舰载雷达全密闭式钣金机柜焊接变形工艺控制技术

吴建宁

(中国船舶重工集团公司第七二四研究所,南京 211153)

0 引 言

舰载雷达全密闭式钣金机柜的结构形式与以往常用的通用机柜有所不同。机柜的全密闭形式，除内部需要焊接的零部件外，其余各处的焊缝均要求为连续焊接。因此，易产生焊接应力和焊接变形，从而不仅导致机柜整体结构的强度、刚度、尺寸精度、稳定性及密封性能的降低，还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗。[1-3]因此，为减小焊接变形，本文首先对焊接变形的机理进行了分析，并阐述了目前焊接变形的工艺方法，最后针对全密闭式钣金机柜的结构特点和工艺要求提出了几点有效的措施,使所加工的机柜完全满足设计使用要求。[4-5]

1 焊接变形的形成原因

焊接变形产生的原因是多方面的，但主要产生原因是焊接应力。在焊接过程中，各个焊接件在受热时产生的热胀效应，而在冷却时发生收缩，并且彼此之间的热胀冷缩还不均匀，这样相互连接的各部件之间就会产生相互制约的应力，当应力不均匀时就会导致焊接变形。

2 焊接变形的工艺控制方法

2.1 焊接预处理

为减小焊接变形，焊接前可以对焊接件进行预处理。例如，对焊接母材进行预热，这样提高焊接母材温度可以减小与焊接件之间的温差，从而减小焊缝收缩时的内应力。而在薄板焊接骨架时，可以采用机械预拉伸和加热预拉伸方法，使薄板预先得到拉伸，然后再焊接骨架，这样可以减小波浪变形。

2.2 反变形法

结合理论计算与实践经验，焊接前先将焊接件加工或设置产生一个与焊接后发生的变形方向相反而数值相等的变形，这样焊接变形就能在焊接后得到抵消。

2.3 刚性固定法

对于刚性小的焊接件，可以通过采用夹具或者其他支承方法，增加在焊接时的刚性，从而减小焊接变形。但是，该方法对自身刚性较大的焊接件效果较小，而对角变形和波浪变形较为有效。

2.4 合理的焊接顺序

(1) 将焊接件适当地划分为部件、组件，先将各部件、组件焊接好，然后再进行部件间的焊接。这样提高了组件的精度，减小了焊接变形。

(2) 分布在中心线两侧的焊接件，一般来说先焊接一侧产生的弯曲变形比后焊接一侧产生的弯曲变形要大，因此考虑先焊接焊缝较少的一侧，再焊接焊缝较大的一侧。

(3) 在焊缝较多的组装条件下，应该根据构件形状和焊缝的分布，采取以下原则：先焊接收缩量较大的焊缝，后焊接收缩量较小的焊缝；先焊接拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊接拘束度较小而能自由收缩的焊缝。

2.5 合理的焊接方法

不同的焊接方法具有不同的焊接线能量。选用焊接线能量较低的焊接方法可以减小焊接塑性压缩区，从而减小焊接变形。但是，线能量低的焊接方法生产效率较低，因此需要综合考虑，选取合理的焊接方法。

2.6 焊接变形的矫正方法

在各焊道焊接完后，应立即用小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝，使其产生新的塑性变形抵消焊缝冷却后的局部拉应力。但是，该方法不适用于根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口相邻的焊道，防止熔合线和近缝区出现硬化或者裂纹。高强度合金钢也不适宜采用锤击法消除焊接应力。

3 全密闭式钣金机柜的焊接

3.1 顶框和底框的焊接

机柜顶框(图1)和底框(图2)的加工是舰载雷达密闭式钣金机柜加工的难点。由于焊缝多，焊接变形大，所以焊接好的顶框和底框很难达到设计使用要求。为此，结合机柜结构特点与焊接变形工艺控制方法，提出了以下改进措施：

(1) 改进焊接工序。首先在顶框、底框加工时将框架内所有零部件同时组装焊接。焊接时从内到外分段焊接，并采取对称焊接，从而最大限度地减小焊接变形。

(2) 采用刚性固定法。焊接时采用钢性压板多点固定。刚性压板固定点的选取要考虑放在框架的薄弱处，即焊接变形较大处，这样才能达到满意的效果。

(3) 控制温升变形。为减小焊接过程中因散热不及时局部温度过高而造成的变形，采取局部冷却法。在焊接时，除焊接处外其余部分浸入水中，以达到迅速散热的目的。这样避免框架因局部焊接温度过高而变形，并提高了工作效率。

(4) 消除焊接应力。焊接完成后需要及时释放焊接应力。在工件冷却后采用锤敲击法来释放焊接时所产生的应力。

3.2 内部风管的焊接

内部风管的焊接是全密闭式钣金机柜的重点。整个机柜内部的通风散热一般为通过内部风管来循环通风。该机柜内部风管焊接在侧板上的，常规的情况下采用塞焊。但是，机柜侧板较薄，焊接后变形大，即使采用焊后矫正法也会影响机柜外形美观。考虑焊接线能量较低的点焊法，通过不断调整和控制点焊的电流和时间，最终达到了很好的焊接效果。该方法还被应用于钣金机柜的其他零部件的焊接。

3.3 骨架的焊接

骨架的焊接是整个机柜的关键。全密闭式钣金机柜的密封要求高，对焊接变形的控制提出了很高的要求。焊接时采取以下方法:

(1) 在各焊接应力较大处添加刚性支承，增加焊接刚性。

(2) 在连续焊缝处采取分段式焊接与对称焊接结合的方法。同时，每焊接完一段，待其自然冷却到焊缝和堆焊层在赤热的状态下时适当锤击焊缝区，使金属展开到整个焊缝，从而减少焊缝的收缩。

(3) 对骨架已焊接好的部分采用里顶外敲的方法保证侧板与立柱间隙的一致性。

4 结束语

减少焊接变形、提高焊接质量是雷达产品质量稳定可靠的重要保证。本文在分析焊接变形产生机理的基础上，研究了当前焊接变形的工艺控制方法，总结了舰载雷达全密闭式钣金机柜焊接变形的控制方法，并通过多次加工实践验证了该全密闭式钣金机柜焊接工艺的有效性。

参考文献:

[1] 冯霄. 某舰用电子设备焊接机柜的结构设计[J].电子机械工程,2011(4):16-20.

[2] 曾晓虹，向凯，宋瑞艳. 焊接应力和焊接变形控制[J]. 石油化工设备，2009.

[3] 王国凡. 钢结构焊接制造[M]. 北京：化学工业出版社，2004.

[4] 邢晓林. 焊接结构生产[M]. 北京：化学工业出版社，2002.

[5] 机械工程手册编辑委员会. 机械工程手册[M]. 北京：机械工业出版社，1997.