平头车环绕仪表横梁CO2焊接工艺和夹具的设计与应用（图文教程） ...

CO2焊接过程中的变形成因 –焊接应力
　　金属结构内部由于焊接时不均匀的加热和冷却产生的内应力叫焊接应力。由于焊接应力造成的变形叫焊接变形。
　　在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是正常温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。这是产生焊接应力与变形的根本原因。
　　二、 焊件的残余变形和应力对焊接变形产生的影响
　　在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力状态也发生了变化，而焊完并冷却后所留下的变形和应力不是暂时的而是残余的。通常焊件的残余变形和应力是同时存在的，他们的存在必将对焊接结构产生很大的影响。因此，在制造焊接结构时，必须充分了解焊接时内应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减少它的危害性。  
　　三、影响焊接结构变形的主要因素及变形的种类
　　（一）影响焊接结构变形的主要因素：
　　①焊缝在结构中的位置；②结构刚性的大小；③装配和焊接顺序；④焊接规范的选择。
　　（二）焊接变形的种类：

常见的焊接盈利残余变形的类型

1、纵向收缩和横向收缩。在焊缝长度方向上的收缩称纵向收缩，而在垂直于焊缝纵向的收缩称横向收缩。由于这种收缩，便使焊件发生了变形上图中的a； 2、角变形. 即相连接的构件间的角度发生改变，一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的,上图中的b；3、弯曲变形；即焊件产生弯曲。通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的，上图中的c；4、波浪变形；一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。上图中的e;5、扭曲变形即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引起的角度变形沿焊接方向逐渐增大有关。上图所示d.

    图一

1）、中间骨架又是通过弯曲变形工艺获得的零件，结构的刚性不好，存在着一定的不稳定性；

2）、该制件需要焊接的零件较多，空间位置复杂，焊缝分布不均匀以及焊缝大小不一，焊缝又多分布在该件的一侧，增大了该结构的焊接变形的趋势。

1、环绕仪表横梁焊接工艺的制定
　　从环绕仪表横梁结构特点来看，焊缝在结构中的空间位置已经设计定型（产品设计），焊缝的大小不一，位置不对称，大致在横梁的一侧。因此，焊接时产生的焊接应力很容易造成弯曲变形和扭曲变形。这两种变形是制约环绕仪表横梁产生焊接质量不稳定的主要因素。同时，从结构的刚性分析来看，该结构属于开放的焊接结构，中间的管子横梁本身就不稳定，容易产生回弹，在焊接过程中很容易弯曲变形，而焊缝又多分布在该件的一侧，增大了该结构的焊接变形的趋势。

1）合理分解焊接部件，减低总成变形机率。

X型焊钳，既合理地利用了工位，又节约了夹具的设计费用。

图二

2）合理的选取焊接工艺的参数，如焊缝的焊脚大小、焊缝长度等，也可以减少焊接热量，减少焊接扭曲变形。

18处焊缝，结合每个焊缝所连接的部件的用途分析，部分部件受力的大小，要求焊缝1,18,11,10,5,12，6,7所连接部位受力较大，因此，必须保证焊缝焊接强度。而对于其连接塑料件的部件，焊缝就可以依据连接长度，采用一定数量的点定连接，既保证了焊接强度，又减小了焊接变形。例如，焊缝8,9,13,14,3,4等处采用2个焊点点定（类似点焊）即可。

图三

3）反变形法。在焊前进行装配时，预置反方向的变形量为抵消（补偿）焊接变形，这种方法叫做反变形法。环绕仪表横梁的焊接变形焊接后容易发生翘曲现象，如下图四所示：

Z方向（夹紧）的定位可以调整，焊接时放置方式应该与变形方向一致，如上图所示。

4）利用焊接顺序来控制变形。采用合理的焊接程序来减少变形，这在生产实践中是行之有效的好办法。对于环绕仪表横梁，由于焊缝不对称，焊缝分布不均匀，焊后产生下挠弯曲变形的可能性比较大。

　　（1）尽量采用对称焊接。对于具有对称焊缝的工作，最好进行对称焊接。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。如焊缝1和18；10和11；焊接方法采用先点定对称点，再由中间位置向两侧一次焊完。　　

2）对某些焊缝布置不对称的结构，应先焊焊缝少的部件，这样可以有效地减小焊接热影响区集中，减小焊接变形。例如先焊接8,9,13,14等焊缝小的焊区，再焊接其他部位。焊接方法采用交替的焊接方法。

2、设计制造弧焊夹具

1）焊接定位要具有三维可调整性能，目的是有利于弧焊夹具定位的调整。原因：弧焊产品由于焊接变形的影响，在正是生产以前以及长期使用以后要进行调整。同时，焊接定位要具有稳定性，夹紧装置在工作时不影响焊接工作，没有干涉现象。尽量不建议使用活动的定位装置。

2）夹紧部件采用力量比较大的气缸夹紧，夹紧器要坚固耐用，稳定牢靠。防止由于长期受热产生变形而导致夹紧失效现象发生。

3）由于产品是上的各部件的孔位有空间位置要求，制造夹具时要有加工和测量用的工艺坐标孔，以便日后维修时使用。

4）部件定位时所选用的定位孔尽量选用盲孔而不要选用螺纹孔。原因是螺纹孔中心不准确，螺母焊接时容易偏心。

5）对于容易被焊渣飞溅损坏的部位要制造防护板，例如气路和气缸等部件。

图五

除了在夹具设计上提出要求和在弧焊工艺过程进行优化以外，还要制定产品的检验要求和检验方法，用以保证产品的焊接质量的稳定性。因此，结合产品自身的要求，在弧焊夹具设计的同时，就要制定环绕仪表横梁的检验要求，同时设计制造检验夹具，用来随时检验焊接产品的焊接质量（主要是空间的孔位要求和变形量）。在生产过程中，按照工艺要求定期检验用弧焊夹具焊接处的仪表横梁是否满足检验夹具，如有偏差，车间调整工人就应该及时调整焊接夹具的定位，保证产品的焊接质量。