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摘要：焊接壳体在加工过程中，往往会出现支管筒体焊装的位置、尺寸不对，法兰厚度尺寸不符合要求等情况，同时焊缝泄露还可能引起各种质量问题，这无疑会增加焊接壳体的返修率，严重时还可能耽误整个生产进度。本文针对焊接壳体的加工工艺步骤进行了详细阐述，在焊接壳体已有加工工艺方法的基础上，尝试使用改进后的加工工艺方法，并在大量生产实践应用中，验证了改进后的工艺方法对提高壳体加工、焊接质量有非常重要的作用。
关键词：焊接壳体；加工工艺；改进
1.焊接壳体及零件分析
1.1.材料
该零件使用的是5A02（CLF2）防锈铝材料，壳体的外尺寸如下：长度为1100-3200毫米，筒体直径为300-900毫米，厚度在6-12毫米间，法兰直径范围为300-915毫米。筒体是其主要部件，其外形尺寸约为623mm*2644mm*8mm. 从其材料性能来看，其加工过程中发生的变形的机率较大，这无疑会影响整个焊接壳体的质量。
1.2. 加工工艺及性能
该壳体是5A02（CLF2）防锈铝材料，原来使用的加工工艺流程主要如下：剪—直缝坡口--滚圆—焊接—割孔—加增支撑装置--镗环缝坡口加工。其在加工中，容易因夹压而引起变形。在对筒体进行加工前，使用相应的支撑装置进行夹压加工，并无法让筒体发生塑性形变，拆除改支撑装置后，筒体会恢复其弹性变形，这就导致其加工的筒体翻边处坡口等也开始变形，使我们在焊装支管筒体与筒体对焊的过程中，出现不均匀的焊缝，且其收缩量也不同，对整个焊接壳体进行精加工后，焊装后的筒体，其法兰厚度也不相同，甚至同一法兰出现厚度相差达6mm的现象。且矫正这种变形的难度较大，即便成功也会对筒体的外观产生较大影响。综上所述，使用原来的方法来对壳体进行加工，期间还有些地方有待改进。为此，我们应对其加工工艺进行改进，以提高其加工及外观质量[1]。
2.外壳的焊接
2.1.焊接工艺分析与焊接应力的形成
焊接是采取加热、加压的处理办法来将两种工件融合在一起，这一过程中，可根据实际需求来选择是否使用填充材料。在构件中还留有一定的焊接应力，这部分应力也容易带来焊接变形等问题，甚至还可能使外壳的隔爆性能变差。开始焊接时，局部的构件处于加热状态中，各部分的变形程度也不一样，同时还会产生内热应力，越加热，其温度和内应力也会逐步上升，当内应力上升到其材料的承受极限时，构件中某些材料便会出现塑性变形的问题。焊接完毕后，温度会有所下降，各个部分所引起的收缩变形情况也不一样，此时还可能形成新的内应力。
2.2.防止焊接变形的办法
2.2.1. 焊缝的设计
设计焊缝时，焊缝的数量要尽量减少，可直接用折弯板来取代焊接板，同时还应选好焊缝所在的位置，尽可能别让其过于集中或交叉；应认真考虑焊缝的形状和结构形式，建议使用双U形坡口、双V形坡口等形状[2]。这是因为这两种结构形式能减少焊接变形的可能。此外，焊缝的截面尺寸应尽量减小，建议先使用直径较小的焊条进行焊接，这样形成的内应力相对来说也比较小，不容易出现焊接变形的情况。
2.2.2. 选择恰当的焊接工艺方法
焊接时，应先选择焊收缩量偏大的焊缝进行焊接，让其能得到自由收缩，同时内应力也能得到均衡分布。例如：在焊接防爆开关的外壳时，因对接焊缝的收缩状态较为明显，因此建议将其放在焊接的首位，焊接完这一部位后再对角焊缝进行焊接；如果焊缝完全被密封，在焊接前，我们可将构件进行装配，使其产生与焊接变形相反的预先变形，这么做也是为了避免焊接后壳体再次发生变形。
2.3.消除焊接应力
消除焊接应力的方法主要可分为四种，它们分别是：退火（整体或局部）、自然时效以及振动时效。1.退火。事实表明，整体退火的方式，可消除大多数的焊接剩余应力，效果较为明显；而局部退火只是针对局部工件进行加热，其去火效果并不明显。2.自然时效。简而言之，就是把焊接外壳放在露天环境下，并持续一段时间，使构件中剩余的应力能在自然环境的影响下逐渐消除；3.振动时效。主要是指通过机械振动的方法来抵消其构件内部的残余应力，它能较好的稳定工件的尺寸及形状。4.水压试验。水压试验中，应及时检查壳体冷段压力以及温度，避免其起压，等到金属元件和焊缝上无水珠泄露，受压元件也未发生残余变形，即可判断水压试验合格[3]。
3.加工工艺方法的改进
从上述工艺方法来看， 要解决外壳因焊接加工而产生变形的问题， 本文针对壳体焊接加工工艺提出了下列两种改进方法。焊装零件壳体时，应给支撑装置留出一定的位置与空间，等到壳体被完全焊装好后，再将支撑装置拆除。尽管该方案可避免筒体弹性变形后带来的加工质量问题， 不过由于壳体类型较多，所耗费的生产成本也较高。
加工好零件坡口后，将支撑装置拆除，在焊装壳体时再把它装夹在筒体零件上， 这样原坡口的加工状况就能得到恢复。该方案可有效减少筒体滚圆和翻边所产生的圆度变形问题， 不过因简体外形尺寸比较大，零件壁薄，装好支撑装置后，很难再调整到原来的加工状况，且生产效率不高。而如果是对这种筒体外壳加工工艺方法做出改进，改进后的工艺流程大体为：剪—直缝坡口—滚圆—直缝焊接—割孔—翻边—加增支撑装置—镗加工筒体坡口—焊接大法兰等。从这一流程中我们看到，镗加工、焊接大法兰等多道工序的增加，可较好的解决原来工艺中筒体变形所引发的质量问题，实现了各工序间的有效传递，使其生产效率得到有效提高。通过对上面几种工艺方法的对比和分析，在实际生产中，我们建议使用后一种加工方法，它能保证壳体的加工、焊接质量，同时也能降低壳体加工的返修率。
4.结论
通过大量的试批量生产实践，我们最终确定了该工艺方法的稳定与可行性，并看到了它在制造大型焊接壳体时所具有的明显优势，同时它也能有效减少壳体变形的机率。该工艺的应用，改变了以往大型焊接壳体的生产工艺，因此也值得在公司使用和推广。
参考文献
[1] 赵如福.金属机城加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版杜，1979.
[2] 张贵华. 焊接壳体加工变形与工艺方法的选择[J].大型铸锻件，2007（1）
作者简介：张永华1982年出生 女 安徽阜阳人 ，大专学历 在玉环县远力电器有限公司 技术部部长 负责高压开关GIS壳体铝产品生产等技术工作
关键词：焊接壳体；加工工艺；改进
1.焊接壳体及零件分析
1.1.材料
该零件使用的是5A02（CLF2）防锈铝材料，壳体的外尺寸如下：长度为1100-3200毫米，筒体直径为300-900毫米，厚度在6-12毫米间，法兰直径范围为300-915毫米。筒体是其主要部件，其外形尺寸约为623mm*2644mm*8mm. 从其材料性能来看，其加工过程中发生的变形的机率较大，这无疑会影响整个焊接壳体的质量。
1.2. 加工工艺及性能
该壳体是5A02（CLF2）防锈铝材料，原来使用的加工工艺流程主要如下：剪—直缝坡口--滚圆—焊接—割孔—加增支撑装置--镗环缝坡口加工。其在加工中，容易因夹压而引起变形。在对筒体进行加工前，使用相应的支撑装置进行夹压加工，并无法让筒体发生塑性形变，拆除改支撑装置后，筒体会恢复其弹性变形，这就导致其加工的筒体翻边处坡口等也开始变形，使我们在焊装支管筒体与筒体对焊的过程中，出现不均匀的焊缝，且其收缩量也不同，对整个焊接壳体进行精加工后，焊装后的筒体，其法兰厚度也不相同，甚至同一法兰出现厚度相差达6mm的现象。且矫正这种变形的难度较大，即便成功也会对筒体的外观产生较大影响。综上所述，使用原来的方法来对壳体进行加工，期间还有些地方有待改进。为此，我们应对其加工工艺进行改进，以提高其加工及外观质量[1]。
2.外壳的焊接
2.1.焊接工艺分析与焊接应力的形成
焊接是采取加热、加压的处理办法来将两种工件融合在一起，这一过程中，可根据实际需求来选择是否使用填充材料。在构件中还留有一定的焊接应力，这部分应力也容易带来焊接变形等问题，甚至还可能使外壳的隔爆性能变差。开始焊接时，局部的构件处于加热状态中，各部分的变形程度也不一样，同时还会产生内热应力，越加热，其温度和内应力也会逐步上升，当内应力上升到其材料的承受极限时，构件中某些材料便会出现塑性变形的问题。焊接完毕后，温度会有所下降，各个部分所引起的收缩变形情况也不一样，此时还可能形成新的内应力。
2.2.防止焊接变形的办法
2.2.1. 焊缝的设计
设计焊缝时，焊缝的数量要尽量减少，可直接用折弯板来取代焊接板，同时还应选好焊缝所在的位置，尽可能别让其过于集中或交叉；应认真考虑焊缝的形状和结构形式，建议使用双U形坡口、双V形坡口等形状[2]。这是因为这两种结构形式能减少焊接变形的可能。此外，焊缝的截面尺寸应尽量减小，建议先使用直径较小的焊条进行焊接，这样形成的内应力相对来说也比较小，不容易出现焊接变形的情况。
2.2.2. 选择恰当的焊接工艺方法
焊接时，应先选择焊收缩量偏大的焊缝进行焊接，让其能得到自由收缩，同时内应力也能得到均衡分布。例如：在焊接防爆开关的外壳时，因对接焊缝的收缩状态较为明显，因此建议将其放在焊接的首位，焊接完这一部位后再对角焊缝进行焊接；如果焊缝完全被密封，在焊接前，我们可将构件进行装配，使其产生与焊接变形相反的预先变形，这么做也是为了避免焊接后壳体再次发生变形。
2.3.消除焊接应力
消除焊接应力的方法主要可分为四种，它们分别是：退火（整体或局部）、自然时效以及振动时效。1.退火。事实表明，整体退火的方式，可消除大多数的焊接剩余应力，效果较为明显；而局部退火只是针对局部工件进行加热，其去火效果并不明显。2.自然时效。简而言之，就是把焊接外壳放在露天环境下，并持续一段时间，使构件中剩余的应力能在自然环境的影响下逐渐消除；3.振动时效。主要是指通过机械振动的方法来抵消其构件内部的残余应力，它能较好的稳定工件的尺寸及形状。4.水压试验。水压试验中，应及时检查壳体冷段压力以及温度，避免其起压，等到金属元件和焊缝上无水珠泄露，受压元件也未发生残余变形，即可判断水压试验合格[3]。
3.加工工艺方法的改进
从上述工艺方法来看， 要解决外壳因焊接加工而产生变形的问题， 本文针对壳体焊接加工工艺提出了下列两种改进方法。焊装零件壳体时，应给支撑装置留出一定的位置与空间，等到壳体被完全焊装好后，再将支撑装置拆除。尽管该方案可避免筒体弹性变形后带来的加工质量问题， 不过由于壳体类型较多，所耗费的生产成本也较高。
加工好零件坡口后，将支撑装置拆除，在焊装壳体时再把它装夹在筒体零件上， 这样原坡口的加工状况就能得到恢复。该方案可有效减少筒体滚圆和翻边所产生的圆度变形问题， 不过因简体外形尺寸比较大，零件壁薄，装好支撑装置后，很难再调整到原来的加工状况，且生产效率不高。而如果是对这种筒体外壳加工工艺方法做出改进，改进后的工艺流程大体为：剪—直缝坡口—滚圆—直缝焊接—割孔—翻边—加增支撑装置—镗加工筒体坡口—焊接大法兰等。从这一流程中我们看到，镗加工、焊接大法兰等多道工序的增加，可较好的解决原来工艺中筒体变形所引发的质量问题，实现了各工序间的有效传递，使其生产效率得到有效提高。通过对上面几种工艺方法的对比和分析，在实际生产中，我们建议使用后一种加工方法，它能保证壳体的加工、焊接质量，同时也能降低壳体加工的返修率。
4.结论
通过大量的试批量生产实践，我们最终确定了该工艺方法的稳定与可行性，并看到了它在制造大型焊接壳体时所具有的明显优势，同时它也能有效减少壳体变形的机率。该工艺的应用，改变了以往大型焊接壳体的生产工艺，因此也值得在公司使用和推广。
参考文献
[1] 赵如福.金属机城加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版杜，1979.
[2] 张贵华. 焊接壳体加工变形与工艺方法的选择[J].大型铸锻件，2007（1）
作者简介：张永华1982年出生 女 安徽阜阳人 ，大专学历 在玉环县远力电器有限公司 技术部部长 负责高压开关GIS壳体铝产品生产等技术工作