大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型法焊接成型

宋均明 劉立濤

摘要：大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型一直困擾著我國的機(jī)械制造領(lǐng)域，從客觀上來看，影響大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接變形的因素眾多，需要在考慮到多種因素綜合影響的條件下選擇合適的定型焊接方法。立足于現(xiàn)狀，首先探討了骨架定型技術(shù)的定義與技術(shù)原理，其次對(duì)影響大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型的主要因素進(jìn)行了講解，并著重對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型中應(yīng)用骨架定型法的情況進(jìn)行了探索，希望可以有效提升大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接水平，促進(jìn)行業(yè)的平穩(wěn)快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大型鋼結(jié)構(gòu)件；骨架固定；焊接方法

一、大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型技術(shù)概述

骨架定型法實(shí)際上就是采用結(jié)構(gòu)內(nèi)部的筋板、骨架來作為定型的構(gòu)件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行定型的焊接輔助技術(shù)。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要用于解決人們過分關(guān)注構(gòu)件的外形而忽視內(nèi)部的筋板精度以及結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力關(guān)系，這樣一來可以在確保外部表面處理質(zhì)量達(dá)標(biāo)的同時(shí)，也可以有效的提升骨架的內(nèi)部精度，消除焊接過程中形成的不良應(yīng)力，有效提升焊接穩(wěn)定性并減少焊接變形的可能性。在采用該技術(shù)進(jìn)行焊接處理時(shí)，需要考慮到骨架的精度以及預(yù)成型的強(qiáng)度，這樣才可以選擇合適的筋板來進(jìn)行強(qiáng)化，更好的輔助骨架定型工作，為確保大型鋼結(jié)構(gòu)的骨架定型效果創(chuàng)造條件。

二、影響大型鋼結(jié)構(gòu)件焊接變形的主要因素

大型鋼結(jié)構(gòu)件較大的重量以及長度決定了其在焊接處理過程結(jié)束后依然需要面對(duì)焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)。為了削弱這種影響，降低焊接變形帶來的風(fēng)險(xiǎn)與隱患，現(xiàn)分別從以下幾個(gè)角度對(duì)其進(jìn)行介紹。

1.結(jié)構(gòu)因素

大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型中結(jié)構(gòu)屬于一個(gè)十分重要的因素。結(jié)合近些年來大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的案例情況來看，焊接過程中結(jié)構(gòu)屬于影響最大的因素之一。從客觀上來看，鋼結(jié)構(gòu)件的種類繁多，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也相對(duì)比較復(fù)雜。在大型鋼結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中往往需要一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際的焊接處理?xiàng)l件選擇合適的焊接處理方法。我國的整體大型鋼結(jié)構(gòu)焊接處理工藝發(fā)展較晚，相比于國外先進(jìn)技術(shù)而言存在明顯的差距，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性不足等因素都是導(dǎo)致焊接不穩(wěn)定的重要原因。由于結(jié)構(gòu)上存在問題，焊接后拘束度一旦增加，會(huì)直接導(dǎo)致內(nèi)部的應(yīng)力加大，這種應(yīng)力會(huì)隨著焊接結(jié)束后新的負(fù)載加載導(dǎo)致內(nèi)部的應(yīng)力集中，進(jìn)而出現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定性下降甚至結(jié)構(gòu)損壞的問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全以及行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。除此之外，一些長度較大以及鋼筋板的厚度參數(shù)較大的區(qū)域都更容易出現(xiàn)焊接變形的問題。

2.工藝因素

結(jié)合我國的大型鋼結(jié)構(gòu)焊接處理的技術(shù)發(fā)展情況來看，導(dǎo)致變形的另外一個(gè)重要影響因素就是工藝因素。目前，國內(nèi)相關(guān)部門對(duì)于工藝技術(shù)優(yōu)化以及先進(jìn)工藝的引入下了很大的功夫，也取得了不錯(cuò)的成績，但是在大型鋼結(jié)構(gòu)，特別是一些重型結(jié)構(gòu)方面依然存在不小的差距，這種差距主要體現(xiàn)在工藝的細(xì)節(jié)處理上。在面對(duì)一些表面平整度要求較高的大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接時(shí)，采取不同類型的焊接工藝以及處理方法就會(huì)存在較大的差別，所以需要妥善選擇。

3.焊接材料與定型方法

焊接材料的影響主要體現(xiàn)在母材的質(zhì)量上。通過嚴(yán)格控制母材的質(zhì)量，可以降低后期的不利影響，同時(shí)也能夠有效的避免材料的內(nèi)部應(yīng)力影響，減少后期焊接變形的可能性。在選擇合適的材料時(shí)，焊接后產(chǎn)生的自然內(nèi)應(yīng)力較小，反之就會(huì)增加。選擇合適的焊接材料后，還需要選擇相應(yīng)的定型方法。傳統(tǒng)的定型方法主要針對(duì)體積、重量較小的鋼結(jié)構(gòu)件，在進(jìn)行一些大體量的鋼結(jié)構(gòu)件的焊接時(shí)，需要同時(shí)考慮到多個(gè)部分的內(nèi)部作用力關(guān)系，同時(shí)也要及時(shí)進(jìn)行內(nèi)部固定，防止過分關(guān)注外部條件而忽視了內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定的問題，這樣才能夠最大限度的提升焊接材料的焊接強(qiáng)度，減少不利影響帶來的損失。

三、大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型法在焊接成型中的應(yīng)用

1.網(wǎng)格骨架定型

網(wǎng)格骨架定型是一種精度較高的成型技術(shù)，其利用剛度整體成型的方式來進(jìn)行固定，能夠有效提升固定的效果。采用高功率的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，承載平臺(tái)長度超過80m且單件重量超過一百噸的大型鋼結(jié)構(gòu)件，其本身受到了加工地區(qū)的空間條件的限制，對(duì)于運(yùn)輸成本也比較敏感，對(duì)于表面的加工要求不高。在進(jìn)行焊接處理后達(dá)到平面度1.5mm的誤差即可達(dá)到使用的具體要求。結(jié)合該項(xiàng)目的特征進(jìn)行分析后，選擇了兩個(gè)平行割據(jù)同時(shí)切割下料的處理方式，在同規(guī)格的筋板點(diǎn)組上增加了龍門刨的加工立筋邊緣，同時(shí)釋放筋板來實(shí)現(xiàn)變應(yīng)力的控制，在這個(gè)時(shí)候使得筋板與其保持在相同的高度上，從而選擇合適的網(wǎng)格狀筋板進(jìn)行固定，采用平臺(tái)來使得外緣能夠保持高度上的一致。在進(jìn)行焊接處理時(shí)，先對(duì)重點(diǎn)位置進(jìn)行焊接，隨后利用平臺(tái)來對(duì)筋板的外緣進(jìn)行處理，從而有效提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在確保焊接穩(wěn)定性的同時(shí)需要選擇合適的初始焊接電流，其強(qiáng)度應(yīng)該略低于焊縫，這樣一來成型的功能性更強(qiáng)。在成型處理時(shí)需要做好網(wǎng)格骨架的固定，選擇對(duì)稱施焊的方式進(jìn)行處理更容易達(dá)到處理的目標(biāo)要求。在常規(guī)條件下，網(wǎng)格狀筋板并不需要連續(xù)焊縫，只需要兼顧好剛度的條件下進(jìn)行焊縫的對(duì)稱布置，并做好網(wǎng)格狀骨架的成型平面度處理，整體效果十分理想。

在骨架的焊接成型處理后，由于整個(gè)過程施焊的技術(shù)條件與工藝類型選擇相對(duì)合理，高度上變化也不大，所以無論是抗彎性能還是平面度都可以得到很好的兼顧。除此之外，平面度不理想的部分進(jìn)行簡單的處理與加工后，骨架的完成度也相對(duì)比較高，從面板的一端進(jìn)行點(diǎn)組并按照一定的次序進(jìn)行設(shè)備的平面加工，可以很好的保持表面的平整度。在一端焊接處理時(shí)，需要考慮到面板的狀態(tài)，一般來說其他的面板處于自由狀態(tài)即可，而接觸面的焊接強(qiáng)度不要過高，這是由于抗彎主要依靠骨架來實(shí)現(xiàn)，而不是依靠拉應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)，能夠很好的滿足焊縫的基本要求。在進(jìn)行蓋板的選擇時(shí)，應(yīng)該盡可能與筋板保持一致，選擇多點(diǎn)焊接的處理方法，這樣一來在成型后整個(gè)構(gòu)件的平整度可以得到保障，同時(shí)加工的余量控制也相對(duì)合理，能夠適應(yīng)大多數(shù)的大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接要求。

2.邊筋定型

在某大型鋼結(jié)構(gòu)件焊接中，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該設(shè)備具有四個(gè)主梁，其中每一個(gè)的程度都超過了十五米，同時(shí)斷面的尺寸較高，單邊長度超過了1000mm，整個(gè)構(gòu)件的重量超過45噸。結(jié)合上述的內(nèi)容要求來看，其主梁應(yīng)該采取鋼板焊接的處理模式。在常規(guī)的焊接處理后，該梁會(huì)受到成型變形的影響而出現(xiàn)較大的變形量，這個(gè)時(shí)候除非能夠投入更厚的板材，否則就會(huì)影響到加工量以及工藝的難度。由此可見，采用內(nèi)邊板以及筋板進(jìn)行定型就是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的工藝類型。通過內(nèi)邊板、筋板進(jìn)行規(guī)范化的切割，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱邊切口的一致性，同時(shí)也可以利用這種技術(shù)來強(qiáng)制規(guī)范面板平直度，從而有效強(qiáng)化整體的定型效果。在定型工字鋼完成后，還需要適當(dāng)?shù)奶砑雍附庸に囘M(jìn)行輔助，這樣處理后無論是平直度還是表面的平整度都可以得到保障，整個(gè)加工余量更是控制在3mm以內(nèi)，為后續(xù)的加工工作提供了必要的技術(shù)條件，同時(shí)焊接的內(nèi)應(yīng)力也相對(duì)較小，不容易出現(xiàn)應(yīng)力裂縫，對(duì)于提升設(shè)備的穩(wěn)定性也具有一定幫助。

總結(jié)

綜上所述，通過應(yīng)用骨架定型法來解決焊接成型的固定問題，可以最大程度解決內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)影響因素，同時(shí)還可以更好的適應(yīng)焊接材料的應(yīng)力特征以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而減少定型技術(shù)選擇不當(dāng)帶來變形影響，為大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接成型工作順利開展，提升焊接質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]叢劍.大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型法焊接成型[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2015（12）：269.

[2]黎燕文.淺談大型鋼結(jié)構(gòu)件有限元力學(xué)分析方法[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（10）：147.

（作者單位：上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司）