淺談鋼結構施工中機械焊接技術

王傳健

摘 要：在社會快速發(fā)展的新形勢下，當前鋼結構應用發(fā)揮來越廣泛。在鋼結構施工過程中，機械焊接工藝作為非常重要的一項內容，是鋼結構構成完整結構不可或缺的一道工序。利用機械焊接工藝可以有效的保證鋼材料 的穩(wěn)定性，全面提高焊接的質量。文中從機械焊接工藝的基本原理和分類入手，分析了鋼結構焊接的基本要求，并進一步對鋼結構施工中機械焊接工藝進行了具體闡述。

關鍵詞：鋼結構;施工;機械焊接

引言

鋼結構具有較好的經(jīng)濟性和實用性，而且鋼結構跨度較大，更易于施工，這也使其應用范圍不斷擴大。在鋼結構施工中，焊接工藝發(fā)揮著重要的作用。主要是通過焊接方式來將鋼材組成完整的鋼結構。機械焊接工藝具有自身的優(yōu)勢，將其在鋼結構施工中進行應用，可以有效的保證鋼結構的完整性，保證鋼結構的安全性和穩(wěn)定性。

一、機械焊接工藝的基本原理及分類

焊接技術主要是指在高溫或者高壓的條件下，運用諸如焊條、焊絲、焊劑等的焊接材料將母材連成一個整體的方法。其基本原理是指運用加熱、加壓或者加熱加壓的方式使鋼材的局部迅速加熱，實現(xiàn)原子間的融合。

目前的機械焊接技術的種類很多，但比較常見的是電焊、氣焊、激光焊、壓力焊、氣保焊等種類，本文將集中介紹兩種焊接技術，一個是壓力焊，一個是手工電弧焊。

壓力焊又可以被稱為是壓焊，壓焊不需要像焊絲、焊條、焊渣之類的焊接填充材料，是一種固相焊。在壓力焊中比較常用的方法是電阻壓力焊，但基本的方法主要有兩種。一個是通過加熱的方式，使母件接觸部分呈現(xiàn)塑形或者局部熔化的狀態(tài)，通過加壓的方式使原子結合。另一種方式是不加熱的方熱，只靠壓力是母件塑性變形，通過這樣的方式使原子結合。

手工電弧焊也被稱為電焊，人們在日常生活中經(jīng)常遇到的發(fā)出刺眼光芒的焊接工藝通常就是電焊。在電焊的工藝中，通常會運用到一些不同的保護焊接熔池的方法，避免出現(xiàn)與大氣接觸的現(xiàn)象。電焊的基本操作方法比較簡單易行，因此大多的小型的鋼結構的焊接都會選擇這種電焊的焊接方式。

二、鋼結構施工中的機械焊接工藝

鋼結構的基本特性是自重輕、適應性強以及應用便利。而對鋼結構的焊接工程需要對每一個步驟都十分注意和小心，嚴格的按照焊接的工序進行施工，保證鋼結構的安全和高質量。

在鋼結構的焊接的具體加工過程中，需要嚴格按照施工圖中所標注的材料和距離，并注意提前預留出焊接的縮短量以及加工的余量。在對鋼材的規(guī)定中有明文的規(guī)定：在鋼材下料前，必須要對規(guī)定的鋼材進行分析，經(jīng)過改正和調整后的偏差值不可以超過標準的許可偏差值。這樣的規(guī)定保證了鋼材下料時的質量。

吊掛壁的安置需要采取焊接的方式。吊掛壁的坡度值需要根據(jù)焊接的節(jié)點進行適當?shù)恼{整，在確認各項的要求準確后再進行焊接的工藝。同時，在確認靠邊的吊掛壁各項指標正常后，再對另一條的吊掛壁進行安置。兩條掛壁安置完畢后，準確的標出吊掛壁的最高以及最低的標高線。在對無縫鋼管的焊接過程中，需要先進行焊接，再進行校正。當?shù)鯍毂诘脑O備完成裝置以后，需要對各個連接點以及連接點的周圍進行質量的檢查，保證各個連接點都能夠達到標準的質量規(guī)定。同時，要保證吊掛壁的掛壁豎向面的不垂直度、掛壁坡度等都符合質量標準規(guī)定。

三、焊接技術在工程機械行業(yè)中的應用發(fā)展現(xiàn)狀探討

（一）大型結構件拼點工裝應用發(fā)展現(xiàn)狀

目前工業(yè)機械行業(yè)的焊接工藝的研究重點是拼箱精度和焊接質量。高精度拼點工裝作為一種高精度組對、便捷通用性應用的產(chǎn)品，在大型結構件中廣泛使用。例如三維柔性工裝，它取代了劃線拼點作業(yè)模式。該焊接技術的理念是其采用模塊化、全裝配式裝備，其優(yōu)勢是拼箱精度高且產(chǎn)品一致性好。傳統(tǒng)作業(yè)模式，在移動后其重復定位精度會降低，三位柔性工裝采用高精度等距銷孔定位解決了這一難題。同時它還具有高通用性的特點，可以對不同尺寸的機構件進行高效、快速地換模。但是該工裝對安裝精度的要求很高，不僅造價昂貴而且需要定期維護保養(yǎng)，增加使用成本。

（二）自動化焊接技術應用發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國內用工成本的提高，工業(yè)機械行業(yè)對焊接質量有著更高的要求，機器人自動焊接工作站應運而生。機器人自動焊接工作站由焊接用機器人（六軸集成的機械手）與各種系統(tǒng)設備組成。因為焊接用機器人一般只能上下工件，比較精細的焊接工作還需要其他系統(tǒng)的配合。相應的系統(tǒng)設備包括焊接系統(tǒng)、弧焊軟件控制系統(tǒng)、工件裝夾變位系統(tǒng)、高效除塵系統(tǒng)等。目前工業(yè)機械行業(yè)中使用的機器人（如ABB，KUKA，REIS，ARCMAN等）大多是由國內供應商采購的國外品牌機器人，我國主要自主開發(fā)焊接變位機、夾具等鋼結構。

焊接專機作為另一種自動化焊接技術更受到焊工的青睞，因為焊接專機與機器人焊接工作站相比，其價格更低、保養(yǎng)更加容易、操作簡便實用。焊接專機專門為特定的工件和一定形狀的焊接接頭設計的，在焊接過程中實現(xiàn)自動化不需要焊槍來回擺動。

對于要求不高的焊縫結構（如形式單一的長直焊縫），要實現(xiàn)專機的功能需要焊接系統(tǒng)與直線運動機構組合起來。有的工件在焊接過程中對工作環(huán)境要求很高或需要變位，則為了保證焊縫質，需要為焊接專機搭配變位機等系統(tǒng)設備。

（三）高強鋼焊接工藝應用發(fā)展現(xiàn)狀

為保證機械結構件的焊接質量，焊接接頭的性能必須與母材相匹配，否則會成為薄弱部位。這就要求與低合金高強鋼相匹配的焊接材料在性能上應與高強鋼性能一致。依托鋼鐵冶金技術的進步，低合金高強鋼性能上實現(xiàn)了潔凈化、強韌化，則焊接材料的性能也必須實現(xiàn)潔凈化和強韌化。我們在進行高強鋼焊接工藝評定試驗時發(fā)現(xiàn)，在接頭強度和伸長率符合規(guī)定的情況下接頭發(fā)生脆斷往往是由于韌性不足導致的。主要原因就是高強鋼的強度>800MPa，在焊接時焊縫金屬強韌性與母材匹配困難。且由于高強鋼強度較大，這種現(xiàn)象調節(jié)比較困難，不像調質鋼（強度在400MPa左右）要獲得理想的強韌性只需使焊縫組織獲得細小的針狀鐵素體即可。

以起重機產(chǎn)品為例，其焊接工藝存在局限性，即采用的鋼板強度>1100MPa而與之匹配的焊絲強度則在1000MPa左右。高強鋼激光焊接工藝的熱源是連續(xù)或脈沖激光束，它可以直接融化待焊母材。這種焊接工藝突破母材與焊接材料強度不匹配的局限性，國外工程機械企業(yè)已對其開展研究，待工藝成熟就可廣泛應用在高強鋼焊接中。傳統(tǒng)焊接技術是采用焊接材料過渡金屬元素，激光焊接省略這一復雜過程，而是用激光束融化母材，再用熔融金屬填充“激光束小孔”以此形成焊縫，提高了焊接速度。

四、結束語

鋼結構焊接在某項工程中屬于基礎程序，鋼結構焊接的工藝質量關系到工程的總體質量。工藝質量較高的鋼結構焊接從整體上提高工程質量，相反，如果從最基礎的鋼結構焊接開始質量不過關，就會影響工程總體質量，嚴重的會導致更大的危險和傷害。總而言之，為了保證鋼結構的焊接質量，應對焊接的外形尺寸、焊接位置、焊接工藝等進行全面控制，避免出現(xiàn)焊接變形、焊接缺陷等情況的發(fā)生。對焊工人員進行培訓工作，提高焊工人員的專業(yè)技能和素養(yǎng)，促進鋼結構不斷地應用。

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