大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型法焊接成型

宋均明 劉立濤

摘要：大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型一直困擾著我國的機械制造領(lǐng)域，從客觀上來看，影響大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接變形的因素眾多，需要在考慮到多種因素綜合影響的條件下選擇合適的定型焊接方法。立足于現(xiàn)狀，首先探討了骨架定型技術(shù)的定義與技術(shù)原理，其次對影響大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型的主要因素進行了講解，并著重對大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型中應(yīng)用骨架定型法的情況進行了探索，希望可以有效提升大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接水平，促進行業(yè)的平穩(wěn)快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大型鋼結(jié)構(gòu)件；骨架固定；焊接方法

一、大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型技術(shù)概述

骨架定型法實際上就是采用結(jié)構(gòu)內(nèi)部的筋板、骨架來作為定型的構(gòu)件對鋼結(jié)構(gòu)進行定型的焊接輔助技術(shù)。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要用于解決人們過分關(guān)注構(gòu)件的外形而忽視內(nèi)部的筋板精度以及結(jié)構(gòu)之間的應(yīng)力關(guān)系，這樣一來可以在確保外部表面處理質(zhì)量達標的同時，也可以有效的提升骨架的內(nèi)部精度，消除焊接過程中形成的不良應(yīng)力，有效提升焊接穩(wěn)定性并減少焊接變形的可能性。在采用該技術(shù)進行焊接處理時，需要考慮到骨架的精度以及預(yù)成型的強度，這樣才可以選擇合適的筋板來進行強化，更好的輔助骨架定型工作，為確保大型鋼結(jié)構(gòu)的骨架定型效果創(chuàng)造條件。

二、影響大型鋼結(jié)構(gòu)件焊接變形的主要因素

大型鋼結(jié)構(gòu)件較大的重量以及長度決定了其在焊接處理過程結(jié)束后依然需要面對焊接變形的風險。為了削弱這種影響，降低焊接變形帶來的風險與隱患，現(xiàn)分別從以下幾個角度對其進行介紹。

1.結(jié)構(gòu)因素

大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接成型中結(jié)構(gòu)屬于一個十分重要的因素。結(jié)合近些年來大型鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的案例情況來看，焊接過程中結(jié)構(gòu)屬于影響最大的因素之一。從客觀上來看，鋼結(jié)構(gòu)件的種類繁多，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計也相對比較復(fù)雜。在大型鋼結(jié)構(gòu)件的設(shè)計中往往需要一定的技術(shù)經(jīng)驗，結(jié)合實際的焊接處理條件選擇合適的焊接處理方法。我國的整體大型鋼結(jié)構(gòu)焊接處理工藝發(fā)展較晚，相比于國外先進技術(shù)而言存在明顯的差距，結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性不足等因素都是導致焊接不穩(wěn)定的重要原因。由于結(jié)構(gòu)上存在問題，焊接后拘束度一旦增加，會直接導致內(nèi)部的應(yīng)力加大，這種應(yīng)力會隨著焊接結(jié)束后新的負載加載導致內(nèi)部的應(yīng)力集中，進而出現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定性下降甚至結(jié)構(gòu)損壞的問題，嚴重影響生產(chǎn)安全以及行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。除此之外，一些長度較大以及鋼筋板的厚度參數(shù)較大的區(qū)域都更容易出現(xiàn)焊接變形的問題。

2.工藝因素

結(jié)合我國的大型鋼結(jié)構(gòu)焊接處理的技術(shù)發(fā)展情況來看，導致變形的另外一個重要影響因素就是工藝因素。目前，國內(nèi)相關(guān)部門對于工藝技術(shù)優(yōu)化以及先進工藝的引入下了很大的功夫，也取得了不錯的成績，但是在大型鋼結(jié)構(gòu)，特別是一些重型結(jié)構(gòu)方面依然存在不小的差距，這種差距主要體現(xiàn)在工藝的細節(jié)處理上。在面對一些表面平整度要求較高的大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接時，采取不同類型的焊接工藝以及處理方法就會存在較大的差別，所以需要妥善選擇。

3.焊接材料與定型方法

焊接材料的影響主要體現(xiàn)在母材的質(zhì)量上。通過嚴格控制母材的質(zhì)量，可以降低后期的不利影響，同時也能夠有效的避免材料的內(nèi)部應(yīng)力影響，減少后期焊接變形的可能性。在選擇合適的材料時，焊接后產(chǎn)生的自然內(nèi)應(yīng)力較小，反之就會增加。選擇合適的焊接材料后，還需要選擇相應(yīng)的定型方法。傳統(tǒng)的定型方法主要針對體積、重量較小的鋼結(jié)構(gòu)件，在進行一些大體量的鋼結(jié)構(gòu)件的焊接時，需要同時考慮到多個部分的內(nèi)部作用力關(guān)系，同時也要及時進行內(nèi)部固定，防止過分關(guān)注外部條件而忽視了內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定的問題，這樣才能夠最大限度的提升焊接材料的焊接強度，減少不利影響帶來的損失。

三、大型鋼結(jié)構(gòu)件的骨架定型法在焊接成型中的應(yīng)用

1.網(wǎng)格骨架定型

網(wǎng)格骨架定型是一種精度較高的成型技術(shù)，其利用剛度整體成型的方式來進行固定，能夠有效提升固定的效果。采用高功率的試驗設(shè)備進行測試后發(fā)現(xiàn)，承載平臺長度超過80m且單件重量超過一百噸的大型鋼結(jié)構(gòu)件，其本身受到了加工地區(qū)的空間條件的限制，對于運輸成本也比較敏感，對于表面的加工要求不高。在進行焊接處理后達到平面度1.5mm的誤差即可達到使用的具體要求。結(jié)合該項目的特征進行分析后，選擇了兩個平行割據(jù)同時切割下料的處理方式，在同規(guī)格的筋板點組上增加了龍門刨的加工立筋邊緣，同時釋放筋板來實現(xiàn)變應(yīng)力的控制，在這個時候使得筋板與其保持在相同的高度上，從而選擇合適的網(wǎng)格狀筋板進行固定，采用平臺來使得外緣能夠保持高度上的一致。在進行焊接處理時，先對重點位置進行焊接，隨后利用平臺來對筋板的外緣進行處理，從而有效提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在確保焊接穩(wěn)定性的同時需要選擇合適的初始焊接電流，其強度應(yīng)該略低于焊縫，這樣一來成型的功能性更強。在成型處理時需要做好網(wǎng)格骨架的固定，選擇對稱施焊的方式進行處理更容易達到處理的目標要求。在常規(guī)條件下，網(wǎng)格狀筋板并不需要連續(xù)焊縫，只需要兼顧好剛度的條件下進行焊縫的對稱布置，并做好網(wǎng)格狀骨架的成型平面度處理，整體效果十分理想。

在骨架的焊接成型處理后，由于整個過程施焊的技術(shù)條件與工藝類型選擇相對合理，高度上變化也不大，所以無論是抗彎性能還是平面度都可以得到很好的兼顧。除此之外，平面度不理想的部分進行簡單的處理與加工后，骨架的完成度也相對比較高，從面板的一端進行點組并按照一定的次序進行設(shè)備的平面加工，可以很好的保持表面的平整度。在一端焊接處理時，需要考慮到面板的狀態(tài)，一般來說其他的面板處于自由狀態(tài)即可，而接觸面的焊接強度不要過高，這是由于抗彎主要依靠骨架來實現(xiàn)，而不是依靠拉應(yīng)力來實現(xiàn)，能夠很好的滿足焊縫的基本要求。在進行蓋板的選擇時，應(yīng)該盡可能與筋板保持一致，選擇多點焊接的處理方法，這樣一來在成型后整個構(gòu)件的平整度可以得到保障，同時加工的余量控制也相對合理，能夠適應(yīng)大多數(shù)的大型鋼結(jié)構(gòu)件的焊接要求。

2.邊筋定型

在某大型鋼結(jié)構(gòu)件焊接中，對其結(jié)構(gòu)進行分析，該設(shè)備具有四個主梁，其中每一個的程度都超過了十五米，同時斷面的尺寸較高，單邊長度超過了1000mm，整個構(gòu)件的重量超過45噸。結(jié)合上述的內(nèi)容要求來看，其主梁應(yīng)該采取鋼板焊接的處理模式。在常規(guī)的焊接處理后，該梁會受到成型變形的影響而出現(xiàn)較大的變形量，這個時候除非能夠投入更厚的板材，否則就會影響到加工量以及工藝的難度。由此可見，采用內(nèi)邊板以及筋板進行定型就是一種適應(yīng)性較強的工藝類型。通過內(nèi)邊板、筋板進行規(guī)范化的切割，能夠?qū)崿F(xiàn)對稱邊切口的一致性，同時也可以利用這種技術(shù)來強制規(guī)范面板平直度，從而有效強化整體的定型效果。在定型工字鋼完成后，還需要適當?shù)奶砑雍附庸に囘M行輔助，這樣處理后無論是平直度還是表面的平整度都可以得到保障，整個加工余量更是控制在3mm以內(nèi)，為后續(xù)的加工工作提供了必要的技術(shù)條件，同時焊接的內(nèi)應(yīng)力也相對較小，不容易出現(xiàn)應(yīng)力裂縫，對于提升設(shè)備的穩(wěn)定性也具有一定幫助。

總結(jié)

綜上所述，通過應(yīng)用骨架定型法來解決焊接成型的固定問題，可以最大程度解決內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)影響因素，同時還可以更好的適應(yīng)焊接材料的應(yīng)力特征以及結(jié)構(gòu)特點，從而減少定型技術(shù)選擇不當帶來變形影響，為大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接成型工作順利開展，提升焊接質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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[2]黎燕文.淺談大型鋼結(jié)構(gòu)件有限元力學分析方法[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（10）：147.

（作者單位：上海振華重工（集團）股份有限公司）