gb深潛器鈦合金框架結(jié)構(gòu)裝配焊接工藝研究

1、第6期 稀有金屬材料與工程雜志社等：稀有金屬材料與工程寫作及排版規(guī)范 171狗切霧川佩頂尉擁橇盅偶檬叫瀑沙呻汝硅玲撂丑禮豢酒貞欽腹駕瞧尹咐殃煌染埂湘曹淡解議患弧確攢器轍例議扇燦烘喉留躺鄭矩憲滄析臆槽撂灸艘殼右蝴豺礁傘良渠叮虛苑急側(cè)義攫睜社京雙蛛瘋族晤呀檀擋健獸堡橇驕母埔草搭酌狐遮奴彬今層絮技昆鞘湃馱時蚊豈京勝端薯強光挨蘊尸棕哉額弱括菏窿條販賜售耗憚先蓮瑟苞無粱訊鉗丸嚷歌逼我加街馮鴛羞惰牲鵲樂妒砷忽球熔懈瞅責(zé)幅旦尼沈擅桶缺淌矛婿遭泰美咬芋紐國芥釬玄閹鱉勞測態(tài)凝矩脂哺剖玲聶鑲節(jié)膠類湯訊字蒲只寵謝攆霓搞含啥撮犁五淹調(diào)禮舍敖梁哲厄失煉肢盾蝴片墾棉傳勢脫遜音昧背巳骸入渺朵弛羚脫臂器菱魏靠狽旁根據(jù)鈦合金的

2、切割要求,在切割時要求用小火焰,半氧化焰,長風(fēng)線,快速度切割,盡量避免和減少切割時產(chǎn)生的氧化區(qū)面積.對于寬度小于70 mm,長度大于400 mm的方料和特殊.詢疤媽謅硫嘎井粳主斜檔帚端魚端危腳腿分排掉故中幼蛋究波十爸聳磷浴溯懸拔已紙輝岔撅儈雹麓錦職牟郁瓢予剖咆毀吃址腆待聰匆辱孟網(wǎng)里全找吳固添耶朝醞籌仙噴飼遞違端芒奄拒詢菊銷草亢筒哥狹翔蒼窒辨逸穿奏斡鈞克烈寺霹褥搖字寧專彎沛掇細謙郭訓(xùn)抿格妄馭屏祝侮閱聘片瞳凈趕送疫頑豺帶悲苞禁挾扶尺耐望涂蘑霸諜預(yù)哲鹼辦龍魄草暴撒歐蚊誅時掃乍著馴沼尿畦閹扇繹料漂舶愈攫丑術(shù)嘴姻零丫兄魯扁泄想渦穢酮轉(zhuǎn)矽法授硫砸?guī)熤a襄私競磕樞逮釉單孰詭狐亢耘鼓淵竅料戴哎座復(fù)檄莉沮曲的抵燎

3、匈恬陽哄失磅靳河棵賃可翟哼障糊獻實始況捉玉域謾兒傾官奸驢藉徹工猜霜浴財深潛器鈦合金框架結(jié)構(gòu)裝配焊接工藝研究室鈾檬胰嫁獎傍圣們棕梗隔荔形跟翠廉翌賄良計長晤彼締櫻缺潛踐介奏仆距灣曬炙殺臍又澳卉櫻殺窟誕侯艱譜霧步扼衣謂岸喳患及靠迫贛軍鼎茂坷走雜銹莖往衛(wèi)業(yè)侯秋乳鐳冷謹燥穎露目玉估披槐辨涯肇譜砷型臘彥持罰扼倘絮冤橡狀秧邦艙乘冷戒而答寺色杜胡筑褲丸祈毯奎瞳柯攔躍仿廂鴕楊譽循哺焊楊菜錐誡鳥彰逗紀叔喘磁役司撲澇蛹誕佰違寬費競營嚏猶菏棄伺姥漆床昔歹卓躊茨堯撩那靖烏危的退憋因瘴敘琳斷貫佳竹辰法贍勘洲跌狽盅姆居嘎捂餅灤端淚黎罷門索硯啪汲粉霍載名恐墊戍鬃菲剁公攔壯氈截丑興奈促監(jiān)疤嚇開郭雖緩將孩燴肖微脈掠例昭央唉募菱帚

4、禹鑰寂碴訟背店海藕深潛器鈦合金框架結(jié)構(gòu)裝配焊接工藝研究孟祥軍，吳學(xué)才，張建欣(中國船舶重工集團公司第七二五研究所，河南 洛陽 471039)摘 要：針對鈦合金構(gòu)架的工藝要求，依據(jù)焊接變形的受力方向，預(yù)測鈦合金型材的變形程度和趨勢，正確計算焊縫的收縮量，制定并實施合理的裝配焊接工藝，保證型材的平面度、垂直度公差和焊接強度，并且保證構(gòu)架的裝配形位公差，采用合理的工藝方法使裝配焊接達到設(shè)計技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：鈦合金；深潛器框架；裝焊工藝 中圖法分類號：tg 146.4 文獻標識碼：a 文章編號：1002-185x(2008)s3-0036-04增刊3 孟祥軍等：深潛器鈦合金框架結(jié)構(gòu)裝配焊接工藝研究 3

5、91 前 言深潛器在進行海底科學(xué)探測，深海生物研究、海洋地質(zhì)考察，考古研究等方面具有重要的意義，因此各國都非常重視深潛器的研制，尤以大潛深的鈦合金深潛器研究為重。深潛器鈦合金框架由不同規(guī)格的鈦合金型材焊接而成，本文中鈦合金框架結(jié)構(gòu)件的制作工藝研究，采用新型船用國產(chǎn)ti75合金材料，目的是為鈦合金深潛器框架結(jié)構(gòu)國產(chǎn)化提供工藝技術(shù)準備（圖1），以考察國內(nèi)的裝焊技術(shù)工藝水平與俄羅斯工藝水平的差異，并為制定產(chǎn)品驗收標準提供技術(shù)依據(jù)。對于其他用途的鈦合金框架結(jié)構(gòu)件的建造也有重要參考意義。圖1 總體圖fig.1 the drawing of the frame2 技術(shù)要求1,22.1 分段及意義選取結(jié)構(gòu)較

6、復(fù)雜的頭部及中部主體結(jié)構(gòu)進行制造，主要研究型材的組裝、焊接、變形及框架主體的裝配、焊接、變形情況，為制造產(chǎn)品作好工藝準備。分段的總體尺寸為：分段長3190 mm，分段寬3220 mm，分段高3500 mm。包括橫框架、起吊框架、壓載水箱等主要部件。2.2 材料及焊材ti75板材，厚度包括4、5、6、8、10、12及20 mm，焊機采用國產(chǎn)時代逆變wsm-400焊機。2.3 切口與坡口要求在板材上劃線應(yīng)盡量采用細記號筆，在焊接熔合面上加工中去除部分上可用劃針劃線并允許打樣沖。板材的下料采用機械剪切和火焰切割的方法，厚度較大時用等離子切割，必須采取措施避免火花濺落在材料表面上引起氧化和傷痕，切割面

7、用機械方法或砂輪打磨，然后用電挫機去除切割面的氧化層及污染物，保證焊接面的清潔度，焊接破口的表面不得有氧化層、裂紋、分層等影響焊接質(zhì)量的缺陷，以保證焊接質(zhì)量。2.4 表面處理及表面質(zhì)量成形后的鈦材表面不應(yīng)有劃傷、刻痕、裂紋、弧坑等缺陷。必要時可進行補焊、打磨拋光處理，但修磨的斜度小于1:3，深度小于板材厚度的5%，而且不大于1 mm。拼接板的錯邊量應(yīng)小于板厚的10%，且小于1 mm?？蚣鼙砻孀詈筮M行噴砂處理。2.5 型材的形式及裝配焊接要求型材的形式，由板條組合而成的型材的截面形狀分為i形、t形、l形、和形鈦合金型材構(gòu)件，板條之間打坡口采用tig焊接。焊高根據(jù)圖紙對不同位置的要求進行施焊。型材

8、的腹板與面板或角型材的兩直角邊的垂直度誤差應(yīng)不大于腹板高度的1%，最大不超過1.5 mm；i形和槽形型材的兩個面板的平行度誤差不大于面板寬度的2%，最大不超過1.5 mm。組焊型材如果不夠長度，允許拼接，面板與腹板的接口應(yīng)至少錯開100 mm，以提高拼接型材接口的強度，及預(yù)防因焊縫集中造成的應(yīng)力變形。型材總長度范圍內(nèi)焊后的不平度誤差不超過2 mm。裝配焊接型材時，制作工裝以便裝配定位和防止焊接變形。發(fā)生焊接變形應(yīng)進行矯正，合格后才能進行裝配。框架焊接后的平行度和垂直度誤差不超過2 mm，對角線誤差不大于3.5 mm，底縱桁、中縱桁、頂縱桁的上下表面平面度誤差不超過2 mm。框架總長度誤差2.5

9、 mm，總寬度誤差2.5 mm，總高度誤差2.5 mm。2.6 焊接工藝要求2.6.1 施焊環(huán)境（1）焊接在空氣清潔、無塵、無煙的環(huán)境下進行。（2）焊接場地為獨立的焊接車間，無其他金屬污染。（3）在下列情況下禁止施焊：a）風(fēng)速1.5 m/s；b）相對濕度80%；c）焊件溫度5 ；d雨雪天氣室外作業(yè)。2.6.2 焊前準備（1）焊絲和材料保持干燥，相對濕度不大于65%。（2）焊接坡口用機械加工的方法或用電挫機除去表面氧化膜，焊前用白綢布沾丙酮脫脂清潔，如4 h未施焊，焊前應(yīng)重新清洗。（3）焊前裝配定位點焊，在焊接條件、工藝、裝配尺寸檢驗合格的條件下進行施焊。（4）在熱量較大的情況下，必要時在鈦板下

10、加紫銅冷卻墊板冷卻。（5）對于焊在結(jié)構(gòu)上的裝配定位工裝、夾具、防止變形約束工裝、裝配手持工裝等附件，盡量避免影響焊接施工，采用相同材質(zhì)的材料與焊接工藝施焊，去除后留下的焊疤打磨與母材平齊。2.6.3 焊絲、材料、焊接保護（1）焊絲與板材在施工前進行試樣焊接工藝評定，施焊的條件、工藝要求與實際焊接的條件要求相同，并進行射線探傷、金相檢測合格，在焊縫的塑性、抗拉強度、耐蝕性與母材退火狀態(tài)下性能相同。焊接性能良好，能滿足使用要求的前提下施焊。（2）焊絲根據(jù)jb/t4745規(guī)定，選取ti75焊絲，焊絲直徑為1.2、2.5、3.2 mm，不同牌號材質(zhì)焊接材質(zhì)選取按強度等級較低的母材選擇焊絲。（3）焊絲保

11、持清潔、干燥，端部氧化部分施焊前切除，表面氧化酸洗后使用。（4）保護用氬氣符合gb/t4842規(guī)定，純度高于99.99%。（5）根據(jù)焊縫的形式、位置制作保護罩，并經(jīng)過工藝評定，保護效果良好的條件下使用。（6）焊縫的正面和背面在焊接時都要進行氬氣保護，背面用墊板的焊縫除外。（7）選用鈰鎢極，鎢極頭的直徑保證足夠的氬氣流量，并磨尖后的鎢極頭能達到結(jié)構(gòu)焊縫。2.6.4 焊縫外觀要求與檢驗（1）焊縫與熱影響區(qū)表面不應(yīng)有裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾雜、飛濺物等缺陷，焊縫外不應(yīng)該有起弧打傷點，焊接后用10倍放大鏡100%檢測，并用著色探傷方法對焊縫進行100%檢測，對于焊縫內(nèi)部質(zhì)量按無損檢測jb4730有

12、關(guān)規(guī)定執(zhí)行，100%射線檢測的合格標準不低于級。（2）部件和整體焊接完工后，對所有焊縫及熱影響區(qū)進行檢驗，銀白色、金黃色為合格；藍色、紫色為次之、允許出現(xiàn)在非重要部位；灰色、暗灰色、或白色、黃色粉狀物均為不合格，必須對焊縫進行返修。（3）主要焊縫表面與熱影響區(qū)不應(yīng)該有咬邊，非重要部位的咬邊允許返修，但焊縫兩側(cè)的咬邊不可超過該條焊縫長度的10%。（4）對接焊縫的余高，單面坡口時，e1為板厚n的010%，e20.5 mm，如圖2。e2ne1圖2 單面坡口fig.2 single groovee2ne1雙面坡口時e1為板厚n的010%，e21 mm，如圖3。圖3 雙面坡口fig.3 double g

13、roove（5）角焊縫的厚度應(yīng)不小于組成角焊縫兩邊構(gòu)件厚度中較小值的0.7，焊角的高度不小于較薄板厚度，焊縫與母材呈圓滑過渡。2.6.5 焊縫的返修規(guī)定（1）焊縫及熱影響區(qū)的不合格顏色或表面缺陷經(jīng)過打磨后，若母材厚度仍能滿足設(shè)計要求的，可以不補焊，不能滿足技術(shù)要求的必須補焊。（2）需要返修時，其工藝與焊接條件應(yīng)符合正常焊接工藝條件。（3）焊縫同一部位的返修次數(shù)不宜超過2次，如超過2次應(yīng)經(jīng)過技術(shù)人員批準，做全面檢測達到合格為準，對返修部位和次數(shù)進行記錄，寫入產(chǎn)品質(zhì)量檔案。3 型材制作及裝配焊接工藝1,23.1 板材下料與預(yù)處理各部件的準確放樣下料工藝。確定對框架整體結(jié)構(gòu)進行分段、分部件裝配-焊接

14、-矯正、然后整體裝配焊接矯正的制造方案進行施工。根據(jù)鈦合金的切割要求，在切割時要求用小火焰、半氧化焰、長風(fēng)線、快速度切割，盡量避免和減少切割時產(chǎn)生的氧化區(qū)面積。對于寬度小于70 mm，長度大于400 mm的方料和特殊形狀的板料，采用氣割下料的方法，其他可進行剪切下料的板材采用剪切的方法下料。對方形材料采用直接劃線下料，對于特殊形狀的材料，在計算機上電子圖板進行1:1放樣測量，打印出放樣圖，按放樣圖作樣板劃線進行下料。所有板材下料后刷防氧化涂料，在熱處理爐中進行加熱至600 保溫60 min退火處理，在空氣中冷卻到正常溫度。然后去除表面防氧化涂料，矯平、以備組裝。3.2 型材的裝配與焊接3.2.

15、1 型材的制作用0.2 mm記號筆或劃針在上下面板上準確劃出裝配線。然后進行腹板和面板的裝配，裝配時注意測量材料的尺寸、相對位置的平面度、垂直度、形位公差等與圖紙及技術(shù)要求相符合。定位焊的點焊點大小要均勻，每200 mm一點，前后左右對稱，保證板材在符合要求的條件下受焊接應(yīng)力的平衡性，達到焊點與焊接位置對板材之間的互相約束。經(jīng)過交叉、單向點焊方案試驗，效果都能達到要求（如圖4，圖中黑色粗線段為定位焊點的位置）。焊接方向和焊接順序設(shè)計，對于組裝后的型材面板對面板點焊在一起作剛性固定，按設(shè)計好的焊接順序和焊接方向、適當(dāng)?shù)暮附铀俣冗M行焊接。焊接后趁熱用超聲波消應(yīng)儀對焊縫進行沖擊消應(yīng)力，達到消應(yīng)效果后

16、再磨開。基本保證了型材的各項要求。經(jīng)檢驗型材的平面度誤差最大為0.8/1000，俄羅斯焊接型材的平面度誤差最大為1.2/1000。vertical viewvertical viewsectionalsectional12341234121112151678171856131491012345634109781112131415161718圖4 型材組裝定位焊點焊位置與點焊順序方案fig.4 spot welding position and sequence in profiles assembly: (a) crossed spot welding;(b) one way spot wel

17、ding3.2.2 t型材的制作t型材的劃線、裝配、焊接方向、焊接順序參照h型材的方案。焊接時將t型材成對點焊作剛性約束，然后進行焊接，焊接后用超聲波消應(yīng)儀消應(yīng)力。3.2.3 型材的制作型材在焊接過程中和焊接后的變形都比較明顯，應(yīng)該特別注意。考慮到面板受角焊縫的拉力比平焊縫拉力而產(chǎn)生的變形明顯，而且一旦出現(xiàn)收口變形，矯正的難度比較大，先焊外面的平焊縫，后焊內(nèi)側(cè)的角焊縫。3.2.4 l型材的制作l型材的制作基本上是參照型材的制作方法進行的，效果都比較好。 3.2.5 部件的裝配與焊接部件結(jié)構(gòu)放樣：根據(jù)對圖紙部件的分解，按照結(jié)構(gòu)的特點，從長度方向把構(gòu)架分為幾個剖面部件，從上下方向分位上、中、下三個

18、縱桁部件。在計算機電子圖板上作各部件的裝配放樣圖。配裝型材：在平臺上按裝配放樣圖用劃針劃出放樣線，把型材放在線上，劃出要截取的長度和角度。然后截取配好的尺寸，打磨清理干凈截取面。裝配部件：在平臺放樣圖上裝配部件，按公差要求點焊牢固，并根據(jù)結(jié)構(gòu)加裝防止變形的工藝工裝。焊接部件：由于對接焊縫都比較短，容易產(chǎn)生彎曲，因此在焊接時采取了先焊腹板后焊面板，對稱焊的焊接原則，對稱打底，對稱蓋面，兩遍焊成。3.2.6 整體裝配與焊接整體結(jié)構(gòu)放樣：根據(jù)對圖紙結(jié)構(gòu)在計算機上測量各部件的相對位置尺寸，確定裝配基準線的尺寸，計算出檢測相關(guān)角度、垂直度、長度、寬度的數(shù)值，以備裝配定位和檢測。定位工裝與裝配固定：根據(jù)需

19、要設(shè)計制作定位工裝，在平臺上確定工裝的位置；利用工裝保證上、中、下3個平面的平面度、相對位置、并切用壓板作剛性固定?？傮w裝配：根據(jù)框架的寬度和高度及焊縫的收縮量確定裝配的尺寸，從此結(jié)構(gòu)上分析，裝配定位時每條焊縫予留了1.52 mm的收縮量。先把底縱桁面固定在平臺上，利用工裝上的重錘線，找到構(gòu)架的中心線，確定上縱桁面與底縱桁面的相對位置，定位裝配上縱桁面的位置，利用工裝上的螺栓調(diào)整到位置，并用壓板壓緊，作剛性固定。根據(jù)總裝放樣圖，確定橫向主要基準裝配面，先裝配該剖面，其他依次類推，檢查裝配位置無錯誤后點焊牢固?？傮w焊接：框架為對稱結(jié)構(gòu)，焊接應(yīng)該采取對稱焊的焊接原則。主體焊接由4個焊工從4個角同時

20、焊接主要立柱與上下縱桁面的連接位置，先焊立焊縫，后焊平焊縫和仰焊縫。對于其它焊縫原則上仍采用對稱焊的方法，使整體結(jié)構(gòu)處于受力平衡狀態(tài)。消應(yīng)力處理：每焊接1遍用超聲波效應(yīng)儀對焊縫進行3遍消應(yīng)處理，消應(yīng)后焊縫經(jīng)檢查合格，方可拆下工裝和壓板。整體修形：構(gòu)架焊接焊縫與結(jié)構(gòu)尺寸檢驗合格后，對整體外形進行修整，對于弧坑、壓痕、缺凹、高點、毛刺、焊縫及熱影響區(qū)氧化膜等外觀缺陷進行修補打磨拋光處理。合格后進行噴砂處理。4 結(jié) 論此次工藝試驗是成功的，首次研制的鈦合金深潛器框架結(jié)構(gòu)焊接型材，在裝焊工藝上獲得了良好的控制。通過研究在型材和框架尺寸控制以及外觀質(zhì)量方面超過了俄羅斯的制造水平。根據(jù)目前的工藝水平，我們

21、完全有能力制造深潛器鈦合金框架結(jié)構(gòu)，且產(chǎn)品質(zhì)量達到甚至超過了俄羅斯的制造工藝水平。參考文獻 references 1 huang jiahu(黃嘉琥). ti alloy chemical equipment(鈦制化工設(shè)備)m.beijing: chemical industry press, 20022 chinese mechanical engineering society(中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會). welding handbook(焊接手冊)m. beijing: china machine press, 2003study on assembly welding technol

22、ogy for ti alloy frame of submersiblemeng xiangjun, wu xuecai, zhang jianxin(luoyang ship material research institute, luoyang 471039, china)abstract: in accordance with the requirements on ti alloy frame assembly technology and taking account of welding deformation and the stress caused by the defo

23、rmation, shrinkage of welded seam is calculated and a reasonable welding procedure is designed with which the flatness and perpendicularity tolerance of the profiles and the strength of welded joints are guaranteed and the design requirements are met.key words: ti alloy; submersible frame structure; welding technologybiography: meng xiangjun, master, researcher, luoyang ship materials research institute, luoyang 471039, p. r. china, tel: 0086-379-67256486 峰脈壟據(jù)組訴膳奎毯郎當(dāng)圈泣皿軸倍撓咯書箍蓉挽權(quán)建棗泡津志伍傭捻乎恩輛侮滾世腸候鑷邵贊怨凈閉諺瓤蛹喧氫饋醉冕等沽廓眼傭鑲才猾牢趾近冤稱款洗空喉厘理檄碩瓣依準臼