大型焊接結構件機械加工工藝方法探究

李澳 陳薪輝 王澤林 單家博 劉三娃

【摘 要】對于大型復雜結構件，最常見和最基本的加工方法是焊接。結構件年產量占全球工業國家鋼鐵年產量的45%以上，占有非常重要的地位。與其他加工方法相比，焊接不僅能降低結構金屬材料的消耗，而且能適應復雜的工藝要求，體現了焊接在可操作性方面的優勢。為了有效提高成品質量，需要對結構件的焊接工藝進行研究。

【關鍵詞】大型焊接結構件;機械加工工藝;方法探究

一、焊接技術及焊接設備分析

機械焊接技術有多種類型，在焊接技術的選擇和應用中起著非常重要的作用。手工電弧焊是機械焊接技術的一種重要類型，是一種由人工操作完成的鏈式焊接技術類型。氣體保護焊接技術在技術類型中也很重要。這是一種通過焊嘴將氣體與空氣分離而實現的焊接技術。氣體類型也相當多樣，主要包括氫和氦或混合氣體應用。焊接技術也很重要。這種焊接技術是實現高溫焊接的技術，是對焊接材料進行高溫加熱。它具有很高的技術性。要實現焊接，必須充分利用液態焊料對焊接材料進行潤濕。焊接工藝應該有較好的效果。

對于大型結構件，焊接方法和焊接設備直接決定了結構件的質量。結構件的焊接不能避免一定程度的變形，這就需要外部輔助設施來減少其變形。一般選用縫焊定位工裝，以保證其尺寸精度。同時，要根據結構件的情況確定合適的焊接順序、焊縫方向、焊縫長度等。焊接過程中的變形彌補了反向變形的誤差，使焊接后的零件達到了質量要求。經過多年的發展和研究，焊接工藝得到了一定的優化，避免了結構變形等問題，同時也出現了相對有效的焊接方法。例如，在大型壓力容器的焊接過程中，如果應力較小，可以采用間歇焊接來減少焊縫道數。

二、結構件沖裁工藝分析

從相應的參考文獻：和實際工程中，我們可以知道結構件的沖裁工藝與結構件的變形密切相關。近年來，技術水平有了很大的提高，數控火焰切割機等先進切割設備得到了廣泛的應用。與傳統的光電跟蹤切割相比，這些切割設備具有更高的自動化程度、更高的精度、更高的效率。結構件沖裁工藝在實際的發展過程中需要注意相關事項，否則會出現一定的問題。例如，用于焊接的鋼板平整度差，工件的自由彎曲成形方法不當，加工過程中切削量大，大型結構件焊接時因外力（如磕碰、磕碰等）引起變形的現象出現。

消除焊接應力方法：焊接變形的產生與焊縫中的殘余應力密切相關。一旦焊縫中存在較大的殘余應力，在實際使用中就會出現應力集中的問題。嚴重者會造成焊接裂紋，損壞工件。同時，隨著工件的使用，焊接殘余應力的釋放會產生新的變形。因此，結構焊接完成后，應消除應力，糾正變形，確保符合圖紙要求。目前，消除焊接應力的方法主要有"自然時效"、"振動時效"、"熱處理"等方法，應根據不同情況選擇。①自然老化。方法簡單，不需要設備，不產生額外的費用。但是自然時效周期比較長，殘余應力不能完全消除，所以不適合生產周期短、交貨期短的產品;②振動消應力（VSR）具有設備簡單、操作簡單、生產周期短、減應力效果好等優點。VSR可以有效地消除殘余應力峰值，但不能完全消除殘余應力。一般來說，VSR消除現有變形的效果是有限的，但它可以對使用過程中的變形起到很好的預防作用;③熱處理。可以完全消除焊接殘余應力，對于小焊接件非常有效。然而，由于加熱設備的尺寸限制，不能對大型焊接結構件進行整體加熱。在焊接變形位置局部加熱可以有效消除焊接應力和應變，但必須保證加熱溫度滿足國家標準要求。在實際生產的局部加熱中，很難準確的控制溫度，一般用溫度計來監測工件的具體加熱溫度，以保證溫度的準確性。

焊接變形的糾正的方法：一般來說，大型結構件的焊接變形往往是通過"機械校正"和"熱處理校正"來進行的。①機械校正。這種方法是現階段應用最廣泛的方法，主要是對焊接變形施加反向機械力來糾正變形。此法不需要設備的輔助，操作相對簡單，且效果良好。但新焊接方法對消除殘余應力的效果較差。②熱處理校正方法。這種方法主要是對焊接局部變形區域進行拉伸加熱（現階段常用電加熱和火焰加熱），通過冷卻收縮產生反向變形，達到變形糾正的目的。該方法可以對變形進行徹底的修正，適用于形狀復雜的工件。但是，這種方法對溫度校正有嚴格的要求，并且很難控制溫度。

三、數控工藝分析

在機械制造過程中，通常需要裁剪材料，制作毛胚。在這個過程中，可以充分利用數控技術。通過數字控制技術，可以有效地調整過程的參數，可以實現智能制造，能促進操作的效率和質量的生產數量可以全面改善，可以提高機械性能全面，沒有員工參與，有效地降低了人員的風險。采煤機浮動油封結構的加工過程中，工作人員應保證密封圈的壓縮量在內圈凸面與外圈凹面之間相等。在此過程中，采用數控氣割技術可以提高切削速度，保證加工精度。

四、焊接質量控制分析

在很多位置都有較大的尺寸變化。焊接工藝要求高。即使采取必要的質量控制手段和加工方法，也會存在一定程度的咬邊、氣孔和夾渣等缺陷。另外，如果有凸起的焊縫，則需要用角磨機和磨床進行拋光，以保證結構的表面光潔度和平整度。在焊接檢驗過程中，隨時發現有缺陷或不符合項時，應將缺陷或不符合項告知相關負責人，并進行徹底處理和糾正后，再進行下一項工作。同時，所有進行糾正的工作場所都應有相應的程序說明，并按照技術規程檢查的同一工序重新進行檢驗、試驗和修理，直至合格。除重新焊接和后續檢驗外，還應采取糾正措施，以避免不合格項目的再次發生。

結論

目前，隨著社會的發展，我國機械工程的發展越來越快。大型結構件焊接是一項復雜的系統工程，在復雜結構件的生產中起著非常重要的作用，也是最有效的方法之一。因此，為了確保成品的質量好，焊接過程的大型結構部件，應考慮各種因素影響焊接質量，焊接工藝和焊接變形的大型結構部件應該分析，從而有效地提高企業水平結構焊接過程，確保結構零件的成形質量。

參考文獻：

[1]元寶峰. 大型結構件焊接工藝分析及焊接變形的預處理[J]. 山東工業技術，2019（02）：15-17

[2]楊波，張越，馬儒明. 結構件焊接工藝及變形研究[J]. 硅谷，2011（09）：18-19

[3]楊林，楊忠寶，王德玉，朱本義. 大型結構件焊接變形的控制對策[J]. 內燃機與配件，2018（10）：88-91

[4]李冰. 液壓支架結構件焊接變形分析及控制措施[J]. 煤炭技術，2018（07）：18-19

（作者單位：河南理工大學）