論圓錐鋼模制作過程中的焊接變形及控制

楊曉宏

摘 要：簡單分析了路政工程圓錐鋼模制作過程中出現的焊接變形原因、類型和控制方法。

關鍵詞：圓錐鋼模；焊接變形；控制

當前，在國家大力發展公路基礎建設的背景下，圓錐鋼模在公路、橋梁等工地現場的使用非常廣泛。作為金屬材料，在制作和使用過程中對其進行焊接處理必不可少。與此同時，焊接變形問題也就凸顯出來了。如何對焊接過程進行控制，有效解決焊接過程中出現的鋼模形狀尺寸變形就成為當前迫切需要解決的問題。鋼模焊接變形不僅會影響外形尺寸，更重要的還會影響結構件的設定承載能力。在一定范圍的鋼構件變形可以通過一些手段進行矯正。但如果變形超過范圍，降低了鋼構件的安全系數，則通常無法矯正，產品只能報廢處理。因此，有效控制圓錐鋼模制作過程中的焊接變形就成為了確保企業產品質量、提高企業生產效率和確保國家道路建設順利完成的一個重要問題[ 1 ]。

1 圓錐鋼模焊接變形原因分析

通過對焊接過程的分析，我們知道焊接過程中被焊接件的加熱和冷卻速度在不同點位是不相同的，這直接導致焊接件產生不均勻的膨脹和收縮變形，從而產生內應力。被加熱的圓錐鋼模材質并不完全均勻，加熱過程中溫度高的區域膨脹比率大，變形量也就越大，材料的強度反而變小。溫度低的區域膨脹比率小，變形量也就越小，材料的強度反而大。因此，冷熱交界處，圓錐鋼模產生擠壓變形。同時，由于變形所產生的鋼模內應力也需要逐漸釋放出來。在對圓錐鋼模焊接過程中，影響鋼模變形量的因素很多，如焊縫熔池的大小、整個鋼模的焊縫數量以及焊接點位的分布都對最終鋼模變形情況產生影響。通常來說，焊縫熔池越大，焊縫數量越多，則鋼模在焊接過程中的變形量越大，產生的內應力也越多。為了綜合平衡鋼模應力，在實際施工應用中，應該根據施工的實際情況，合理的利用大鋼模施工結構[ 2 ]。

2 鋼模焊接過程中的變形分類

通常來說，圓錐鋼模由幾部分焊接組成。我們根據焊接中鋼模的應力變化情況，把焊接變形分成收縮變形、彎曲變形、角變形、波浪變形四種。1） 收縮變形。主要是由于在焊接過程中，圓錐側面弧形部分冷熱不均，出現側面弧長減小的情況。2）彎曲變形。在鋼模拼接組合焊接過程中，需要在拉伸筋板的厚點位置進行焊接，此時這些部位的焊接會造成筋板的變形，部分部位會出現彎曲現象，造成彎曲變形。3）角變形。主要指圓錐鋼模焊接過程中的弧形連接法蘭的變形情況。4）波浪變形。主要是由于鋼模焊接后，由于受熱不均，造成面板部位部分鼓肚、部分凹陷，表面不平整的情況。

3 圓錐鋼模焊接過程中控制變形的措施

鋼模制作過程的焊接主要是通過焊接方式把鋼模組合成整體的過程。經過焊接后的整體結構件剛性提高，但對整體已經產生的變形進行矯正非常困難。因此，圓錐鋼模的焊接變形控制主要應該針對前期焊接過程進行。1）焊接過程控制措施。a.焊縫的位置和長度應安排合理。在進行圓錐鋼模的焊接過程中，經常會遇到這樣的情況，圓錐鋼模骨架較小，焊接的時候造成弧度發生較大的變化，影響到圓錐鋼模的整體質量。為有效的控制這種狀況，應當注重對圓錐鋼模結構的分析，經分析和研究可以發現，造成圓錐鋼模的半徑減小的焊接情況有：圓錐鋼模的環形筋板與平面板之間進行焊接的時候；筋板和筋板之間的立焊縫靠近平面焊板的時候。造成圓錐鋼模半徑變大的焊接情況有：筋板和筋板之間的立焊縫遠離面板的時候。因此，應當合理的對焊縫位置和長度進行設計和安排，可以有效的保證焊接的質量，減少圓錐焊接過程中的校正工作量。b.嚴格控制焊接過程，盡量縮小焊縫熔池。焊前需把表面清理干凈。焊條需烘干，隨用隨取，每道焊縫焊3層。相鄰兩道焊縫搭接量不小于焊道寬度的1/3，焊完一道焊縫立即錘擊，以釋放應力并且要徹底清除個焊道上熔渣，方可焊接后一道。每層中的接頭處應錯開，各層的焊縫方向應錯開。后一層焊道與前一層焊道方向垂直。嚴格按工藝要求進行焊接，焊條不做橫向擺動，焊后應立即緩冷。采用小電流焊接以縮小焊縫熔池和稀釋率。c.科學確定焊接部位和焊縫熔池大小深度。根據圓錐鋼模整體組裝情況，合理確定焊接點位，準確預測焊接點位產生的變形延展方向。根據規定的變形量大小確定焊縫熔池的大小和深度。d.焊接前做好設計，確定好焊接順序。盡量精準確定變形量，預先留好變形余量。焊接前應科學設計，確定合理的焊接順序。通常確定焊接順序的基本原則有以下九個方面。1>焊接時盡量減少熱輸入量和盡量減少填充金屬；2>組焊結構應合理分配各個組單元，并進行合理的組對焊接；3>位于構件剛性最大的部位應最后焊接；4>焊接過程由中間向兩側對稱進行焊接；5>焊接中先焊對接焊縫，然后焊角焊縫；6>先焊短焊縫，再焊長焊縫；7>先焊對接焊縫，后焊環焊縫；8>當存在焊接應力時，先焊拉應力區，后焊剪應力和壓應力區；9>當對變形有特殊限制時，可采用分段退焊法。e.合理選擇焊接的方式方法。通過選擇合理的焊接方法可以大大減小焊接變形，如焊接前所使用焊機的選擇，焊接中電流的大小等等。同時，使用二氧化碳氣體保護焊能夠有效減小外部有害氣體對焊接部位的破壞，同時也能夠充分保證圓錐鋼模焊接后的焊縫質量。在同等條件下，使用小規格焊條也能夠減小鋼模焊接后的變形量。

4 矯正圓錐鋼模焊接變形的方法

圓錐鋼模的制作過程中必須用到焊接方法，這也就代表著焊接變形無法避免。因此，在完成鋼模的焊接工作后，還需要對超過一定技術要求的鋼模變形采用不同方法進行矯正，使鋼模從外表到內部質量滿足現場要求。通常使用物理矯正、加熱矯正兩種方法。1）物理矯正。物理矯正，顧名思義就是使用物理方法對鋼模變形進行矯正。通過施加外部作用力對變形情況進行整體調整。利用手錘、頂緊器、拉力機、壓力機等設備對變形的鋼模進行處理，確保整體變形量恢復到技術要求。2 ）加熱矯正。就是通過加熱的方法對變形量大的部位重新進行處理，利用加熱的方法再次產生應力變形去補償或者抵消早期的異常變形，使鋼模變形恢復到預先設定范圍。

5 結論

由于圓錐鋼模在焊接過程中的影響因素非常多，最終焊接質量又與鋼模表面和內部質量息息相關，通過上述分析，對圓錐鋼模制作過程中的焊接變形進行有效控制，使產品符合現場要求，取得了一定效果。

參考文獻：

[1] 鞏文剛.圓錐鋼模制作過程中的焊接變形及控制[J].科技信息，2013，（11）.

[2] 安文奇.淺析大鋼模在清水混凝土施工中的應用[J].城市建設理論研究，2014，（01）.