淺析焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形控制措施

袁學(xué)海

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，焊接作為一種實現(xiàn)材料永久性連接的技術(shù)方法，在工程建筑、航空和工業(yè)機械制造中得到了廣泛的應(yīng)用。焊接工作者需要具備專業(yè)的焊接知識、掌握工藝流程和良好的操作水平，才能保證焊接技術(shù)符合標準要求?；诖?，本篇文章對焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形控制措施進行研究。

關(guān)鍵詞：焊接結(jié)構(gòu);焊接變形;控制措施

引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料對焊接質(zhì)量的要求越來越高。自2002年以來，我國鋼鐵產(chǎn)量一直位居世界首位，而40%～60%的鋼材產(chǎn)品需要經(jīng)過焊接加工過程。根據(jù)國家的“十三五”規(guī)劃和“中國制造2025”精神，鋼鐵產(chǎn)業(yè)要繼續(xù)保持向提升產(chǎn)品質(zhì)量轉(zhuǎn)變。焊接技術(shù)是制造業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)、低成本、高效的新型焊接技術(shù)，提高焊接生產(chǎn)質(zhì)量和效率，對推動我國制造業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。

一、焊接方法及其工藝因素

一般情況下，機械焊接制造過程中常用的焊接方法主要有埋弧自動焊、手工電弧焊、CO2氣體保護焊等幾種。操作人員在焊接作業(yè)過程中采用的焊接方法不同，焊接過程中產(chǎn)生的熱量以及焊接完成后鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的變形也不同。即便是同一種焊接方法，在實際操作的過程中，也會因為焊接工藝規(guī)范的不同，而出現(xiàn)不同的焊接變形問題。操作人員必須在機械焊接作業(yè)開始前，制定明確的焊接工藝指導(dǎo)書，同時確保作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的溫度和濕度符合鋼結(jié)構(gòu)焊接的要求，才能確保鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)的有序進行。

二、結(jié)構(gòu)焊接熱變形的分析

（一）變形原因分析

眾所周知，焊接變形之所以存在，最根本原因是焊縫及其周圍金屬的熱脹冷縮。在受熱時金屬發(fā)生膨脹，因其周圍金屬的壓縮而發(fā)生變形，在隨后的冷卻過程中發(fā)生收縮，又對其周圍金屬產(chǎn)生壓縮作用，從而在冷卻后，焊件會發(fā)生收縮變形。當(dāng)這種情況作用在平板的焊接結(jié)構(gòu)上，特別是薄板的焊接結(jié)構(gòu)上時，就容易發(fā)生失穩(wěn)變形，即會產(chǎn)生波浪變形或凸凹變形。

（二）焊接結(jié)構(gòu)件制做順序與變形分析

通常情況下，在液壓支架結(jié)構(gòu)的制作工作當(dāng)中，其中成型主機板和橫板構(gòu)成了框架，將框架和底板之間進行有效的銜接形成一種背對背的焊接條件，在成型板面和焊接板面之間需要做到充分的銜接，并且需要進行后續(xù)的修模和打孔操作。產(chǎn)生焊接形變的主要原因，是因為液壓支架的結(jié)構(gòu)件在成型間隙和焊接過程當(dāng)中產(chǎn)生的不良收縮問題，同時焊接收縮屬于無法改變的問題，但是在成型過程當(dāng)中可以通過另一種形式來進行有效的改變。

（三）鋁合金焊接變形形成原因

鎂合金導(dǎo)熱率高、熱膨脹系數(shù)大，所以焊縫冷卻速度快，近縫區(qū)和母材很容易受到收縮應(yīng)力的作用而產(chǎn)生較大變形，最終形狀、尺寸發(fā)生改變。

（四）H型鋼焊變形分析

以往的施工方法在H型鋼焊接后容易產(chǎn)生翼板的角變形、腹板的旁彎變形，而消除腹板的旁彎變形通常需要火焰加熱進行矯正，而采用雙面雙弧同步CO2氣體保護焊免清根的焊接方法，兩側(cè)施焊焊工采用相同的焊接工藝參數(shù)，以相同的焊速勻速施焊，可使腹板兩側(cè)的焊接應(yīng)力對等，且受熱均勻，焊接過程中基本消除了腹板的旁彎變形，只需在焊接完畢后矯正翼板的焊接角變形，大幅縮短了矯正周期及減少了火焰加熱對母材性能的破壞。

三、焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形控制措施

（一）控制焊接工藝及焊接方法

機械焊接作業(yè)過程中采用的技術(shù)規(guī)定主要包括焊接方法、焊前準備、焊接材料、焊接順序、焊接操作、工藝參數(shù)、焊后處理等幾方面的內(nèi)容。焊接工人必須在焊接作業(yè)過程中，確保工藝操作的科學(xué)性與合理性，才能達到提高機械焊接質(zhì)量的目的。另外，操作人員必須在焊接作業(yè)過程中，嚴格按照機械焊接的要求控制機械結(jié)構(gòu)的焊接問題，避免結(jié)構(gòu)焊接溫度不符合影響機械結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量。

（二）預(yù)變形法

在預(yù)變形法的使用過程當(dāng)中，主要是對掩護梁固定的側(cè)防護板來進行工作，頂梁固定的位置在進行焊接工作當(dāng)中，其中在正常焊接工作之后會出現(xiàn)不同程度的形變問題，為了有效防止焊接工作產(chǎn)生不良的形變，在底部構(gòu)建當(dāng)中需要將設(shè)模板設(shè)定一定的工作角度，同時再預(yù)留焊接縫當(dāng)中需要保證收縮量的大小符合工作標準。

（三）焊接工藝要點

①為減少焊接變形，在進行焊接以前，應(yīng)該使用壓板將濾盤周圍壓到焊接平臺上，并在整個內(nèi)角焊縫冷卻到室溫之前，不要取下壓板;②由于是角焊縫，焊腳尺寸不大于5mm，采用單層單道焊接，稍作窄幅擺動;③在整個焊接活動中，應(yīng)該嚴格控制工件的溫度，編程時采用合理的焊接順序，使焊縫位置應(yīng)確保焊接前手觸碰不發(fā)熱。

（四）鋁合金焊接變形防止措施

優(yōu)化焊縫結(jié)構(gòu)：合理布局焊縫位置，保證每條焊縫都有充足的散熱空間，避免區(qū)域內(nèi)焊縫過于集中;選擇合適的焊縫形狀和尺寸。

（五）預(yù)留變形尺寸法

在液壓支架頂梁和底座的焊接工作當(dāng)中運用比較頻繁，在這兩個部件的主體位置當(dāng)中，主支撐位置對應(yīng)的焊接位置必須要預(yù)留一定的空間大小，比如在ZY4000支架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，頂梁的支柱位置寬度標準尺寸設(shè)定為340mm，同時在拼裝工作當(dāng)中需要針對主支撐板根部放大1mm，同時需要在傷口放大2～3mm距離，同時使用支撐板來進行固定。在指數(shù)位置焊接過程當(dāng)中需要將側(cè)向的支撐板進行去除，同時保證兩個主要支撐柱在焊接過程當(dāng)中的應(yīng)力大小分布均勻，在支撐柱的底部位置可以進行二次加工操作。

（六）焊接材料質(zhì)量控制

考慮到板用于工程機械產(chǎn)品通常存在不同程度的凹陷，皮膚氧化不勻，凹凸不平等現(xiàn)象不好的外觀，但也越明顯與板的厚度的增加，而且有相同的制造商生產(chǎn)批次的不同板外觀質(zhì)量是不一樣的，所以，從根本上提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，企業(yè)要求供應(yīng)商生產(chǎn)實際，標準、全板質(zhì)量等級報告或認證，并要求質(zhì)量檢驗人員仔細檢查和驗證外觀質(zhì)量，以避免工程機械外觀質(zhì)量選擇不當(dāng)。

（七）H型鋼免清根焊接技術(shù)

避免了單面焊時受熱不均勻而產(chǎn)生的焊接變形。H型鋼部分腹板為δ=6mm以下的薄板，單面焊背部清根時極易出現(xiàn)單面焊接變形過大，矯正難度大，而采用此施工方法，兩側(cè)同時焊接，焊接應(yīng)力兩側(cè)均等，有效減小了焊接變形。

（八）對電焊機的電流量進行控制

電焊機能很準確的顯示出電流量，所以在機械焊接的過程之中，電流量的大小對機械焊接的質(zhì)量起著非常重要的作用。所以，焊接過程中應(yīng)該分析其控制點，為避免外觀損壞，提高成品的成型標準，應(yīng)盡量采用模具與模具相結(jié)合的方法對板材零件進行切割。為了減少坑的數(shù)量，建議使用橡膠錘或銅錘。鐵銹清理完成的工作，堅持沙子，規(guī)模、毛刺、掛渣和其他雜質(zhì)，需要重點從減少和阻止著手提高焊接的質(zhì)量，這個時候設(shè)置合理的焊接參數(shù)通過模擬焊接，按焊接操作規(guī)范，也要選擇合適的防濺劑和屏蔽技術(shù)防止切削面，焊縫交叉位置，如高溫金屬表面結(jié)合焊接飛濺。

四、結(jié)束語

影響機械焊接變形的因素較多，為了提高機械結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量，操作人員必須在現(xiàn)有技術(shù)條件下，針對機械結(jié)構(gòu)制造過程中可能出現(xiàn)的焊接變形問題，采取積極有效的應(yīng)對措施，才能在有效控制焊接變形問題的同時，有效提升機械結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量。