CN1010753B - 防止壁板垂弛的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种防止璧板垂弛的方法和装置，它将一个骨架和要固定于骨架上的一块板置于一个临时安置台上，一个带有方向朝下的加热元件、并且装在一个保持推车上的辐射加热装置被移到板的上方，板被加热到一个预定的温度以使其热膨胀，然后将辐射加热装置从板的上方移开，再快速地将板定位并焊接到骨架上，在随后的冷却过程中，由于热收缩变形，便在板中形成了一个拉伸残余应力。

Description

本发明涉及一种防止壁板发生垂弛的方法，这种壁板是用于安装在车辆、船舶、建筑物等的顶盖结构、侧壁结构等结构中的，本发明还涉及使用这种方法的一种装置。

近年来，在上面列举的那些结构中，都迫切地需要减轻重量，因此促进了薄型结构的发展。低碳钢、不锈钢、铝合金等就常常被用来制作壁板的外板。随有不断的减薄，外板在焊接和组装后会不可避免地出现“垂弛”现象。这就造成“垂弛”部位的局部强度问题和壁板外观的问题。

并且，为了消除焊接变形，已公开过一种方法，它把很多标准形状的钢板焊成一个长外板，然后再对该外板加载，使其在拉伸的情况下被固定到一个骨架上（例如，日本专利公报的专利申请公开NO.53-39261）。还有一种方法，在加工成上述长外板后，对该外板加载过拉伸并且还进行予热使其膨胀，然后将其固定到一个骨架上（例如，日本专利公报的专利申请公开NO.54-20185）。然而，这两种方法都要求有大规格的拉伸装置和加热装置，因此需要高昂的安装费用和多道工序。还有一个缺点，就是不能精确地控制设定的加热温度。另外，还提出过一种方法，就是把一块较小尺寸的外板放在一个加热箱内，将这整块外板加热到一个预定的温度，然后焊到一个骨架上（例如，日本专利公报的专利公开NO.60-64791）。然而，这种加热箱结构复杂。而且，对于大尺寸的外板，就需要按比 例加大的加热箱，这带来了要有大的占地面积和大的加工车间的问题，安装费用就变得很高。

考虑到已有技术的这些问题，本发明的目的是提供一种防止壁板垂弛的方法和装置。根据本发明，可采用一种简单的工序和一种结构简单的设备来避免壁板结构与装配中出现“垂弛”现象。

本发明的目的是这样实现的，一方面，本发明的特征在于包括以下步骤：把一个将要在其上固定一块板的骨架放在一个临时安置台上，把所述的这块板放在该骨架上，然后把一个装有方向朝下的加热元件的辐射加热装置放在所述的板的上方使其面对该板，通过所述的加热元件来将该板预热到一预定的温度以使其热膨胀，然后移去辐射加热装置，快速地将该板定位并焊接到骨架上，该板在随后的冷却中，由于热收缩变形在该板上产生了一个拉伸残余应力。另一方面，本发明的特征在于包括一个装在地上的临时安置台，在安置台上放置有一块板以及要将该板固定于其上的一个骨架，沿所述的临时安置台铺设的轨道，一个可动地置于所述轨道上的保持推车，以及装在该保持推车上并带有方向朝下的加热元件的辐射加热装置，所述的辐射加热装置靠保持推车可以自由地移到或离开位于临时安置台上的板上方的某一位置。

上述内容的作用在于，板在固定到骨架上之前被辐射加热装置加热到一个预定的温度，然后焊接，这样，在随后的冷却过程中，由于热收缩变形，就在板中产生了一个能阻止“垂弛”发生的拉伸残余应力。

以下附图示意说明本发明各方面的特征，其中：

图1是一个外透视图，显示出了一个壁板生产装置的基本部分;

图2是一个局剖前视图，表示辐射加热装置;

图3是该辐射加热装置的仰视图;

图4是一个曲线图，表示在加热后的自然冷却阶段中板的冷却特性;

图5、6、7是示意图，分别表明一块板试件在加热试验中的温度分布。

下面，将参照附图来说明本发明的实施例。

图1所示的一个壁板生产装置1是一例生产一块火车车箱壁板2的情况。它由一个临时安置台3，一个保持推车4和辐射加热装置5组成。

更具体地，置于地上的临时安置台3按照放在其上的一个骨架7的要求来决定它的宽度和长度，骨架7上将安固定一块矩形的板6a。保持推车可移动地置于轨道8上，轨道沿临时安置台并在其两侧铺设。这个保持推车包括一个长方形的安装框架9，安装框架9对着临时安装台且位于其上方;四个连接在安装框架9的四角并向下延伸的支撑腿10以及分别装在支撑腿下端的脚轮11。辐射加热装置5可卸地装在保持推车4上，它包括适当数量的加热单元13，在每个加热单元中都安置着方向朝下的由红外线灯泡构成的加热元件12。这个辐射加热装置可以由保持推车4移动到一个位于在临时安置台上的一块外板上方的位置。

见图2和图3，安放辐射加热装置5的安装框架9被一个边框9a，数个纵梁9b和横梁9c分隔成若干个形状相同的空格，这些边框和梁可用角钢制作。在每个上述的空格中都装有加热单元13，在本实施例中，每个加热单元上都排列着12个加热元件12。一个馈电软线15（参见图1）同各个加热单元13相连，该电缆有许多个部位挂在一个导轨14上，使得软线能够随意地伸缩。根据外板6 的材料、厚度和加热面积不同，要装备的或要供电的加热单元13的数目，或者供电功率的大小可以相应地增加或减少，并且要安装的加热元件12的数目或加热元件的加热能力也可以增加或减少。另外，也可以采用一种红外加热器而不用红外线灯泡来作为加热元件12。如果加热温度需要控制，可以在地点A、地点B等外板6要加热的各位置上按所需要的数目设置温度传感器16（如图1所示）。试验已表明，对于图5所示尺寸的壁板，一个或两个温度传感器就足以控制辐射加热装置。

下面将叙述防止壁板垂弛的方法。首先，将骨架7放在临时安置台3上，板6a放在骨架上。然后，将保持推车4移动至地点A处（见图1），使加热装置对着外板6的上方位置以便加热外板6a的前端部分，并使加热元件12通电把外板6加热到一个预定的温度T，使其热膨胀，温度T将在以后叙述。这时，不仅板6a，而且骨架7也以热传导的方式进行了加热。但是由于骨架与板接触部分通常面积很小，实际上这种热传导不会带来什么问题。当板6a达到预定温度后，保持推车4从地点A移走，以使辐射加热装置5位于地点B（图1中点划线所示的位置）。当位于地点B处的板6a被辐射加热装置5加热时，将地点A处的板6a快速地定位并精确焊接到骨架7上。进而，位于地点B和其后处的板6a，重复上述操作来进行加热、定位和精焊。试验证明，如果适当地和可靠地进行定位焊的话，仍然带有热量的板6a不会形成过大的拉应力，并且在可靠地精焊的同时，板上能产生足够的残余应力。在精焊中，点焊对于这种壁板是很适合的，而象电弧焊之类的连续焊接是不适合的，因为这会使变形增多。由精焊固定在骨架7上的板6a由于在随后的自然冷却中的热收缩变形在板6a上形成了一个拉伸残余应力。这样，能避免任何 “垂弛”的壁板2的生产就完成了。关于板6a的加热，外板6的温度控制是由温度传感器16的检测信号结合加热元件12的电路一起实现的。具体说，一个传感器被设定在所需的最低温度上，另一个设定在所需的最高温度上，这样就将加热温度控制在二者之间。

在板6a加热时的预定温度T要定在能使板6a得到所需的拉伸残余应力，应该考虑到以下因素：板6a的材料、环境温度、骨架7的强度、加热后板6a的处理、从定位到开始精焊所需要的时间等等。以下举一例来计算该预定温度T，其条件为采用1.5mm厚的不锈钢板作为板6a，环境温度约为20℃，从加热后的外板取出并定位到开始精焊的时间约为1分钟。

已知为防止板6在焊接后出现焊接变形所必须的拉伸残余应力约为15Kg/mm²左右。外板6和要在其上固定该外板的骨架7之间的，用以产生上述拉伸残余应力的温度差X用下面这个公式估算：

X＝k·σ/σy

其中：σ：拉伸残余应力，

σy：屈服应力值或弹性极限应力值，

k：产生相应于σy的拉应力的温度差。

将σ＝15Kg/mm²，σy＝52.7Kg/mm²及k＝154℃分别代入上述公式，可得温度差约为44℃。同时，可从图4所示的不锈钢板在加热后的冷却曲线图表中读得（例如在接近90℃时）一个冷却比值：

约为    10℃/分

所要的温度差X应在外板6焊接固定完的那一时刻。因此，假设从加热完到定位焊完成所需的时间约为1分钟，并且环境温度，即骨架7的温度为20℃，外板6加热的目标温度变为：20℃+44℃+10℃＝74℃。 所以，外板6在产品生产过程中的预定温度应该合理地设定在大约80℃并有一个容差，以此来作为前面所述的加热的预定温度。

对此，以下将描述加热试验的要点。在80℃温度下对形状各一的不锈钢板进行均匀加热，这些不锈钢板是用作外板6的。

图5所示为一块板的表面温度，这是在对一块1245mm宽，900mm长，1.5mm厚的不锈钢板试件P₁用由红外线灯泡构成的加热元件进行加热试验后测得的。加热试验是在以下条件下进行的：加热元件为红外线灯泡，一共36个，每个250W，加热元件至试件P₁的距离为175mm，加热时间是5分钟，环境温度为29℃。所得到的结果是最高温度为95℃，最低温度为58℃，平均温度为80℃。为了确保足够的温差，板的加热温度最好稍高一些。

图6所示的表面温度是对一块1245mm宽，2400mm长，1.5mm厚的不锈钢板试件P₂用由红外灯泡构成的加热元件进行加热试验后测定的。加热是在以下条件下进行的：加热元件为红外灯泡，一共72个，每个250W，加热元件至试件P₂的距离为175mm，加热时间为5分钟，环境温度是22℃。所得到的结果是最高温度为107℃，最低温度为66℃，平均温度为86℃。

图7所示的表面温度是对一块1150mm宽，1500mm长，1.5mm厚的不锈钢板试件P₃用由红外线加热器构成的加热元件进行加热试验后测得的。加热是在以下条件下进行的：加热元件为4个红外线加热器，每个功率为1KW，加热元件至试件P₃的距离为20mm，加热时间为3分钟，环境温度为28℃。所得到的结果是：最高温度为130℃，最低温度为73℃，平均温度为102℃。虽然本例的平均温度超过前述的予定温度T＝80℃，但是它可通过缩短加热时间、调整加热元件的布置或加大加热元件与试件间的距离来 调整到前述的适当温度。

在这些实施例中，只举例说明了用平板作为由外板6和骨架7构成的壁板2。然而，如果这个骨架7具有足够的强度并且能够承受拉伸残余应力，甚至一块具有一个曲面的板也可以这样来制作。在这种情况下，所需的辐射加热装置也必须做成沿曲面延伸的结构。

本发明就是由以上所叙述的内容构成。也就是说，根据本发明特点的第一方面，板的垂弛现象得以防止而不受该板自身大小的限制，并且热源的数量可以根据板的材料和大小随意调节。另一个功用是输入的能量可以快速调节，并可以简单地用传感器来控制。根据本发明特点的第二方面，辐射加热装置可移动地布置在板上方的某个位置，以便能够平稳地连续进行加热、定位焊和精焊操作。另外，加热装置可以通过调整加热元件的数量和位置很容易地适应板的材料、尺寸和厚度的变化。因此，它给板的生产带来极佳效果，就是壁板的质量大为提高，以及已有技术中在焊接后的消除垂弛作业的工作被大大简化了。总之，上述的两方面都适于流水作业有助于提高生产效率。

Claims (5)

1、一种防止壁板垂弛的方法，所述的壁板位于多个连续工位中的各个工位上，该方法包括以下步骤：把将要在其上固定壁板的骨架放在临时安置台上，把所述的壁板放在位于所述的连续工位中的一个工位的所述骨架上，把一个装有方向朝下的加热元件的辐射加热装置放在所述壁板的上方使其面对该壁板，通过所述的加热元件来将该壁板加热到一个预定的温度以使其热膨胀，然后将辐射加热装置移到下一个工位，再快速地将该壁板定位并焊接到所述的骨架上，在该板的随后冷却中，由于热收缩变形在该壁板中产生了一个拉伸残余应力。

2、如权利要求1所述的一种防止壁板垂弛的方法，其中通过所述的辐射加热元件对该板的加热采用温度传感器来控制以使其达到所述的预定温度。

3、一种防止壁板垂弛的装置，包括一个装在地上的临时安置台，其上形成多个连续的工位，在该安置台的所述连续工位中的每一个工位上都放置有一块板以及要将该板固定于其上的一个骨架，沿所述的临时安置台铺设的轨道，一个保持推车，它可移动地置于所述的轨道上以从一个工位移动到另一个工位，以及装在该保持推车上并带有方向朝下的加热元件的辐射加热装置，所述的辐射加热装置靠保持推车可以自由地移动到或离开某一个位置，该位置位于放在所述的临时安置台上的壁板的上方。

4、根据权利要求3所述的一个防止壁板垂弛的装置，其中所述的加热元件是红外线灯泡。

5、根据权利要求3所述的一个防止壁板垂弛的装置，其中所述的加热元件是红外线加热器。

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