分步裝配工藝在鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制中的應(yīng)用探討

沈良 喬巖

摘 要：機(jī)車車體等鋼結(jié)構(gòu)的加工往往涉及到復(fù)雜的中間節(jié)點(diǎn)，由于構(gòu)件多、焊接布置不對(duì)稱、焊接荷載大、對(duì)空間板要求嚴(yán)格等原因，中間節(jié)點(diǎn)往往會(huì)非常復(fù)雜。因此，傳統(tǒng)的全裝配、焊接、終修工藝對(duì)整個(gè)裝配過(guò)程、焊接過(guò)程和焊接變形控制的要求很高，容易使零件的整個(gè)供熱量過(guò)大，增加總內(nèi)部電壓。在后后續(xù)過(guò)程中，由于電壓釋放導(dǎo)致連接器之間的位置發(fā)生空間變化，這將是一個(gè)分步裝配過(guò)程，即根據(jù)工件的具體結(jié)構(gòu)，結(jié)合防變形控制技術(shù)進(jìn)行分步裝配，整個(gè)工件的焊接變形矯正大大減少，整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部張力也減小了。

關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu);空間尺寸;內(nèi)應(yīng)力;分步裝配工藝;焊接變形

引言

常規(guī)工藝技術(shù)包括構(gòu)造特殊的裝配形式，由于焊接載荷大，焊接變形大，熱校正過(guò)程中的熱量輸入大，人為地增加了結(jié)構(gòu)的內(nèi)張力，同時(shí)，為了保證每個(gè)零件的尺寸滿足拉伸要求，在整個(gè)裝配和焊接后對(duì)所有零件進(jìn)行了熱校正。在隨后的熱浸鍍鋅過(guò)程中，工件的精度被強(qiáng)制校正，電壓溶液再次改變工件的精度，即使工件在測(cè)試系統(tǒng)中合格，也會(huì)導(dǎo)致成品件在結(jié)構(gòu)上的裝配誤差站點(diǎn)。裝配技術(shù)是將整個(gè)工件的內(nèi)在要求降到最低水平的一種裝配技術(shù)，其核心是：將工件分成幾個(gè)較大的零件，通過(guò)分步裝配，盡可能提前焊接。在焊接過(guò)程中，根據(jù)零件的變形趨勢(shì)發(fā)生自由變形。最后將焊接件組裝焊接在一起，以減小整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力和法蘭等連接件在工件上的組裝焊接。

1.分步裝配工藝

對(duì)焊接質(zhì)量要求高的零件，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行裝配、焊接和校正（該零件主要涉及主節(jié)、節(jié)段和其他端部），以保證相關(guān)周轉(zhuǎn)不變形。為方便焊接工藝，保證每層的焊接質(zhì)量和根部清理，焊接檢查后的主管與連接管和連接板安裝在一起，這類零件的焊縫不對(duì)稱是主要因素，即工件的焊接總變形。為減少焊接后的變形，可在反向變形工藝試驗(yàn)后進(jìn)行，即可增加一定角度以減少焊縫的變形，或在所有這些零件組裝后進(jìn)行焊接。此外，如果變形超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，則校正的熱輸入相對(duì)較低。在安裝所有定位平面（主管平面、側(cè)面和其他帶孔的連接件）后，然后焊接零件，只會(huì)沿法蘭軸線產(chǎn)生縱向變形，而不會(huì)形成交叉，再經(jīng)鍍鋅加熱后，變形的可能性大大降低。

2.鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制中分步裝配工藝的應(yīng)用

2.1.分步裝配工藝

“分步裝配工藝”是指將部件裝配分為幾個(gè)階段，并確定每個(gè)步驟的工藝要求。由于大部分焊接變形是由焊縫的不對(duì)稱性引起的，因此最直接的解決方法是，例如，為了分擔(dān)整個(gè)工作、計(jì)算和優(yōu)化構(gòu)件的壓力荷載以避免變形，必須進(jìn)行失穩(wěn)變形。焊接電流、電壓、氣體流量、焊接速度等焊接參數(shù)的檢測(cè)。第一，清理焊層和檢查層間溫度控制。第二，控制焊接順序;檢查時(shí)，做好檢查記錄，并形成焊接檢查記錄。焊縫檢測(cè)是焊接工藝中最重要的一環(huán)，它直接影響鋼結(jié)構(gòu)的成形。對(duì)此，質(zhì)檢機(jī)構(gòu)應(yīng)熟悉焊接工藝、規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，選擇合適的檢驗(yàn)點(diǎn).在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊件相接的時(shí)候需要按照緩坡的方法盡量改變截面具體的形狀以及厚度，讓對(duì)接連接處的截面或者是厚度能夠相互等同，以達(dá)到傳力順暢均勻受力的目標(biāo)。

2.2.分步裝配工藝在鋼結(jié)構(gòu)焊接變形控制中具體應(yīng)用

（1）明確構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)

分步裝配過(guò)程的第一步是確定構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)，包括焊接后構(gòu)件的基本模型、焊接接頭的位置、材料厚度、鋼材規(guī)格等、根據(jù)鋼材規(guī)格，各種鋼材在韌性和剛度上有一定的差別。韌性較好的鋼材在較熱的工作條件下更容易受到壓力和外力的影響，導(dǎo)致變形、因此加工前需要人員進(jìn)行加工，了解材料并選擇合適的工藝，焊縫位置和材料厚度也會(huì)影響焊接變形，這也可以在焊接前了解。

（2）了解受力情況

焊縫的不對(duì)稱性是大多數(shù)焊接變形的主要原因，它直接導(dǎo)致零件各部位的壓差。分步裝配過(guò)程是了解零件電壓狀態(tài)，合理分析零件壓差的第二步。為了使構(gòu)件處于一般狀態(tài)，可以用有限元分析法來(lái)評(píng)定大型構(gòu)件或精密構(gòu)件的應(yīng)力，也可以用目測(cè)法來(lái)評(píng)定小型構(gòu)件或精度要求較低的構(gòu)件。例如車頂附件變形小，不影響性能，可通過(guò)目視檢查來(lái)評(píng)估可能發(fā)生焊接的位置，并可壓實(shí)該點(diǎn)處的鋼材，以應(yīng)對(duì)變形問(wèn)題。

（3）模擬分析

模擬分析是分步裝配過(guò)程的最后一步，尤其是一些精細(xì)零件，常用的方法有有限元分析和模型分析。在計(jì)算機(jī)上采用了這兩種方法的結(jié)合，具體工作是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和有限元分析方法進(jìn)行的，將有限元分析方法分為幾個(gè)部分，每個(gè)部分根據(jù)電壓狀態(tài)進(jìn)一步劃分，然后對(duì)熱工況，包括溫度和壓力負(fù)荷進(jìn)行分析，更換后觀察整個(gè)構(gòu)件的狀態(tài)，重點(diǎn)觀察可能的變形位置和變形量要求采用加厚法對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形，直接進(jìn)行處理。對(duì)于收縮變形，可增加長(zhǎng)度和寬度，或采用對(duì)稱焊接方法消除不對(duì)稱焊縫的影響。

3.實(shí)例分析

以機(jī)車車體分步組裝工藝為例，根據(jù)工件整體結(jié)構(gòu)和焊縫質(zhì)量要求，先確定組裝，再焊接焊縫。先對(duì)底架進(jìn)行固定，再進(jìn)行組裝側(cè)墻，車頂，端墻，做好預(yù)制反變形，為了進(jìn)一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形，對(duì)機(jī)車車體內(nèi)部進(jìn)行支撐，確定好整體尺寸，焊接后，進(jìn)行變形測(cè)量， 通過(guò)機(jī)械矯正，火焰加熱，錘擊調(diào)修，進(jìn)行變形調(diào)整糾正。

其目的是保證對(duì)工件整體變形影響最大的主要零件的主焊縫優(yōu)先焊接，在自由狀態(tài)下焊接，使其自由變形，使焊接后成品的內(nèi)應(yīng)力最小化。過(guò)量的熱輸入不僅破壞了鋼板基體的晶粒結(jié)構(gòu)，而且增加了整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)載荷，這種人為增加的內(nèi)張力在熱焊接過(guò)程中再次釋放，導(dǎo)致工件的整體變形，很難知道工件接口之間的相對(duì)空間位置這些類型的位置變化只能在施工現(xiàn)場(chǎng)找到，這使得安裝困難。組裝車體和焊接，在裝配矩陣中，首先裝配所有連接面，然后再安裝更多的小配件。所有零件裝配后焊接。在隨后的半成品施工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)裝配工序中，各連接部件連接良好，無(wú)間隙，尺寸得到保證。

4.結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際應(yīng)用中，分步裝配技術(shù)可以解決不同復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件的裝配問(wèn)題，特別是由多個(gè)零件組成的異常復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝配問(wèn)題。在分步裝配過(guò)程中，每個(gè)部件可以根據(jù)工件的具體結(jié)構(gòu)預(yù)先單獨(dú)裝配焊接，使部件能夠自由變形，一次焊接可有效避免工件的不規(guī)則變形和內(nèi)應(yīng)力，分步裝配技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是將整體結(jié)構(gòu)不規(guī)則的工件分解成可獨(dú)立完成的零件。逐步將裝配技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各類鋼構(gòu)件的裝配，可以在一定程度上減少整個(gè)結(jié)構(gòu)件的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力。

（中車大連機(jī)車車輛有限公司鋼結(jié)構(gòu)分廠，遼寧 大連 116000）