金屬結(jié)構(gòu)件組裝及焊接的變形控制方法探究

羅寶宇，白愛東

（1.阿克地區(qū)沙雅中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校；2.阿克蘇地區(qū)庫車中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆 阿克蘇 842000）

金屬結(jié)構(gòu)件通常包括箱型結(jié)構(gòu)以及框架結(jié)構(gòu)兩種形式，在對金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行組裝的過程中，首先需要通過焊接來將需要組裝的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行合理的定位，避免其在后續(xù)組裝過程中金屬結(jié)構(gòu)件發(fā)生不必要的偏移，從而有效提升金屬結(jié)構(gòu)件的組裝速度以及組裝質(zhì)量。但是，在實(shí)際的焊接組裝過程中，金屬結(jié)構(gòu)件的焊縫周圍常常會(huì)出現(xiàn)焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力的存在極易導(dǎo)致金屬構(gòu)件在焊接過程中發(fā)生變形，從而對金屬結(jié)構(gòu)件整體的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，繼而對相關(guān)產(chǎn)品后續(xù)的加工增加極大的負(fù)擔(dān)，而且也容易增加很多不必要的成本支出?；诖?，在金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中進(jìn)行有效的焊接變形控制，是保證金屬結(jié)構(gòu)件以及相關(guān)產(chǎn)品整體質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 金屬結(jié)構(gòu)件組裝

金屬結(jié)構(gòu)件在實(shí)際的組裝過程中主要需要經(jīng)過三項(xiàng)流程，即下料、彎折以及組裝，其中下料作為組裝過程中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，對整個(gè)結(jié)構(gòu)件組裝流程的順利進(jìn)行以及產(chǎn)品整體質(zhì)量的保證有著重要的影響。在下料過程中，由于大部分金屬結(jié)構(gòu)件的形狀通常比較復(fù)雜，而且相關(guān)部件的尺寸會(huì)相對較大，為了有效保證金屬結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，需要對下料的尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的把控，確保下料環(huán)節(jié)中金屬原料的長度、寬度以及厚度等尺寸與圖紙中的要求一致。其次，由于金屬結(jié)構(gòu)件的蓋板尺寸通常比較大，因此在組裝過程中需要將蓋板兩端進(jìn)行一定程度的彎折處理，在彎折過程中，必須保證彎折兩端的蓋板長度保持一致，目前常用的彎折手段有火焰彎折以及油壓彎折。在合理的下料以及標(biāo)準(zhǔn)的彎折流程結(jié)束后，最后便是金屬結(jié)構(gòu)件的組裝，組裝過程中，相關(guān)操作人員必須嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行組裝，同時(shí)通過合適的平臺(tái)對需要組裝的金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行支撐，在將金屬結(jié)構(gòu)件兩邊的側(cè)板進(jìn)行切割后，需要對其進(jìn)行一定的打磨，從而防止側(cè)板上的金屬毛刺影響后續(xù)的焊接效果。

2 金屬結(jié)構(gòu)件焊接應(yīng)力以及焊接變形產(chǎn)生的原因

2.1 金屬結(jié)構(gòu)件焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因

金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中，焊接點(diǎn)處的溫度會(huì)非常高，而焊接點(diǎn)以外的區(qū)域相對焊接點(diǎn)處而言溫度較低，故形成了一定的溫度差。溫度差的存在使得金屬結(jié)構(gòu)件的體積發(fā)生變化，從而導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件發(fā)生一定程度的變形。

金屬結(jié)構(gòu)件的焊接應(yīng)力根據(jù)其作用方向通常分為橫向應(yīng)力、縱向應(yīng)力以及與結(jié)構(gòu)件厚度有關(guān)的焊接應(yīng)力，其中橫向應(yīng)力是與焊縫軸呈垂直關(guān)系的一種應(yīng)力，而縱向應(yīng)力則是與焊縫軸呈平行關(guān)系。之所以產(chǎn)生不同方向的焊接應(yīng)力，主要是因?yàn)楹附舆^程產(chǎn)生的局部高溫導(dǎo)致金屬原料受熱不均。不同溫度下，靠近焊接點(diǎn)處的金屬原料主要受熱應(yīng)力的影響，而距離焊接點(diǎn)較遠(yuǎn)的金屬原料則主要受壓應(yīng)力的影響。

2.2 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形產(chǎn)生的原因

由于受到不同方向焊接應(yīng)力的影響，金屬結(jié)構(gòu)件往往會(huì)發(fā)生變形，金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形主要分為局部變形以及整體變形，局部變形通常是指金屬結(jié)構(gòu)件的局部發(fā)生變形，在焊接過程中可以對其進(jìn)行有效的恢復(fù)。而整體變形下的金屬結(jié)構(gòu)件的形狀尺寸皆發(fā)生了一定程度的改變，其通常是由于不同方向焊接應(yīng)力作用下導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)件收縮，變形后不能恢復(fù)原狀，因此，在實(shí)際焊接過程中，應(yīng)該最大限度地避免整體變形的發(fā)生。

導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的原因主要有兩方面：一方面是因?yàn)楹附舆^程中金屬結(jié)構(gòu)件不均勻的局部加熱，由于焊接過程中焊接點(diǎn)處的溫度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域，溫度差的存在使得金屬結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的熱膨脹，從而導(dǎo)致焊接變形的發(fā)生。另一方面是由于在焊接完成時(shí)，金屬結(jié)構(gòu)件往往需要進(jìn)行冷卻，但是在冷卻過程中，由于焊接應(yīng)力的存在，使得金屬結(jié)構(gòu)件再次發(fā)生一定程度的收縮。除了這兩個(gè)方面外，金屬結(jié)構(gòu)件的焊接工藝、焊接順序以及焊接坡口的角度等因素皆會(huì)對焊接變形的發(fā)生產(chǎn)生一定的影響。

3 減少焊接應(yīng)力以及避免焊接變形的措施

3.1 設(shè)計(jì)合理的裝配順序和焊接順序

不同的裝配順序以及焊接順序會(huì)對金屬結(jié)構(gòu)件的焊接結(jié)果產(chǎn)生不同的影響，為了避免焊接變形的發(fā)生，應(yīng)該根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)選擇合理的裝配順序以及焊接順序。通常情況下，在對金屬結(jié)構(gòu)件的裝配順序以及焊接順序進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循以下三條原則：首先，應(yīng)該將收縮量較大的焊縫排在焊接的首位，保證其整體應(yīng)力最小；其次，焊接過程中應(yīng)該對稱施焊，對稱施焊不僅能夠?qū)崿F(xiàn)焊接過程中的受熱均勻，而且可以使焊縫間的應(yīng)力相互作用抵消，從而避免金屬結(jié)構(gòu)件的變形發(fā)生；最后，在退焊過程中采用分段退焊的方式，同樣為了保證金屬結(jié)構(gòu)件的受熱均勻。

3.2 選擇正確的焊接方向

焊接過程中，通常較長的金屬結(jié)構(gòu)件往往會(huì)產(chǎn)生相對較大的拉應(yīng)力，因此如果對較長的結(jié)構(gòu)件采用直通焊接方法的話，極易導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生非常嚴(yán)重的變形，這是因?yàn)楹附舆^程中除了熱量分布不均外，在焊接完成金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行冷卻的過程中，其受到的約束程度并不相同?；诖耍诤附舆^程中，要確保結(jié)構(gòu)件焊縫的橫向與縱向在焊接時(shí)能夠自由收縮。除此之外，在對有交叉焊縫接頭的金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)該對收縮量較大的結(jié)構(gòu)件焊縫進(jìn)行焊接。根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及焊縫特點(diǎn)選擇正確的焊接方向是有效降低溫度差影響的重要方法，能夠有效降低金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中發(fā)生的變形。

3.3 盡量縮減焊縫的尺寸以及數(shù)量

除了裝配順序、焊接順序以及焊接方向外，焊縫的尺寸以及數(shù)量同樣也是容易引起焊接變形的關(guān)鍵因素，因?yàn)楹附訑?shù)量越少，金屬結(jié)構(gòu)件所接收的焊接熱量越少，變形量也就越小?；诖耍瑧?yīng)該最大限度縮減焊縫的尺寸以及數(shù)量。具體操作過程中，首先，應(yīng)該盡量保證焊縫之間的合理距離，避免各個(gè)焊縫的距離過度集中；其次，對于焊接的整體位置布局進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)對焊縫的尺寸以及數(shù)量進(jìn)行控制；最后，對于結(jié)構(gòu)尺寸相對比較小的金屬結(jié)構(gòu)件，在焊接完成后，應(yīng)該將其進(jìn)行加熱，保證其受熱均勻，同時(shí)在冷卻過程中應(yīng)該緩慢冷卻，避免金屬結(jié)構(gòu)件存在大的溫度反差，從而對金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形進(jìn)行控制。

3.4 預(yù)變形措施以及防變形工裝的采用

根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以對其焊接變形的方向進(jìn)行判斷，從而在焊接過程中通過相關(guān)工裝或者措施的采用來實(shí)現(xiàn)針對焊接變形的反變形，繼而在一定程度上對可能產(chǎn)生的焊接變形進(jìn)行抵消。對于一些材質(zhì)特點(diǎn)以及構(gòu)造相對特殊的金屬結(jié)構(gòu)件而言，在焊接過程中可以對其增加相適應(yīng)的防變形工裝，在防變形工裝的固定壓板的約束下，最大限度實(shí)現(xiàn)對焊接變形的有效控制。

4 結(jié)語

金屬結(jié)構(gòu)件組裝過程中，往往需要通過焊接技術(shù)對其進(jìn)行定位，但是焊接過程中，金屬結(jié)構(gòu)件通常會(huì)因?yàn)楹附討?yīng)力的產(chǎn)生而發(fā)生變形，從而影響金屬結(jié)構(gòu)件以及相關(guān)產(chǎn)品的整體質(zhì)量。為了有效保證組裝的質(zhì)量，在本文中，我們對金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生焊接應(yīng)力以及焊接變形的具體原因進(jìn)行了簡單的敘述分析，同時(shí)針對這些原因提出了一些措施，以期能夠?qū)饘俳Y(jié)構(gòu)件組裝以及焊接的變形進(jìn)行有效的控制，從而有效保證金屬結(jié)構(gòu)件以及相關(guān)產(chǎn)品的整體質(zhì)量。