钣金加工中焊接工艺技术难点之焊接工装夹具的的深入剖析！-中山铭偌金属

　　钣金加工中焊接工装使用是制造业的普遍真理：零件按严格的公差制造，任何差异都会减慢生产速度，最终导致制造商损失金钱。

　　焊接时，金属会被加热，导致金属变形。没有避免这种情况。“当焊接时，由于各种原因，金属的变形是有问题的，其中最重要的是焊缝可能在结构上不合理，”加拿大林肯电气公司营销和出口销售总监Bruce Clark说。

　　“焊接变形是由焊缝内和焊缝附近的不均匀加热和冷却引起的，这会在金属中产生残余应力，”EWI首席技术官兼技术与创新副总裁Chris Conrardy说。

　　“变形的形式和大小取决于许多因素，例如元件几何形状，材料类型，焊接设计，焊接工艺热输入，焊接顺序，工具等。”

　　焊接加热金属表面的非常特定的点，通常是边缘，这导致材料不均匀地膨胀。“金属受限于冷却金属可以进一步远离焊缝膨胀的量。这导致膨胀金属压缩，冷却后使现在压缩的金属收缩，使焊缝拉紧。这使得焊接区域变形，“米勒工业系统集团焊接工程师Kodi Welch说。

　　不同的金属在加热时会以不同的方式移动。“每种金属在热输入的基础上都有不同的膨胀和收缩系数，”Victor Technologies的高级品牌经理Tom Wermert说。

　　“你会发现铝能很快地通过材料传递热量，其中低碳钢具有中等热量传递和不锈钢，根据产品中镍和铬的含量，热量变得非常局部化到特定区域。材料根据放入其中的热量反应和扭曲不同。“

　　所有材料都会以某种方式变形，甚至是厚的材料。

　　“扭曲的类型和大小取决于许多因素，包括厚度，”Conrardy说。“非常薄的材料，例如金属板，受到一种称为'屈曲'的扭曲形式的影响，其特点是亚稳态'油罐装'和'波纹度'。对于更大的厚度，角度变形更常见，并且在厚度为5至20mm的材料中通常最明显。较厚的材料往往具有较小的变形，因为它们具有更强的固有能力来抵抗导致变形的残余应力。

　　简单回避：

　　避免焊缝变形的最简单方法是不要 过度焊接产品。“没有一个'银弹'可以解决所有类型的扭曲，”Conrardy说。“针对特定应用的最佳解决方案可能涉及组合多种失真控制方法。通常，最小化焊接变形的最简单方法之一是最小化总焊接热输入。这是通过优化焊接接头设计和程序来避免过度焊接来完成的。

　　“例如，使用8毫米角焊缝，其中5毫米焊缝足以使焊缝体积加倍，并且可以极大地影响变形。”

　　在焊接接头上花费更少的时间也可以最小化金属部件中的变形。“提高填充金属在焊缝上的速度和沉积。焊缝上的热输入和行进速度成反比。如果你的旅行速度加倍，你实际上只会将四分之一的热量投入到产品中，“韦默特说。

　　夹紧它：

　　正确夹紧工件对于创建适当的无变形焊缝至关重要。“工具可以对失真产生重大影响，”Conrardy说。“在焊接和冷却过程中正确地约束元件可以抵抗并减少某些类型的变形，例如角度变形和弯曲。”

　　必须遵守适当的钳位技术以消除失真的可能性。确保工件均匀夹紧是必不可少的。

　　“你必须确保所有的夹紧都是平衡的，这样你就不会有一块能够移动的材料而不是另一块更紧密的材料，”Wermert说。“因此，相互夹紧或平衡夹紧确实有助于消除一些失真。”

　　在端部而不是中间夹紧工件会导致工件中间的变形。对于某些关键应用，可以部署水冷夹具。

　　“当焊接金属板时，水冷夹具会将热量带离焊接部件，”克拉克说。

　　夹紧不当会产生相反的效果，即增加或加剧变形。

　　“不正确的工作控制方法可能会产生负面影响，通过将变形转移到结构的其他部分而不受约束，或增加在高度受限制区域开裂的可能性，”Conrardy说。

　　米勒工业系统集团的焊接工程师Justin Durik表示，“夹紧零件然后焊接该零件会因焊接收缩而给材料带来额外的压力”，而米勒工业系统集团焊接工程师Lex Palmer说， “取决于材料，它会限制和拉紧可能导致开裂的材料微观结构。”

　　预测失真：

　　了解零件如何扭曲将有助于焊工避免 - 或至少最小化 - 失真。

　　“有些软件包可以提供失真预测，”Palmer说。“如果没有先前的测试和测量，通常很难预测。应实施焊接程序，以确保焊接变量保持在预先测试的范围内。“

　　由于热量是造成变形的原因，因此知道有多少热量进入工件是很重要的。“热输入的简单计算是(V * A * 60 /行驶速度[ipm])。减少热量输入到焊接接头将有助于减少变形，“Durkin说。“对于简单的零件几何形状(例如，在方板上焊接的单个加强筋)，经验导出的方程可以估算出不同材料类型，厚度和焊缝尺寸的预期变形，”Conrardy说。

　　“对于更复杂的'真实世界'应用，通常需要计算机模拟来预测失真。计算机模拟技术正在迅速发展，准确性正在提高，但通常需要进行一些物理测试来验证和微调预测。“

　　焊接变形是所有焊工必须应对的事情，并且在大型制造环境中，当零件未达到要求的公差并且存在大量的废品部件时，这可能是一个显着的成本。

　　“必须控制热量输入。使用焊接工艺和接头设计，可实现更快的行进速度和更小的焊接尺寸。使用允许的最小珠粒尺寸，仍然可以提供所需的强度。如果能够，与传统的CV喷雾相比，使用脉冲设备有助于降低给定行进速度下的平均安培数。如果允许则预热。使用刚性夹具。“韦尔奇说。

　　“在某些情况下，你无法避免变形，所以你可以做的就是预先弯曲零件，这样当你焊接时，变形会在你想要的位置扭曲，”Wermert说。

　　另一种技术是以这样的方式预设零件，使得金属扭曲，以便将完成的零件拉到正确的公差中。

　　林肯电气表示，“对待焊接的部件进行预弯，预置或预压，是使用相反的机械力来抵消焊接引起的变形的一个简单例子。”

　　“平衡收缩力的另一种常见做法是将相同的焊件背靠背放置，将它们紧紧地夹在一起。焊接在两个组件上完成，并在夹具释放之前冷却。通过在夹紧之前在部件之间的适当位置装入楔子，可以将预弯曲与该方法结合。

　　“通过使用适当的工具或夹具，可以大大减少变形。此外，减少输入部件的总热量将有助于减少失真。这可以是从快速行驶到从CV焊接切换到脉冲电弧焊接的任何事情。该部件的设计将发挥作用，因为材料的弯曲将抵抗焊接变形，“Durkin说。

　　“为了尽量减少失真，制造商应该对整个生产序列进行整体观察，以评估潜在的失真贡献者，”Conrardy说。“评估应包括部件和焊接设计细节，施工顺序，材料准备方法(例如，处理，切割，焊接接头准备)，装配实践，工装方法和焊接程序。

　　“一种专注于控制生产顺序中每个步骤的变形的方法通常可以最大限度地减少由此产生的焊接变形。”

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