度对割件热变形也有影响，在氧气纯度为97.5%～99.5%的范围内，氧气纯度每降低1%，气割1m长的割缝，气割时间将增加10%～15%，预热火焰释放的热量也增加10%～15%，从而增加了产品的热变形，切割氧的纯度控制在98.5%以上。预热时间的长短决定于被切割产品的厚度，当氧-乙炔焰作为预热火焰时，切割速度的正确设定可以使切割面的挂渣减少，甚至无挂渣现象，清渣方便容易。在实际生产中，切割速度可以通过声音、观察熔渣流动情况来判断是否合适。

4.焊接件在加工、转运以及存储等工艺中，表面很容易受到焊渣、尘土、氧化等因素的干扰，不利于焊接件的表面清洁。焊接件的涂层，需牢固的黏贴在工件的表层，在焊接件表面涂装之前，必须严格的清理焊接件的表层，保障涂层与焊接件表层的粘合性能，以免涂层剥落而影响到焊接件的外观质量。焊接件的表面处理，能够在涂刷之前，获得优质的防护层，保证外观的可靠性。例如：机械焊接件喷涂工艺中，要优化设定喷涂的方向、喷射的速度等；工件抛丸时，采用的屏蔽方法，要注重改善，确保屏蔽的准确性，不能有过大、过小的问题，采取点检的方法，检查抛丸前后，焊接件的外观质量，一旦发现不良的焊接操作，就要立即进行处理。焊接件外观的表面处理上，可采取抛光砂轮修理的方式，如果焊接工作量非常大，就要重新设计抛丸处理工艺，经过抛丸后，焊接件存放的时间不能太长，以免发生空气氧化或锈蚀。选择焊接件的外观控制方法，才能把控外观控制的过程，不会干预到焊接件的外观表现，体现出焊接件外观控制注意事项的作用，同时还能强化外观控制的规范性。

5.采用反变形法。根据生产中发生变形的规律,预先把焊件人为地制成一个变形,使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等,以达到防止产生残余变形的方法。至于反变形值,应根据材料性质、厚度、坡口形式与大小、焊接方法等来确定。如材料为普通碳素结构钢,厚度1Omm,开60度单边v形坡口。焊接方法是电弧焊单面焊双面成形,焊接位置是平对焊,此时在焊接前的反变形量可留10度左右。在满足强度和工艺要求的前提下,尽可能减少焊缝长度和焊缝数量。对连接焊缝在保证工件不相互窜动的前提下,可采用局部点固焊接。但对于易淬火钢要防止因焊缝尺寸过小产生淬硬组织等,设计焊缝时,尽量设计在构件截面中心轴的附近和对称于中性轴的位置上,使产生的焊接变形可相互抵消。如工字梁的制作,在焊接时只要焊接顺序选用合理,焊接变形就可以得到有效的控制。

三、发展趋势

采取机器人自动焊接的企业一定都知道，不仅操作人员的技术水平对焊缝质量有影响，下料、成型对焊缝质量的影响也非常大。将焊前工序设备水平与实际操作要求相一致，是实现焊接过程的自动化进程的关键，进而降低机械加工强度；提高生产效率；同时，还可以使产品质量稳定可靠、提高同行业中产品的竞争力。厂家需要花费更多的资金，并且在产品改型的过程中还需要对其重新设计调整是影响拼点工装的主要因素。目前，只有资金雄厚的厂家使用拼点工装，但都获得很大的收益。从已经使用机器人焊接的厂家我们可以看出，其使用的配套拼点工装相对较多，焊接工序设备的质量大幅度提高。与此同时，大型焊接件的工艺、设备布局及物流、焊接变形预测与控制，对提高企业核心竞争力、提高核心零部件的制造能力和技术水平具有十分重要的意义。

结束语

通过采用新的方法,工件的变形率大幅降低,基本杜绝勒伤等严重质量事故,节约了校正、修复成本，减少焊接件的变形,确保焊接件的产品质量。焊接技术的迅速发展，以及新的焊接设备、工艺方法不断涌现，为我国大型焊接工艺发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1]徐继达，徐晓航，孙志新．金属焊接与切割作业[M]．北京：中国气象出版社，2015.

[2]孙凤英．气割热变形原因分析及防治措施[J]．河北煤炭，2015，（4）.

[3]左长喜.论如何保证工程机械焊接件的外观质量[J].企业导报，2015，17：291-292.

[4]班玉兵，张勇.工程机械焊接件外观质量控制技术[J].建设机械技术与管理，2015，7：91-93