金屬結構件組裝及焊接變形控制

摘要：金屬結構件主要包括框架式與箱形式兩種形式的構件。結構件的生產與組裝的質量都離不開焊接工藝與生產工藝的作用。文章主要分析了在金屬結構件組裝的過程中影響焊接應力與焊接變形的主要因素，并針對其因素相應提出矯正與控制的方法，從而改善金屬結構件的焊接變形。

關鍵詞：金屬結構件；構件組裝；焊接變形；變形控制

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0059-02

金屬結構件主要包括框架式與箱形式兩種形式的構件。金屬結構件在生產的過程中，通常都是用焊接的方法對零件進行定位的，然后將工件進行組裝，這就是生產組裝結構件。但是，金屬結構件在進行生產組裝的過程中，由于焊接中的焊接應力會導致金屬結構件焊接變形，從而對結構件的強度、穩定性、加工精度造成了嚴重的影響。另外，焊接變形還會導致焊接件的形狀、尺寸發生變形，在焊接完成之后還要對變形產品進行一系列的矯正工作，不僅嚴重影響工作的進度，還會導致新問題的出現。因此，只有控制好焊接應力與變形，才能提高金屬結構件的整體質量。

1 結構件組裝

1.1 結構件下料

下料是產品在生產中組裝的基礎，下料的質量可以直接影響產品的質量。在生產過程中，金屬結構件的形狀多種多樣，而且組成底板、蓋板、側板等的尺寸普遍較大，因此，在下料的過程中，要嚴格把握好下料的尺寸，還要控制好下料的變形。

1.2 準確控制金屬結構的彎折

由于金屬結構件的蓋板比較長，如果要將兩端折彎，在折彎的過程中，就必須先確定好中間的長度，同時保證兩段的長度一樣。常用的折彎方法有火焰折彎法與油壓折彎法。火焰折彎時，由于火焰溫度較高，容易造成結構件變形，而且成本較高，勞動強度較大。現階段，技術人員更多使用油壓機折彎法，因此在進行折彎之前，必須先備好樣本與模具，提高折彎的精確性。

1.3 結構件組裝

在組裝結構件之前，必須先選擇好支持工作物，通過平臺的使用，根據結構件的圖紙、工藝要求等，將兩側板的坡口進行切割，清除割渣，修磨側板，避免焊縫的質量受到影響，最后將產品的部件按照圖紙或工藝要求進行

組裝。

2 金屬結構件產生焊接應力與焊接變形的原因

2.1 金屬結構件焊接應力產生的原因

金屬結構件在進行焊接的過程中由于局部受到高溫的影響，以致焊接的溫度存在差異，導致了金屬結構件產生變形。另外，焊接過程中所產生的高溫也會引起結構件的體積發生變化，導致結構件的整體變形。

焊接應力可以劃分為縱向應力、橫向應力與厚度應力三種作用方向。縱向應力就是與焊縫長度方向呈平行狀態的應力，結構件進行焊接時，由于鋼板所受的溫度不均勻，導致鋼板出現不均勻的膨脹現象。在距離焊縫較近的一側屬于高溫區，主要受到熱壓力的影響，另一側則主要受到熱拉應力的影響，而距離焊縫最近的一段主要受壓應力的影響。此外，橫向應力是垂直在焊縫軸向線上的應力。

2.2 金屬結構件焊接變形產生的原因

金屬結構件變形可分為局部變形與整體變形。局部變形是指金屬結構件在焊接過程中焊接結構出現的部分變形，矯正比較容易。整體變形是指金屬結構件在焊接的過程中，由于焊縫出現收縮現象所引起整個結構的尺寸或形狀變形。一般情況下，在焊接時，是不允許出現整體變形的，嚴重影響了金屬結構的質量。

3 減少金屬結構件焊接應力和焊接變形的措施

3.1 設計合理的裝配、焊接順序

金屬結構件的裝配、焊接順利也會對金屬結構件焊接應力與焊接變形產生影響。焊接結構一樣的情況下，如果裝配與焊接的順序不一樣，導致的焊接變形也不一樣。因此，設計合理的裝配與焊接順序就要根據以下的原則

進行。

3.1.1 收縮量比較大的焊縫必須先焊，收縮量小的留在最后焊。因為先焊的收縮阻力會比較小，所以焊接應力也比較小。

3.1.2 選用對稱焊接的方法。通過對稱焊接可以減少焊接之后的再次變形情況。對稱焊接是可以同時對結構件施焊的，由于側導板比較長，一般在焊接時需要兩個人或兩個人以上對其焊接，只有多人同時焊接，才可以對所焊的焊縫之間的溫度相互制約，避免了溫度的不均勻分布，有效控制結構的整體變形。

3.1.3 在焊接的過程中，如果遇到比較大型的結構件，還是要選取對稱焊接的方法，將結構件進行分段，逐段退焊，確保焊縫溫度均勻分布，減少結構件的變形

現象。

3.2 焊接方向的選擇

在焊接的過程中，比較長的金屬結構件，其橫向受力分布在末端，從而產生較大的拉應力。由于中段所受到的壓應力比較大，再加上焊縫較長，因此，采用直通焊接的方法就會對結構件產生較大的應力，導致結構件出現大面積的變形。出現大面積的變形不僅是因為在焊接的過程中，焊縫方向的溫度分布不均而引起的，更多的原因是因為在冷卻的過程中不注意先后順序以及在膨脹收縮過程中的約束壓力不同造成的。因此，在焊接的過程中，要保證焊縫的橫向與縱向焊接可以進行自由收縮。另外，在有交叉焊縫接頭的對接平面上，要采用收縮量最大的焊縫進行焊接，同時還要確保焊接順序在采用交叉點時不易出現

變形。

3.3 盡量減少焊縫的數量與尺寸

3.3.1 在金屬結構件焊接的過程中，要求各個焊縫之間保持一定的距離，避免焊縫集中在一小部分。

3.3.2 在金屬結構件焊接的過程中，如果金屬結構件的尺寸比較小，在焊接結束之后可以通過采用物理熱處理的方法消除焊接應力，熱處理的溫度通常在600℃左右，經過保溫之后再進行冷卻。

3.4 改善焊接變形的方法

3.4.1 采取錘擊焊縫法進行焊接。也就是通過有圓弧的工具進行錘擊焊縫，促進焊縫的延展方向，從而降低結構件的內應力，錘擊時要保持力量適度均勻，為了防止結構件出現裂紋現象，在錘擊的過程中，要控制好力量，通常情況下，結構件的底面與背面不需要進行錘擊。

3.4.2 加熱減應力法。也就是在焊接過程中，通過對焊接結構進行部位的適當加熱，使焊縫得以延伸，加熱區在溫度的影響下，焊縫逐漸伸長，并帶動焊接部位延伸，使結構件在相反的焊縫方向處變形。當加熱區開始冷卻時開始收縮，導致焊縫的收縮也比較自由，因此，結構件內應力減少。

3.4.3 反變形法。在焊接過程中，反變形法是應用比較廣的，它是建立在焊接之前設計好焊接變形的方向與大小的。在裝配的過程中，預先加入相反的變形，導致在焊接時產生變形，從而起到抵消變形的作用。

3.4.4 剛性固定法。剛性固定法是在結構件沒有發生反變形作用下，將結構件進行固定，防止結構件焊接

變形。

4 矯正的方法

金屬結構件的變形主要包括扭曲變形與拱形變形。如果在同一結構件中同時出現這兩種變形，在進行矯正時要先對扭曲變形進行矯正，通過對結構件局部加熱或壓力機矯正。

5 結語

綜上所述，在金屬結構件的焊接過程中，必須要根據結構件的焊接特點，采用相應的焊接方法進行焊接，從而減少焊接變形。同時，在組裝、設計與工藝等方面上，要對金屬結構件進行全面的控制，達到工程質量的要求，確保金屬結構件的質量。

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（責任編輯：黃銀芳）