分步裝配工藝在鋼結構焊接變形控制中的應用探討

沈良 喬巖

摘 要：機車車體等鋼結構的加工往往涉及到復雜的中間節點，由于構件多、焊接布置不對稱、焊接荷載大、對空間板要求嚴格等原因，中間節點往往會非常復雜。因此，傳統的全裝配、焊接、終修工藝對整個裝配過程、焊接過程和焊接變形控制的要求很高，容易使零件的整個供熱量過大，增加總內部電壓。在后后續過程中，由于電壓釋放導致連接器之間的位置發生空間變化，這將是一個分步裝配過程，即根據工件的具體結構，結合防變形控制技術進行分步裝配，整個工件的焊接變形矯正大大減少，整個結構的內部張力也減小了。

關鍵詞：節點結構;空間尺寸;內應力;分步裝配工藝;焊接變形

引言

常規工藝技術包括構造特殊的裝配形式，由于焊接載荷大，焊接變形大，熱校正過程中的熱量輸入大，人為地增加了結構的內張力，同時，為了保證每個零件的尺寸滿足拉伸要求，在整個裝配和焊接后對所有零件進行了熱校正。在隨后的熱浸鍍鋅過程中，工件的精度被強制校正，電壓溶液再次改變工件的精度，即使工件在測試系統中合格，也會導致成品件在結構上的裝配誤差站點。裝配技術是將整個工件的內在要求降到最低水平的一種裝配技術，其核心是：將工件分成幾個較大的零件，通過分步裝配，盡可能提前焊接。在焊接過程中，根據零件的變形趨勢發生自由變形。最后將焊接件組裝焊接在一起，以減小整個結構的內應力和法蘭等連接件在工件上的組裝焊接。

1.分步裝配工藝

對焊接質量要求高的零件，應優先進行裝配、焊接和校正（該零件主要涉及主節、節段和其他端部），以保證相關周轉不變形。為方便焊接工藝，保證每層的焊接質量和根部清理，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后進行，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行焊接。此外，如果變形超過標準，則校正的熱輸入相對較低。在安裝所有定位平面（主管平面、側面和其他帶孔的連接件）后，然后焊接零件，只會沿法蘭軸線產生縱向變形，而不會形成交叉，再經鍍鋅加熱后，變形的可能性大大降低。

2.鋼結構焊接變形控制中分步裝配工藝的應用

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階段，并確定每個步驟的工藝要求。由于大部分焊接變形是由焊縫的不對稱性引起的，因此最直接的解決方法是，例如，為了分擔整個工作、計算和優化構件的壓力荷載以避免變形，必須進行失穩變形。焊接電流、電壓、氣體流量、焊接速度等焊接參數的檢測。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，做好檢查記錄，并形成焊接檢查記錄。焊縫檢測是焊接工藝中最重要的一環，它直接影響鋼結構的成形。對此，質檢機構應熟悉焊接工藝、規范及設計要求，選擇合適的檢驗點.在進行鋼結構焊件相接的時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，讓對接連接處的截面或者是厚度能夠相互等同，以達到傳力順暢均勻受力的目標。

2.2.分步裝配工藝在鋼結構焊接變形控制中具體應用

（1）明確構件的整體結構

分步裝配過程的第一步是確定構件的整體結構，包括焊接后構件的基本模型、焊接接頭的位置、材料厚度、鋼材規格等、根據鋼材規格，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，導致變形、因此加工前需要人員進行加工，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

焊縫的不對稱性是大多數焊接變形的主要原因，它直接導致零件各部位的壓差。分步裝配過程是了解零件電壓狀態，合理分析零件壓差的第二步。為了使構件處于一般狀態，可以用有限元分析法來評定大型構件或精密構件的應力，也可以用目測法來評定小型構件或精度要求較低的構件。例如車頂附件變形小，不影響性能，可通過目視檢查來評估可能發生焊接的位置，并可壓實該點處的鋼材，以應對變形問題。

（3）模擬分析

模擬分析是分步裝配過程的最后一步，尤其是一些精細零件，常用的方法有有限元分析和模型分析。在計算機上采用了這兩種方法的結合，具體工作是通過虛擬現實技術和有限元分析方法進行的，將有限元分析方法分為幾個部分，每個部分根據電壓狀態進一步劃分，然后對熱工況，包括溫度和壓力負荷進行分析，更換后觀察整個構件的狀態，重點觀察可能的變形位置和變形量要求采用加厚法對薄壁結構進行變形，直接進行處理。對于收縮變形，可增加長度和寬度，或采用對稱焊接方法消除不對稱焊縫的影響。

3.實例分析

以機車車體分步組裝工藝為例，根據工件整體結構和焊縫質量要求，先確定組裝，再焊接焊縫。先對底架進行固定，再進行組裝側墻，車頂，端墻，做好預制反變形，為了進一步減少結構的焊接變形，對機車車體內部進行支撐，確定好整體尺寸，焊接后，進行變形測量， 通過機械矯正，火焰加熱，錘擊調修，進行變形調整糾正。

其目的是保證對工件整體變形影響最大的主要零件的主焊縫優先焊接，在自由狀態下焊接，使其自由變形，使焊接后成品的內應力最小化。過量的熱輸入不僅破壞了鋼板基體的晶粒結構，而且增加了整個結構的內載荷，這種人為增加的內張力在熱焊接過程中再次釋放，導致工件的整體變形，很難知道工件接口之間的相對空間位置這些類型的位置變化只能在施工現場找到，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和現場裝配工序中，各連接部件連接良好，無間隙，尺寸得到保證。

4.結束語

在實際應用中，分步裝配技術可以解決不同復雜結構的鋼構件的裝配問題，特別是由多個零件組成的異常復雜結構的裝配問題。在分步裝配過程中，每個部件可以根據工件的具體結構預先單獨裝配焊接，使部件能夠自由變形，一次焊接可有效避免工件的不規則變形和內應力，分步裝配技術的最大優點是將整體結構不規則的工件分解成可獨立完成的零件。逐步將裝配技術應用于結構復雜的各類鋼構件的裝配，可以在一定程度上減少整個結構件的焊接變形和內應力。

（中車大連機車車輛有限公司鋼結構分廠，遼寧 大連 116000）