不锈钢机架焊接变形的热矫正

孙桂萍，吴万平

（1.武汉电力设备厂技术中心，湖北 武汉 430064；

2.中船重工集团第七二二研究所装备生产部，湖北 武汉 430079）

不锈钢机架焊接变形的热矫正

孙桂萍1，吴万平2

（1.武汉电力设备厂技术中心，湖北 武汉 430064；

2.中船重工集团第七二二研究所装备生产部，湖北 武汉 430079）

分析了一种不锈钢机架的加工制造过程及变形矫正方法。首先，根据机架的结构特点和尺寸要求，制定了合适的焊接工艺；然后，细致分析了该结构焊接变形的主要原因；在此基础上，采用火焰及水冷却的方法对结构的变形进行矫正，最终使结构尺寸达到了设计图纸的各项要求。

机架；焊接变形；热矫正；水冷却

随着机械工业的发展，大型结构件被广泛地应用于轮船、桥梁、航空、重型机械等工业生产中，它们一般是由许多零部件焊接而成，体积庞大，自身质量较重。由于材料自身、设计水平、加工工艺、承受载荷等因素的作用，这些大型构件经常发生弯曲、扭曲、翘曲等工艺形变。构件形变的存在一方面影响其美学效果，但更为重要的是将影响其整体的尺寸及几何形状精度、安装精度，乃至降低结构的强度，引起结构失稳，带来极大的安全隐患。因此，在大型构件的生产、制造和安装使用过程中，需尽量控制其变形的发生，一旦变形过大，应予以相应地矫正。构件的变形矫正一般是通过一定的外部能量作用，在不去除或添加材料的前提下，产生永久性反向变形，使变形零件或坯料的外形在容差许可的范围内，逼近设计外形或相应技术标准要求的成形操作。本文就一种常见的不锈钢机架的变形矫正问题作简单的讨论分析。

1 机架简介

机架采用1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接而成，如图1所示，它由上板、左右侧板、基板组成。上板长980mm，宽1 050mm，厚12mm；两侧板高760mm，宽 1050mm，厚16mm；基板长980mm，宽1 050mm，厚20mm。上板下面两侧板之间有两条直筋板。两侧板与基板分别有4个三角形加强筋，两侧板上预加工有多对轴承的安装预留孔，右侧端盖加工有安装预孔，基板上设计有防振方孔及槽。

焊接后要求上板的平面的不平度小于1.5mm；上板与基板及左右两侧板间的不平行度均小于1mm。图1中所示的C、D、E三孔中心线的相互间的平行度小于0.05mm，各孔在两侧板的同心度小于0.05mm。

图1 机架结构图

2 机架的制造工艺

根据机架的结构特点，综合考虑各部件的作用要求，选择合适的下料尺寸对钢板进行裁剪。由于焊接时钢板会沿长度和宽度方向收缩，因此，下料时不能直接按照图纸尺寸进行切割，根据经验，上板放1mm，侧板放1～2mm，以补偿焊接收缩量。

在采用自动切割机对各部件进行下料过程中，不可出现切割停顿，以免出现缺口。下料完成后，将两侧板用半自动切割机和导轨开坡口，坡口的角度偏差一般要求小于±2.5°，并采取刨边处理。

组装时，先将基板和上板校平，并在基板上划出两侧板和加强筋板的位置线，然后用直角靠模将两侧板及加强筋板定位、点焊，点焊长度为40～50mm，间隔300～400mm，焊高3mm。完成后，用直角靠模校正，合格后覆盖上面板。

机架的四条主焊缝的焊接非常重要。为此，首先需要把焊接区域两侧20mm范围内的铁锈、熔渣、毛刺清理干净，直到看见金属光泽，然后施焊。焊接时，要求按对角对称的顺序展开施焊，并保证不出现断弧。在焊接过程中，对机架的变形情况进行实时观察，出现变形过大时要及时矫正，避免累积变形过大。为避免一次焊接不能达到焊接要求，采用分层施焊，先打底焊，然后再盖面焊。

3 机架变形的热矫正

由于其实际焊接装配时，防变形措施不力，检查不到位，机架最终焊接成型的整体变形过大：上板与基板平面度分别为2.5和2，左侧板平面度为2.5，右侧板平面度为3，造成机架扭曲变形，平行度和垂直度超差严重，局部超差严重的有约5～6mm。

引起上述变形的主要原因是：焊接时，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，焊缝及其附近的金属温度很高，金属膨胀变形较大，而远离电弧的其余大部分金属受热较小或不受热，金属膨胀变形较小，于是，受热金属的膨胀受到阻滞和抑制，产生了压缩塑性变形；而机架完全冷却后，焊缝和及其附近金属的“晶纤”因冷却收缩而变短，又受到周围未受热金属的限制而使焊件产生内应力，以致产生变形，最终造成整个结构的形状和尺寸发生变化，方框结构的垂直度、对角线的长度不等，侧板出现凸凹不平的变形现象。如果将该机架直接安装，用于驱动其它机构运转，将产生较大的机械振动，甚至带来结构的失稳。因此，必须对该机架进行矫正。

对此类变形严重的不锈钢机架，一般采取热矫正的方法进行修正。首先，进行稳定化热处理以改善应力分布，消除应力集中；而后，采用焊烧的方式在钢板的凸起处进行加热，加热至樱红色后，对相应部位浇泼冷水，使拉长的“晶纤”得到展开，以达到矫正的目的。按上述方式，由里至外呈放射性对称操作，并反复实施，直至达到尺寸要求。加热时，忌用螺杆式千斤顶支撑变形凹面，以防止过度反变形的发生。

4 结束语

通过上述热矫正方法对机架的外形进行反复修正，使其平行度和垂直度接近设计图纸的要求。然后，合理选择机架的加工基准，对上下平面进行去余量加工，对左右侧板各孔进行对穿精镗，在去除预留余量的同时，达到预设计图纸的各项技术指标。

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Stainless Steel Frame Welding Deformation of ThermalCorrection

SUNGui-ping1，WUWan-ping2
（1.Wuhan Power Plant Technology Center，Wuhan 430064，China；2.Production Equipmentof the Seven Two Two Ship Heavy Industry Group，Wuhan 430079，China）

Themanufacturing process,a stainless steel frame and the deformation correctionmethodsare analyzed.First of all,based.First of all,based on the structure and size of the request frame,the formulation of appropriatewelding process;and then,a detailed analysisof themain causesof thewelding deformation of the structure.On thisbasis,using themethod of flame and water cooling on the deformation of the structure size correction,finally achieves the design requirements of the drawing.

frame；welding deformation；thermal correction；water cooling

TH16

B

1672-545X（2014）04-0085-02

2014-01-06

孙桂萍（1966—），女，辽宁大连人，中级职称，研究方向为机械制造及工艺。