工程機械大型結構件焊接變形的原因及控制方法

張士營

摘 要：本文以工程機械大型結構件焊接變形的原因及控制方法為題展開了相關研究，首先簡要介紹了收縮、彎曲、扭曲等主要焊接變形情況，而后就針對造成焊接變形的原因展開了深入的探究工作，結合本次研究，最終提出了對焊接變形進行有效控制的一些具體方法，其中主要就包括了優化焊接工藝、工裝模具法、反變形法等幾種方法。

關鍵詞：工程機械；大型結構件；焊接變形；原因；控制方法

由于工程機械大型結構件的體積與重量均相對較大，其中的板材焊接件結構同樣也十分復雜，其內部當中存在著大量的焊接點，極易造成收縮、彎曲、扭曲等變形情況的發生。若不能不是臺車架焊接變形量被控制到一定的范圍程度當中，便會導致焊后臺車架端面、銷軸孔等會由于沒有多出的余量而難以加工，嚴重者便會造成產品報廢。下文將就焊接變形的類型與原因展開具體的分析、探討，并據此提出了一些針對性的控制變形方法。

1 焊接變形的類型

1.1 收縮變形

這一種焊接變形情況大多出現在對簡單結構零部件采取焊接措施之后，其焊縫會通過液態轉變成為固態并逐漸冷卻的這一過程當中。在這一時期，因為焊接縫體積越來越小，焊接件的應力效應也逐漸增大，由此便會導致焊接件外部尺寸間逐漸縮小。

1.2 彎曲變形

此種焊接變形情況大多出現在多條焊縫內應力以及收縮變形作用之下所產生的后果，通常會發生在焊接件外部細長同時橫截面的上部與下部尺寸差別偏大，或者是焊接縫的分布不均勻，甚至是焊接部件順序不適宜等情況。例如推土機的架箱形梁、臺車架箱形梁等部位的焊接，通常所發生的變形即為彎曲變形。

1.3 扭曲變形

這一類變形情況大多會出現在框架式的大型結構件焊接當中，其最為明顯的一個特點便是扭曲形變位置與方向均無法做到合理的對稱、板件尺寸不合格、焊縫布設沒有科學的規律性，進而 焊縫當中的應力方向出現偏差，力的大小也不勻稱，進而極易造成焊接件發生扭曲變形情況。例如在推土機機架焊接之后所發生的變形情況通常便是扭曲變形。

2 焊接變形的原因

2.1 設計結構不合理

在對結構件進行焊接之時發生了不均勻的膨脹乃至于在焊縫冷卻的過程當中表現出了不均勻的收縮情況，無論是哪種情況的出現均會導致焊接件發生極度復雜的焊接應力狀況。影響焊接應力的因素十分多樣化，其中可能是焊縫結構、數量乃至于截面的樣式，也有可能是焊縫所在的位置等。焊縫結構的愈發復雜，相伴而生的便是結構件在焊接過程當中所產生的應力與方向便更加難以掌控。

2.2 焊接工藝不合理

對于焊接工藝的選取是在大型結構件焊接之時的重要重、難點問題，其不但會對產品生產效率產生重大影響，更為關鍵的是還會直接使得產品質量受損。在焊接工藝之中多個方面的因素均會對焊接變形產生出極其關鍵的影響，例如對焊接設備的選取、參數的選定、順序的判別等等。應用以科學化的焊接工藝，不但需要焊接人員具備豐富的理論之時，同時還要有著扎實的焊接經驗。

3 控制焊接變形的方法

3.1 優化焊接工藝

此種對焊接變形進行控制的方法是在降低焊接應力以及控制焊接變形方面所最為常用的一種方法，對于焊接變形的有效控制意義重大。在對大型結構件進行焊接之時，必須要重視工藝設計與焊接參數的選擇，其中重點就涵括以下幾方面內容：盡可能選用熱量輸出相對較小的焊接方式，例如CO2氣體保護焊接方式，同時還可采取逐段焊接作業的方式；采取科學的焊接順序，盡可能由里至外、由中部向四周、由短至長來進行焊接，最大程度的確保焊接工件可均勻升溫；完全不同的材質在進行焊接之時，可在焊接之前對其進行預熱處理，而在焊接完成之后則可采取回火的方式來減小焊接應力.

3.2 工裝模具法

在對大型結構件進行焊接之時工裝模具是其中所必不可少的一部分內容。選用工裝模具不但可以極大的促進生產效率的提升，降低人工勞動強度，更加關鍵的是還可對焊接變形進行精確控制。在具體的焊接作業中，所能夠采用的工裝模具主要包括以下兩類：

（1）組隊工裝

此種工裝模具大多是應用在焊接以前對各零部件在原有工件中的位置進行固定，主要采取的是電焊方式從而促使工件產生出一個較為穩固的框架結構。為了能夠更為確切的明確工件位置，保障工件精度，在生產中可應用組隊工裝來實施工件焊接。

（2）焊接變位機

一般在大型結構件外觀尺寸與自身重量均相對偏大，在焊接之時進行位置的調整難度極大。為了提升焊接質量與效率，可采用變位機焊接方式。其可依據實際需求對工件空間位置進行調整。利用對工件焊接縫位置的調整，可促使焊接縫處在最為適宜的狀態下，有效保障焊縫質量與工藝要求。

3.3 反變形法

在寒風冷卻時會發生收縮反應，由此便會導致焊接工件外部尺寸縮小。為了避免在工件焊接之后出現收縮變形情況，可在焊接時采用反變形法。此種焊接方式的原理即為在工件之上預先將有可能出現的變形量考慮進去，進而促使變形量和焊接之后所產生的變形方向相反同時在形制與外部尺寸上基本上保持一致。例如，在某推土機后橋箱焊接中增加左、右兩側法蘭面，其外擋尺寸為（1380±2）mm。而經測試在焊接后其尺寸為1373～1376mm，收縮量4～7mm。為保障焊接后尺寸收縮尺寸不發生較大改變，便采用了反變形法，將其左、右兩側法蘭面外擋尺寸控制在了1385mm，再焊接冷卻后，尺寸未發生較大改變。

4 結語

在工程機械大型結構件的生產過程當中由于其成本較高，因此就必須要做好對大型結構件的焊接變形控制，只有如此方可確保產品達到較高的質量水平，最大程度的降低廢品生產。在本次研究中重點就介紹了優化焊接工藝、工裝模具法、反變形法等幾種焊接變形的控制方法，有效的確保了對各類大型機械工程結構件的焊接變形控制。

參考文獻

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（作者單位：徐州世通重工機械制造有限責任公司）