金屬結(jié)構(gòu)件組裝及焊接變形控制

潘立勝

摘要：在工程中，會(huì)存在大量焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變的狀況，這種現(xiàn)象非常不利于對(duì)的建造以及對(duì)工程精確度的掌控，嚴(yán)重影響到了建造工程的整體質(zhì)量。因?yàn)橥ㄟ^對(duì)焊接工作中對(duì)焊接部分產(chǎn)生形變的主要原因和影響焊接形變所產(chǎn)生各種不利因素進(jìn)行了相應(yīng)分析，并且綜合性考慮到了在建造過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)中的工作特性，分析得出了建造在不同的施工階段有效降低對(duì)焊接部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體施工工藝，以此來滿足對(duì)的建造工程的高質(zhì)量、實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性的良好需求。

關(guān)鍵詞：焊接變形；控制方法；形成原因

引言

在焊接過程中，由于焊縫金屬和基礎(chǔ)材料的冷熱循環(huán)問題所引發(fā)的收縮、膨脹，被稱之為是焊接變形問題。在進(jìn)行焊接工作的時(shí)候，沿著同一邊進(jìn)行焊接，可能會(huì)引發(fā)變形超過兩邊交叉焊接，并且由于焊接所引發(fā)的冷熱循環(huán)中，會(huì)對(duì)金屬的收縮性造成影響，并導(dǎo)致變形問題的出現(xiàn)，像金屬在受熱過程中，其機(jī)械、物理性能都會(huì)有所變化，當(dāng)熱膨脹增大、熱量增大的時(shí)候，焊接區(qū)域的溫度會(huì)升高，進(jìn)而導(dǎo)致焊接區(qū)域鋼板的彈性、曲強(qiáng)度和熱導(dǎo)性能出現(xiàn)降低的情況。

1、焊接變形的主要形式

焊接變形的形式主要有收縮變形、彎曲變形、扭曲變形、角變形、錯(cuò)邊變形和波浪變形等幾種，不同變形情況的原因也是不同。收縮變形的內(nèi)容主要是在焊接過程中，焊縫縱向與橫向的收縮問題所造成的；彎曲變形則是在對(duì)焊縫進(jìn)行布置的過程匯總，出現(xiàn)了不對(duì)稱的問題，導(dǎo)致焊縫多的一面產(chǎn)生了較大的收縮量，進(jìn)而引發(fā)工件彎曲；扭曲變形是在焊接過程中，出現(xiàn)了不合理的焊接順序、焊接方向，造成工件發(fā)生扭曲，這種情況又被稱之為螺旋形變形；角變形是由于v型坡口對(duì)接焊縫的布置存在較大的誤差，導(dǎo)致焊縫上下橫向收縮量均勻程度不足，進(jìn)而引發(fā)變形問題；錯(cuò)邊變形是由于在焊接過程中，兩塊板材的熱膨脹程度存在著較大的差異性，所以導(dǎo)致長(zhǎng)度、厚度的方向上產(chǎn)生了錯(cuò)邊問題；波浪變形則主要發(fā)生在薄板焊接的過程中，由于焊縫帶來的收縮力，導(dǎo)致薄板局部壓應(yīng)力失去了原先的穩(wěn)定性，焊后導(dǎo)致構(gòu)建發(fā)生波浪狀的變形問題。

2、焊接變形的主要影響因素

2.1材料因素

在對(duì)金屬進(jìn)行焊接的過程中，發(fā)生變形的一項(xiàng)主要因素就是材料因素。由于一些金屬的化學(xué)成分存在著較大的差異性，所以其所造成的焊接程度也截然不同。在調(diào)查中了解到，一些材料的碳含量成分較高，在對(duì)這些材料進(jìn)行焊接的時(shí)候，比較容易發(fā)生變形問題。

2.2組織設(shè)計(jì)因素

在對(duì)焊接內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，組織設(shè)計(jì)因素是影響焊接變形的一個(gè)重要問題，盡管在執(zhí)行焊接任務(wù)的時(shí)候，由于焊接殘余應(yīng)力的增加，焊接的變形狀況會(huì)相應(yīng)降低，但是在焊接變形的過程中，工件本身的拘束度也處在一個(gè)波動(dòng)變化的狀態(tài)，在焊接過程中，復(fù)雜結(jié)構(gòu)自身的拘束作用會(huì)占據(jù)主導(dǎo)作用，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果不注重焊接的拘束設(shè)計(jì)，那么可能會(huì)導(dǎo)致焊機(jī)發(fā)生不穩(wěn)定的問題，進(jìn)而在焊接過程中發(fā)生變形。

2.3工藝因素

在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行焊接操作的時(shí)候，發(fā)生變形的一些原因，主要來源于焊接技術(shù)的問題，像焊接工藝不夠，就容易導(dǎo)致焊接過程中材料發(fā)生變形，并且在進(jìn)一步的調(diào)查中了解到，當(dāng)前一些工業(yè)生產(chǎn)，其焊接工藝水平還有待提升，在焊接的時(shí)候，傳統(tǒng)焊接工藝很容易導(dǎo)致材料發(fā)生變形問題，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)水平的提升也極為不利。

3、防止焊接發(fā)生變形的措施

3.1從源頭進(jìn)行控制，做好預(yù)防工作

焊接變形具有一定必然性，只要進(jìn)行焊接便會(huì)產(chǎn)生變形和應(yīng)力。基于此，要想將變形控制在理想范圍內(nèi)，就應(yīng)從根源進(jìn)行把控，即合理設(shè)置焊接結(jié)構(gòu)，選擇合適的焊接工件，減少焊縫的出現(xiàn)。比如，通過選用型鋼、鍛件以及沖壓件替換焊接件。此外，還應(yīng)重視對(duì)相關(guān)筋板、肋板的形狀、數(shù)量以及位置進(jìn)行合理優(yōu)化，避免出現(xiàn)過多的焊縫和變形，導(dǎo)致校正的工作量增大。其次，應(yīng)重視焊接尺寸的設(shè)計(jì)。我們都知道，焊縫的寬度和深度直接影響著變形度，其寬度越寬、深度越深，在經(jīng)過受熱和冷卻后將會(huì)發(fā)生變形越嚴(yán)重。因此，在保證產(chǎn)品性能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下盡量將焊縫的數(shù)量和尺寸控制到最低，在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能選擇焊腳及坡口尺寸較小的，對(duì)于焊縫的橫截面積和熔敷金屬量也應(yīng)控制到最小，這樣才能減少焊接變形量。最后，重視焊縫位置的合理設(shè)計(jì)。眾所周知，焊縫的橫向收縮量相較于縱向收縮量來說較大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合焊縫的這一性質(zhì)，使焊縫布置盡量與要求焊接的變形量的最小方向保持平行，保證其與焊件的截面中心線或軸線成對(duì)稱關(guān)系，嚴(yán)格避免設(shè)計(jì)曲線結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，這樣才能有效減少梁、柱等主要支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的現(xiàn)象，保證建筑的質(zhì)量。

3.2從過程進(jìn)行控制，保證焊接工藝

焊接工藝對(duì)焊接變形有著舉足輕重的影響。把握好焊接工藝，采取一系列改進(jìn)措施是保證焊接質(zhì)量的必經(jīng)之路。在實(shí)際操作中，應(yīng)嚴(yán)格按照焊接程序進(jìn)行，這樣才能有效控制焊接變形和內(nèi)應(yīng)力，提高焊接質(zhì)量。這就要求在進(jìn)行焊接的過程中，做好各項(xiàng)關(guān)于焊接的準(zhǔn)備工作：首先，可以采用反變形方式，在進(jìn)行焊接工作時(shí)，通過人為改變焊接的變形量大小、方向，形成變形量相近，方向相反的預(yù)變形量，再通過焊后收縮使預(yù)變形量消失，進(jìn)而使焊接件的形狀和尺寸達(dá)到需求標(biāo)準(zhǔn)。這種方式主要應(yīng)用在對(duì)機(jī)械設(shè)備外殼的焊接工程上，可以有效防止外殼塌陷；其次，可以采用預(yù)拉伸方式，采用相關(guān)的機(jī)械設(shè)備將焊件進(jìn)行拉伸、延長(zhǎng)，然后在通過張緊的鋼板對(duì)構(gòu)件進(jìn)行焊接，完成后再將預(yù)拉伸部位去除，讓鋼板回到最初狀態(tài)；另外，還可以采用剛性固定法，即利用夾具或剛性胎具固定住被焊工件，進(jìn)而使焊接殘余應(yīng)力降低，控制變形。但是剛性固定法會(huì)導(dǎo)致焊接接頭中的焊接應(yīng)力大大增加，所以在容易裂開的材料中不建議使用這種方式；最后，對(duì)于不同的工件結(jié)構(gòu)選用合適的焊接方式。對(duì)于焊縫位置和構(gòu)面對(duì)稱的焊接結(jié)構(gòu)，首先將其進(jìn)行整體裝配，然后在依照焊接順序開展工作，反之，則采用分焊的方式，之后再將其組合焊接到一起，控制變形。此外，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，合理的采用焊接方法、工藝參數(shù)以及焊接順序，依照先短后長(zhǎng)的焊接方式進(jìn)行焊縫焊接，盡量采用多層焊的焊接方式，對(duì)焊接殘余應(yīng)力和焊接變形起到一定控制作用。

3.3從收尾進(jìn)行控制，做好焊后矯正工作

焊接變形出現(xiàn)后，只能通過后期矯正將變形度降到最低或者消除變形。焊后矯正工作主要包括兩種方式：一種是機(jī)械矯正。機(jī)械矯正指的是通過手工錘擊、壓力機(jī)、多輥平板機(jī)等機(jī)械設(shè)備對(duì)焊件。值得注意的是，手工錘擊矯正的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，操作起來有一定難度，但其不需要設(shè)備，可以用于矯正薄板變形；壓力機(jī)、多輥平面機(jī)等設(shè)備工作效率較高，適合用在較大型的焊接矯正工作當(dāng)中。第二種是加熱矯正。即針對(duì)焊件需要矯正的部位通過氧乙炔火焰加熱，使其發(fā)生形變，使金屬長(zhǎng)度在冷卻后得以收縮，進(jìn)而達(dá)到矯形的目的。

結(jié)束語

通過對(duì)焊接變形的形成原因以及大堆焊縫產(chǎn)生形變問題的控制手段的分析，可以看到焊接接頭產(chǎn)生形變的狀況對(duì)焊接接口處的穩(wěn)定性以及的整體質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響，造成了部件的實(shí)際強(qiáng)度和韌性大大降低，并且出現(xiàn)焊接變形的情況對(duì)有效控制制造的精確度產(chǎn)生了不良的影響，進(jìn)而對(duì)整體的工程產(chǎn)生不穩(wěn)定性的影響，所以說做好焊縫形變的問題對(duì)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展起到了保障性作用。