溶接ひずみ制御

溶接変形は施工不良 — ではなく、設計によって回避されていない物理現象です。溶接金属は冷却中におよそ1パーセント縮小し、周囲の冷えた板がその縮小を拘束するため、部品は差分を変形として吸収します。このページでは、その原因、設計による回避方法、治具内での制御方法、残った変形の測定方法について説明します。

溶接収縮が部品を変形させる理由

溶接は、_fraction of a second のうちに完全な熱サイクルを経ます。約1500°C付近まで溶融し、室温まで冷却されます。冷却する depositing された金属は収縮します。構造溶接は、溶接方向の長さをおよそ1パーセント収縮するのが典型です。

問題は、母材シートが同時に収縮しないことです。すでに冷たく硬い状態です。溶接は隣接部とつながっているため、収縮力はどこかで解放され — 部品が動きます。周囲的材料が剛性が高く厚いほど、部品のひずみは少なくなり、残存応力は高くなります。ひずみと応力は、同じトレードオフの両端です。

要因	ひずみが少ない条件	理由
熱入力	低い	加熱、冷却、収縮する金属が少ない
溶接長	短くするか、対称な区間に分割する	吸収すべき総収縮量が少ない
部品剛性	高い — フランジ、リブ、サンドイッチパネルを追加する	形状変化ではなく、剛性が収縮を応力として負担する
溶接位置	部品の中心について対称	収縮力が累積せず相殺される
拘束	溶接中も均一かつ弾性的に保つ	後 Kohl は解放しながら局所的なひずみを防ぐ

4種類のひずみ

種類	見た目	一般的な原因
角度	部品が溶接線を中心に回転し、片方の端が持ち上がる	単一線に沿って溶接収縮が引くが、対称な抵抗がない
たわみ	部品が溶接線から離れるように湾曲する	薄板パネルの片縁に沿った溶接。パネルに収縮を吸収する場所がない
横たわみ	溶接軸を横切る側方向の湾曲	溶接がパネルより短く、収支の偏った収縮が残る
ねじれ	角が同一平面上にならず、対角寸法が等しくない	非対称な収縮。通常は不均衡な溶接順序による

ねじれは最も見落とされがちです。どの単一視点でも部品が平らそうに見えるためです。対角寸法を測定し、異なる場合はねじれがあります。

設計による防止

avoidable なひずみの大部分は—whoever anyone が溶接機を持ち上げる前に、図面で決まります。

設計レバー	効果	コストへの影響
TIGの代わりにレーザー溶接を使用する	熱入力が大幅に低く、溶接部が狭い	中程度 — 工程が異なる。適合和外形を加工する必要がある場合がある
断続溶接の代わりに連続溶接にする	収縮が均一になり、角度変形が大幅に減る	低い — 通常は変更なし。ビード溶接は、いずれにせよ近道でした
溶接近くに返しフランジを追加する	局部剛性を高め、収縮を応力にする	低 — 曲げ工程が1つ増える
平らな端部ではなくフランジに溶接する	フランジが回転に抵抗するため、角度ひずみが大幅に減る	低 — 工程ではなく部品形状が変わる
断面を対称にする	収縮力が累積せず相殺される	低 — 図面上の判断
溶接周囲のパネル局部を厚くする	必要な場所に剛性を高めます	中程度 — 材料が増える
1つの複雑な部品ではなく、2つの溶接部品に分割する	各部品のひずみは、複雑な1部品より少ない	接合部が増える — 通常は価値がない

変形を抑える溶接順序

1. まず対称に仮溶接する。 仮溶接は部品中央一直線ではなく、両側の対応する位置に配置する。
2. 対角寸法を確認する。 平板の両対角寸法を測定し、次の作業に進む前に数値を記録する。
3. 中央から外側溶接する。 溶接を区画に分け、外側へ溶接作業を進めます。これにより、収縮力を中央ではなく自由な端部へ向かわせます。
4. 対称溶接では、交互に異なる側を溶接する。 各側同じだけ收缩するため、全体の動きはほぼゼロに収まる。
5. セグメント間で再測定する。 対角寸法が平面度の目標を超えて伸びた場合は、溶接を止めて冷却し、追加工熱する前に補正する。
6. 短い溶接を最後に仕上げる。 短いフィレット溶接は長い溶接線より動きが少ないため、残りを吸収するのに適している。

治具：応力を固定せずに拘束する

治具が部品を保持しながら溶接します。拘束が弱すぎると部品が動き、強すぎると残留応力が蓄積され、後から部品を解放するときに膨れ出します。目標は、溶接中にも均一かつ弾性的な拘束です。

技術	効果	使用適期
溶接線そのものをクランプする	収縮が発生している付近で板を保持する	変形が最も大きい薄板
自由端をクランプする	重要な面から離して変形を外側へ押し出す	シール面を平らkeptたい場合
段付きまたは分割された治具	完全な固定ではなく、制御された弾性的な変形を可能にする	中板厚の長い溶接線
カウンターウェイトまたは重り	硬いクランプ痕を付けずに一定の拘束を加える	クランプ痕が問題になる薄い研磨部品
強い電流で断续溶接する	追加熱を最小限にして部品を位置決めする	正確に配置しなければならないアセンブリ

変形の工程比較

工程	入熱	変形リスク	主な用途
レーザー溶接	非常に低い	最も低い	薄板、 disclosurer トレイ、精密組立品
プラズマ／アーク（TIG）	中程度から高い	中程度から高い	外観溶接ビードが必要なステンレスおよびアルミニウム
MIG	高い	高い	構造用鋼の加工、厚板部
スポット／抵抗溶接	局所的	非常に低い	フラットパネル、家電製品、キャビネット背面

本社ではTIGとレーザー溶接を実施しており、スポット溶接と抵抗溶接は協力工場を通じて手配する。変形が重要な部品で外観も要件の場合は、RFQ段階で — プロセス、工程を変更する方が、後から変形と対処するより安く済むことが多い。

すでに変形が発生した場合

状況	現実的な選択肢	コストへの影響
薄物部品、わずかな反り	プレスまたは平らな面に対する手作業による機械的な平板化	低
平らな状態を保ち、シール面となる部品	溶接後にシール面を機械加工する	中程度の—は、完全な治具加工工程を追加する
構造部品に中程度の変形がある	拘束下で再溶接するか、受け入れて図面に記載する	高
残留応力が後工程の機械加工を脅かす	仕上げ前に応力除去焼鈍する	中程度 — サイクルタイムが増える

最良の補正は予防である。 溶接された薄板パネルに高い平面度の指示が付いた図面が到着した場合、正直に言えば、工程を変更する必要がある可能性があります—レーザ溶接、補強フランジ、または面の加工—。購入者は、最初の現品を製作した後ではなく、見積もりの前にその旨を知るべきです。

よくある誤り

#	誤り	結果	正しい対応
1	長い溶接線を1パスで溶接する	一方向への最大の収縮と強い反り	溶接をセグメントに分け、中央から外側へ作業し、交互に側を変わる。
2	薄板を硬くクランプする	残留応力が固定され、解放時に部品がspringする	均一かつ弾性的に拘束し、重要な面ではなく溶接付近をクランプする。
3	目視で平面度を確認する	ねじれと反りが目視検査をすり抜ける	両対角寸法と定規からの距離を測定する。
4	測定条件なしで平面度を指定する	供給者と購入者が異なるものを測定し、議論が終わるがない	面、長さ、支持条件を指定する。
5	硬いパネルで熱を抑えるために断続溶接を使う	すべての溶接enciesで発生する角度歪み	硬いパネルでは連続溶接を使用し、柔軟性が必要な箇所でのみ断続溶接を使用する。
6	外観が二次的な箇所にTIGを選択する	機能上の利点がないまま変形とコストが増える	薄く変形が重要なパネルにはレーザー溶接を使用する。
7	支持されていないパネルに最后welded sealing face	反りで重要だった唯一の面が台無しになる	Sealing faceは早めに溶接し、フラットにクランプしたままにする。
8	購入者に知らせずに受け入れたひずみ	Partsは組立時に不良になり、問題の責任はサプライヤーにある	検査報告書に測定したひずみ workpiece

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