船用零部件窄間隙埋弧焊工藝及焊接變形控制.pdf

1、根據(jù)國(guó)家“十一五”規(guī)劃，我國(guó)船舶行業(yè)應(yīng)該抓住當(dāng)前造船熱潮的大好機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)由造船大國(guó)向造船強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)船舶焊接技術(shù)的快速提升，提高船舶焊接的效率。隨著船舶大型化和特種船舶的開發(fā)，厚板結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來(lái)越多，但是對(duì)于船用厚板結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，由于缺乏焊接關(guān)鍵技術(shù)，目前還只能依賴于進(jìn)口，因此開發(fā)船用厚板結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵焊接技術(shù)具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 對(duì)于厚板結(jié)構(gòu)件的焊接，其中技術(shù)難點(diǎn)為窄間隙焊接的側(cè)壁熔合問題；同時(shí)，如何提高焊接生產(chǎn)

2、效率、實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤、降低焊接殘余應(yīng)力、控制焊接變形以及獲取脫渣性能良好的埋弧焊焊劑等一直都是焊接工作者熱門研究的問題。針對(duì)該船用零部件的焊接，設(shè)計(jì)了非對(duì)稱的X型坡口，應(yīng)用了焊縫跟蹤技術(shù)，進(jìn)行了大量的焊接試驗(yàn)，制定了窄間隙埋弧焊工藝參數(shù)和焊接變形控制技術(shù)，解決了該船用零部件生產(chǎn)焊接中的問題，并且應(yīng)用于實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了該船用零部件生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化。 在焊接過程中，為了保證溫度場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和精確性，使用模擬式和數(shù)字式的溫度場(chǎng)測(cè)量裝置

3、，對(duì)整個(gè)焊接過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)紀(jì)錄，確保了焊接過程測(cè)量數(shù)據(jù)的完整性。使用小孔法測(cè)量時(shí)，通過對(duì)彈、塑性力學(xué)理論的分析以及國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)的查閱，提出了對(duì)影響殘余應(yīng)力計(jì)算的釋放系數(shù)A、B和釋放應(yīng)變中附加應(yīng)變?chǔ)舖的處理技術(shù)，確定釋放系數(shù)A=-0.8με/Mpa，B=-3με/MP，附加應(yīng)變值εm為-100με。使用小孔法對(duì)焊接模擬件的熱影響區(qū)以及遠(yuǎn)離焊縫的模擬件邊緣，進(jìn)行了焊接殘余應(yīng)力的測(cè)量，得到了可靠的和準(zhǔn)確的焊接殘余應(yīng)力分布曲線。 針對(duì)

4、該船用零部件的厚板結(jié)構(gòu)，建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，確定了相關(guān)的材料熱物理性能參數(shù)、邊界條件、熱源模型以及約束條件等，利用ANSYS軟件編寫了船用零部件厚板結(jié)構(gòu)的窄間隙埋弧焊溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的有限元分析程序，計(jì)算出了焊接熱循環(huán)曲線以及殘余應(yīng)力，模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)基本吻合，為焊接變形的優(yōu)化控制提供了依據(jù)。 在有限元仿真試驗(yàn)中，模擬分析了焊接過程中的定位焊位置、焊接線能量以及焊道布置對(duì)于焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的影響，提出了通過控制焊

5、接過程來(lái)減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的措施，優(yōu)化了焊接質(zhì)量，提高了焊接生產(chǎn)效率。通過有限元仿真試驗(yàn)可得：定位焊對(duì)船用零部件厚板結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力影響不大，但是對(duì)構(gòu)件的焊接變形有很大的影響，當(dāng)定位焊長(zhǎng)度為100mm時(shí)，可以最大程度地減輕焊接變形的矯正工作量，對(duì)焊接變形的控制具有指導(dǎo)意義；焊接過程的線能量對(duì)于船用零部件厚板結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和焊接變形有著很大的影響，模擬仿真試驗(yàn)表明：當(dāng)焊接線能量為3000KJ/m時(shí)，產(chǎn)生最小的焊接殘余應(yīng)力和焊接變形；

6、基于船用零部件厚板結(jié)構(gòu)的焊接變形難以矯正的特點(diǎn)，提出了窄間隙埋弧焊中焊接變形控制的判據(jù)，其中總體變形的判據(jù)為15mm，翻身操作的判據(jù)為1.5mm，并以此判據(jù)作為焊接操作時(shí)翻身工藝的制定，實(shí)現(xiàn)了工程許可的焊接變形的控制，減小焊后焊接變形的矯正工作。 通過項(xiàng)目的開展和研究，提出船用零部件厚板結(jié)構(gòu)的焊接方法和相應(yīng)的焊接工藝，并在保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)以及數(shù)值模擬技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，對(duì)影響焊接過程的各個(gè)因素進(jìn)行歸納和分析