金屬結(jié)構(gòu)件組裝及焊接變形控制討論

陳 濤

（維升特建筑系統(tǒng)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215400）

金屬結(jié)構(gòu)件以鋼制材料最為常見，金屬結(jié)構(gòu)件主要包括框架式和箱形式兩種形式，使用頻率較高。正因如此，金屬結(jié)構(gòu)件也極易出現(xiàn)質(zhì)量問題。輕則，重新組裝焊接，重則，直接報(bào)廢，造成人力、物力、財(cái)力以及人員傷亡的損失。在金屬結(jié)構(gòu)組裝以及在焊接過程中極容易出現(xiàn)變形情況，需要技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)的操作及靈活地運(yùn)用，從而解決上述問題。

1 金屬結(jié)構(gòu)件的組裝

金屬結(jié)構(gòu)件的種類很多，在建筑工程中，主要包括鋼柱、鋼屋架、鋼支撐以及其它金屬構(gòu)件等。金屬結(jié)構(gòu)件的組裝屬于技術(shù)性問題。在組裝過程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)性錯(cuò)誤，需要及時(shí)處理組裝過程中的細(xì)節(jié)問題。

1.1 注意數(shù)字、范圍詞等精確度

金屬結(jié)構(gòu)件在組裝過程中，若出現(xiàn)組裝偏差會(huì)對(duì)組裝結(jié)果造成一定影響，嚴(yán)重情況下會(huì)造成巨大損失。組裝時(shí)的寬度、高度尺寸超過偏差范圍會(huì)對(duì)組裝結(jié)果造成極大的影響。例如，組裝寬度超出規(guī)定范圍，從而造成組裝尺寸誤差偏大，影響最終的組裝效果。

1.2 技術(shù)人員的組裝技能和精神品質(zhì)

參與金屬構(gòu)件組裝的技術(shù)人員必須要具備一定的知識(shí)儲(chǔ)備和操作技巧，熟知每一部分結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確作用以及明確的安裝方法。嚴(yán)格遵守相關(guān)要求進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)件的組裝[1]。與此同時(shí)，要求參與金屬構(gòu)件的組裝人員具有大膽創(chuàng)新的精神，敢于在不損失組裝成果的基礎(chǔ)上根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)技能進(jìn)行思維突破，通過多種組裝方式達(dá)到相同的結(jié)果，甚至超越常規(guī)結(jié)果。以效果好、耗時(shí)少、利益高為最終目的。

1.3 選擇合適的支撐物

通常情況下，選擇平臺(tái)進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)件的組裝，能有效避免組裝時(shí)金屬結(jié)構(gòu)件發(fā)生傾斜、組裝不匹配等不良現(xiàn)象。在一個(gè)干凈平整的環(huán)境下進(jìn)行操作，能夠防止零件不會(huì)被其他物件干擾，同時(shí)也節(jié)省了時(shí)間。

1.4 選擇合適的組裝方法

金屬結(jié)構(gòu)件的組裝方法多種多樣，例如：地樣法、胎膜裝配法、臥裝、立裝、仿形復(fù)刻裝配法等。選擇合適的組裝方法能夠加速金屬結(jié)構(gòu)件組裝的進(jìn)程，節(jié)省時(shí)間進(jìn)行后面的操作。

對(duì)于框架較少的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行組裝時(shí)，一般選擇地樣法，按照1：1的比例在將要進(jìn)行組裝的裝置平臺(tái)上放置構(gòu)件實(shí)物樣，繼而根據(jù)零件在實(shí)物樣上的位置再進(jìn)行組裝。但對(duì)于需要制造大批量、高精度的金屬結(jié)構(gòu)件，則要采用胎膜裝配法進(jìn)行組裝。其過程也并不復(fù)雜，只需將金屬結(jié)構(gòu)件的零件用胎膜固定在需裝配的位置，再進(jìn)行后面的組裝。當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)件的斷面不大，并且其具有細(xì)長(zhǎng)的明顯特征時(shí)，應(yīng)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件采用臥裝的組裝方法進(jìn)行裝配。和臥裝對(duì)應(yīng)的是立裝。適合立裝的金屬結(jié)構(gòu)件大多是高度低或者直徑大的圓筒，根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)、零件的重心及其穩(wěn)定的位置，選擇從上到下或者從下往上的方式進(jìn)行組裝。但當(dāng)出現(xiàn)橫斷面相互對(duì)稱的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該先用地樣法組裝成單面的結(jié)構(gòu)，同時(shí)找準(zhǔn)定位點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊，接著將其翻身作為復(fù)制胎膜，在復(fù)制胎膜上面裝置另一個(gè)單面的結(jié)構(gòu)，此過程較為復(fù)雜，并且需要反復(fù)進(jìn)行兩次。

2 金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形

金屬結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)，焊接熱源對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件的不均勻加熱引起的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸的改變，稱為金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形[2]。焊接變形也是金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中最難以避免的損壞性結(jié)果之一，它將會(huì)影響到金屬結(jié)構(gòu)件焊接尺寸的精密度以及焊接接頭一端的強(qiáng)度。損害性較輕的金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形需要消耗不少的人力、物力、財(cái)力才能修復(fù)，而損害性較強(qiáng)的焊接變形會(huì)直接導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件報(bào)廢，甚至還會(huì)造成人員的傷亡，后果將難以彌補(bǔ)或無(wú)法彌補(bǔ)。

2.1 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的原因

金屬結(jié)構(gòu)件焊接時(shí)容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，其產(chǎn)生的主要原因有：受熱變形、受冷變形以及互相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件不能組裝成一起，從而導(dǎo)致焊接變形等。

2.2 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的類型

由于金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中會(huì)受溫度、放置平整度等不同因素的影響，從而導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的變形。例如：局部變形和角變形、結(jié)構(gòu)件側(cè)彎變形、結(jié)構(gòu)件扭曲變形等。這些變形情況的出現(xiàn)都會(huì)給金屬結(jié)構(gòu)件的焊接效果帶來(lái)一定影響。

2.3 如何預(yù)防金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形

（1）預(yù)防焊接過程中金屬結(jié)構(gòu)件的局部變形和角變形。首先，在設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)件時(shí)，盡量保證各金屬結(jié)構(gòu)件的各個(gè)部分剛度和焊接縫隙分布均勻，設(shè)計(jì)的焊接縫隙盡量對(duì)稱，并且減少交叉和緊密的焊接縫隙出現(xiàn)。其次，焊接順序非常重要。例如，焊接較長(zhǎng)的焊縫時(shí)，應(yīng)該采用分段的方式進(jìn)行間斷焊接法。從金屬結(jié)構(gòu)件的中間向兩邊進(jìn)行，焊接時(shí)應(yīng)注意對(duì)稱分散布置，從而避免熱量集中造成的金屬結(jié)構(gòu)件受熱變形。另外，焊接方法的選擇對(duì)控制金屬結(jié)構(gòu)件焊接是否變形起著決定性作用。當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)件尺寸較大，焊接縫隙較多的時(shí)候，要采用分段、分層或者間斷的方法進(jìn)行焊接，對(duì)于部分焊接后容易產(chǎn)生角形變的零部件，應(yīng)在整體焊接前進(jìn)行個(gè)別變形處理，避免對(duì)整體焊接造成影響。

（2）預(yù)防金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中的側(cè)彎變形。盡量在金屬結(jié)構(gòu)件焊接的過程中選擇將其放置在平坦的鋼平臺(tái)，另外，金屬結(jié)構(gòu)件的放置、運(yùn)輸、起吊都應(yīng)該保持受力一致，避免其出現(xiàn)不平衡的力造成金屬結(jié)構(gòu)件側(cè)彎變形。其次，金屬結(jié)構(gòu)件焊接平面的一端最好不要出現(xiàn)銳角情況，從而避免焊接區(qū)熱量集中，不能增加焊接強(qiáng)度，反而會(huì)進(jìn)一步造成側(cè)彎變形的幅度增加。

（3）預(yù)防金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中的扭曲變形。在金屬結(jié)構(gòu)件組裝過程中，如果出現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)件拼接不嚴(yán)密、拼接后縫隙不均勻或者組裝金屬結(jié)構(gòu)件的順序與焊接順序不一致等，也會(huì)造成金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象。在組裝過程中細(xì)心操作每一個(gè)步驟就顯得極為重要。在金屬結(jié)構(gòu)件焊接的過程中，焊接位置要墊平、準(zhǔn)確選擇焊接的支點(diǎn)位置，可以在組裝正確的基礎(chǔ)上有效避免金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中造成的扭曲變形。

2.4 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的補(bǔ)救

雖然提前預(yù)防能極大地減少金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中的變形，但是難以避免會(huì)受到時(shí)間、物件大小、復(fù)雜程度等因素的影響，仍然會(huì)產(chǎn)生形變。因此，需在發(fā)生焊接變形時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救。其中，最常見的補(bǔ)救方法是機(jī)械矯正法。

機(jī)械矯正法是指在室溫環(huán)境下，對(duì)焊接的物件施加一定的外力，使結(jié)構(gòu)件壓縮，造成塑性變形區(qū)的金屬伸展性減小，或者消除金屬結(jié)構(gòu)件在焊接縫隙區(qū)域發(fā)生的塑性變形，從而達(dá)到矯正變形的目的。但在實(shí)際操作中，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行操作，借助積累的經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)格的檢驗(yàn)手段來(lái)確保矯正的精確度。

在機(jī)械的制作過程中，焊接變形的出現(xiàn)無(wú)法避免，只能通過有效的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)手段來(lái)控制焊接變形，并對(duì)超出要求產(chǎn)生的焊接變形進(jìn)行有效地矯正。但不能全部寄希望于矯正，因?yàn)橥ㄟ^矯正無(wú)法達(dá)到原有的精密度。必須對(duì)焊接過程全面控制，才能確保金屬結(jié)構(gòu)件尺寸的精確，從而達(dá)到裝置的要求。

3 金屬結(jié)構(gòu)件組裝和焊接變形的關(guān)系

金屬結(jié)構(gòu)件的組裝和焊接之間沒有必然的固定順序，金屬結(jié)構(gòu)件是否變形取決于組裝的好壞，而金屬結(jié)構(gòu)件的變形程度也影響著是否能進(jìn)行下一步的組裝。組裝和焊接不分先后順序，二者相互影響、相輔相成。只有將組裝和焊接技術(shù)進(jìn)行完美地配合，才能制作出良好的配件。

3.1 組裝的好壞決定焊接過程是否變形

金屬結(jié)構(gòu)件組裝的程度直接影響焊接過程。假如金屬結(jié)構(gòu)件在組裝上出現(xiàn)問題，就會(huì)直接造成焊接過程中出現(xiàn)不同程度的變形，從而影響金屬結(jié)構(gòu)件的使用。

在金屬結(jié)構(gòu)件組裝的過程中，倘若將其放在不平整或者雜塵較多的地方，就會(huì)造成金屬結(jié)構(gòu)件組裝傾斜，或者出現(xiàn)各結(jié)構(gòu)件拼接的不嚴(yán)密，從而導(dǎo)致拼接后出現(xiàn)縫隙不均勻等各種情況。

3.2 焊接結(jié)果影響下一步組裝

焊接和組裝是交叉進(jìn)行的，根據(jù)不同的金屬結(jié)構(gòu)件和所要的結(jié)果，選擇進(jìn)行的先后順序。如果在之前的金屬結(jié)構(gòu)件拼接過程中都進(jìn)行得很完美，但是在焊接過程中出現(xiàn)一定的錯(cuò)誤，比如：焊接時(shí)熱量過于集中，沒有分散，或者焊接順序出現(xiàn)了問題等，從而導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中出現(xiàn)變形的情況，都會(huì)對(duì)下一階段將要進(jìn)行的再組裝造成影響，金屬結(jié)構(gòu)件的變形會(huì)造成再組裝出的整體結(jié)構(gòu)件不嚴(yán)密、銜接不緊密等現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至無(wú)法再次組裝，直接導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)件報(bào)廢，浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力，也耽誤了組裝進(jìn)程。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬結(jié)構(gòu)件的組裝和焊接屬于機(jī)械加工工藝，與此同時(shí)，金屬結(jié)構(gòu)件在機(jī)械制造中的地位不斷上升，可利用和創(chuàng)造的價(jià)值也越來(lái)越大，但同時(shí)精細(xì)程度也在逐漸提升。本文對(duì)金屬結(jié)構(gòu)件的組裝要點(diǎn)和焊接情況進(jìn)行了分析，闡述金屬結(jié)構(gòu)件組裝的方法，以及如何預(yù)防金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中出現(xiàn)形變。并進(jìn)一步補(bǔ)充，當(dāng)焊接形變真正發(fā)生時(shí)的補(bǔ)救措施和注意事項(xiàng)。嚴(yán)格地為金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行組裝和焊接，才能真正避免過程中出現(xiàn)的整體或局部的變形，從而減少不必要的損失。因此，討論金屬結(jié)構(gòu)件的組裝和變形，并提出相應(yīng)策略，具有重要的價(jià)值和意義。