分步裝配工藝在鋼結構焊接變形控制中的應用

徐衛國 顧耀東

摘要：鋼結構在現代生產建設中應用廣泛，但使用過程中的焊接變形問題卻一直影響著構件的質量以及使用價值。因此，本文以鋼結構在焊接時發生變形的原因入手，通過對變形產生的種類進行闡述，進而就分步式裝配工藝以及其在鋼結構焊接變形中的有效應用進行探討和分析，希望能夠帶給大家一些啟發。

關鍵詞：鋼結構;焊接變形;分步裝配工藝

引言

焊接時產生的變形一般是指在焊接時，由于被焊接的部件受到不均勻的溫度影響而發生的一種尺寸上的變化。根據形變發生的時間可以劃分為瞬時變形以及殘余變形;根據形變發生時的方式可以劃分成收縮變形以及扭曲變形。在現代生產建設過程中，因為對構件的整體要求越來越嚴格，構件在加工過程中一但出現變形，那么構件將失去價值，無法使用。因此，為了有效的提升構件在生產生活中的效用，通過引入分步裝配工藝來有效控制鋼結構在焊接過程中的變形是具有非常大的積極意義的。

一、鋼結構焊接變形產生的原因

在焊接過程中，溫度也是產生變形的主要要素之一。當焊接過程中的溫度達到或超出金屬所能夠承載的熔點時，不同特性的金屬會發生不同程度的膨脹，進而引發變形問題的產生。此外，在進行焊接時，由于焊接溫度較高，導致在焊接的過程中讓焊接部位周圍的金屬也產生了不同程度的膨脹，進而導致焊接變形的發生。其次，在焊接時，操作時的順序也是引發變形產生的因素之一。在對部件不同位置進行焊接時，因為部件不同位置的承載力不同，首先對部件承載力較弱的部位進行焊接時，承載力比較大的部位因為受到重力等因素的影響就有可能導致部件發生扭曲，進而導致焊接變形問題的出現。另外，焊接時總焊縫位置的不同也會引發不同種類變形的出現。在部件的焊接過程中，部件本身的重力因素會對不同的金屬構件產生一樣的壓力，因此在焊接時通過合理選擇總焊縫的位置，不僅能夠對部件焊接時引發的變形進行控制，同時也能夠有效的提升焊接后部件的總體質量。最后，剛性因素也是產生變形的主要因素之一。當部件之間的承載力相同時，剛性越小的部件在加工時產生的變形就會比較大，而剛性越大的部件在加工時產生的變形就相對較小。因此，施工人員在工程的開展過程中一定要深入分析工程的具體需要，然后針對性的選擇相應特點的鋼結構進行力的承載。如，需要承載比較大的重力時就可以選擇剛性較大的部件，而重力比較小時就可以采用剛性比較小的部件進行使用，從而有效的避免焊接時變形問題的產生[1]。

二、鋼結構焊接變形的種類

（一）失穩變形

失穩變形是因為焊接時殘余的應力影響到部件的薄壁結構，進而引發了局部失穩現象的出現。在焊接過程中，焊接時的溫度會嚴重影響到鋼材料的薄壁結構，當產生的壓應力不均勻時就會導致構件的受力平衡被破壞，從而產生應力集中的現象，若壓應力沒有在外來因素的影響下消失，那么應力集中就會進一步的對材料的結構發生作用，進而引發失穩變形的出現。

（二）收縮變形

收縮變形是變形的一種，其一般分為橫向收縮變形以及縱向收縮變形。橫向變形一般是垂直于焊縫的，而縱向變形則普遍會沿著焊縫方向進行發展。影響收縮變形的因素有很多，例如：構件受到外力擠壓、在焊接過程中因為焊接不專業、焊接時的順序不對都有可能產生不同方向的收縮變形。在對收縮變形進行處理時，一般都會采用機械拉伸的方式，但這種傳統的方式會較大的損壞構件的結構完整性，因而需要進行優化處理[2]。

（三）扭曲變形

焊件若裝配質量不符合標準、焊接過程中焊件未平整放置、焊件本身凹凸不平等，這些因素都會導致部件焊接完畢后發生扭曲變形。在對H型鋼進行焊接時，一般都會在專有的胎具中進行焊接作業，因此，引發扭曲變形主要還是因為縱向焊縫其橫向在收縮時不均勻或者在焊接時，焊接順序不合理而導致的。此外，部件的尺寸、截面形狀等也是影響扭曲變形發生的主要因素之一。

（四）角變形

焊接時，角變形也是較為多見的變形，其一般會出現在堆焊、對接接頭焊等焊接方法中。在堆焊的使用過程中，焊接的焊縫處以及焊縫的周圍溫度都會比焊縫的背面要高，因此材料在堆焊完畢后表面的金屬會因為較高溫度的影響而發生壓縮塑性變形，在冷卻后就會導致角變形的形成。此外，影響角變形大小的因素一般還有材料本身的厚度以及熔深的程度。在接頭角變形中，引發變形的因素主要有坡口形式、角度以及焊接順序等因素。此外，當坡口的角度越大時，需要添補的焊縫金屬就越多，板厚橫向的收縮越不均勻就越會導致角變形的增大。

三、分步裝配工藝

分步式裝配工藝是通過事先對部件整體結構進行深入分析，然后依據各部件之間的焊縫分布狀況預先判斷出部件整體的變形趨勢，然后再根據相關的規范要求以及部件的結構形式來有效的進行步驟的劃分。在進行裝配時，應當對要求較高的部件優先進行裝配、焊接以及校正，以保證其在焊接時能夠在對應工裝上進行翻轉，同時還要保障各層之間的焊接質量。另外，在對檢驗合格的主管以及易發生變形的支管和各連接部件在進行裝配時應當在專有模具上進行，這種類型的部件其焊接后形成的焊縫一般都不是對稱布局的，而這也是引發部件焊接時產生變形的主要原因之一。為了有效的減少焊接后發生的變形，可以通過增加一定的角度來有效避免變形的產生。另外，對這種類型的部件應當在裝配完成后在進行焊接作業，當焊接完畢以后還應當進行一定程度的校正，最后在通過模具焊接其他附件。使用分步式裝配工藝在進行部件的安裝時，可以讓遭受變形影響的部件自由焊接，當部件出現變形情況時，可以通過適當的措施來有效的降低焊接后工件的內應力。即使在焊接完成后依舊會出現變形超過標準的情況，但校正時的熱輸入量卻比往常要小的多。另外，在安裝完畢所有的定位法蘭后在進行零件的焊接，在變形上就會很難發生橫向變形，而且當部件再次進行鍍鋅加熱時，其引發的變形概率也會被大大降低[3]。

四、焊接變形中分步式裝配工藝的有效應用

（一）對于構件的整體結構進行有效明確

在進行分配式裝配工藝的開展時，其第一步通過都是對部件整體結構的有效明確，其中就包含著部件在焊接完畢后的基礎模型、焊接完畢后焊接縫所處的位置以及材料厚度等相關方面的內容。例如，不同鋼材之間的規格不同，其在延展性以及剛度上的就有較大的區別，當鋼材受熱，鋼材延展性較好的鋼材就比延展性較差的鋼材更容易受到外力影響，進而引發變形。因此，在進行加工作業開展前，專業的相關人員一定要對材料進行深入分析，通過分析材料的各項特性然后采用合適的施工工藝進行加工，從而讓加工后的材料質量完全符合施工時的使用要求。此外，焊接縫位置、材料本身厚度等也是造成焊接時產生變形的主要原因，因此在焊接工藝開展前也需要對其進行深入了解，以此來有效的保證焊接后的部件其質量能夠充分滿足工程的需要，進而為工程的順利開展奠定堅實的基礎。

后大梁下鉸點裝配，在鉸點封板焊接、探傷結束后，才進行承軌梁定位，在承軌梁焊接后，劃線修割鉸點插板余量，進行下鉸點裝配，保證最終的鉸點尺寸，同軸及角尺。

（二）明確部件受力情況

在焊接過程中，大部分焊接變形產生的主要原因還是因為焊接縫不對稱，焊接縫不對稱會直接導致部件不同部位之間的受力情況出現變化，從而在加工過程中引發部件的變形。因此，在開展分布式裝配工藝時，第二步要進行的工作就是進行部件受力情況的分析。通過對構件不同部位之間的受力情況進行合理分析，從而采用科學的工藝并結合針對性的方式來進行構件的強化，進而使得構件在加工時能夠有效減少變形的發生，從而提高構件的質量，滿足工程的需要。在進行精密部件或者大型部件的受力分析時，可以通過采用有限元分析法來進行相關受力情況的判斷，而對于精密度要求不太高的部件或者小型的一些部件進行受力分析時就可以采用目測的方式進行，如在對小型碳烤爐的排煙管進行受力分析時就可以采用目測的方式進行，小型碳烤爐的排煙管發生少量的變形也不會對裝置的主要功能產生影響，因此目測以及結合以往的經驗來有效判斷可能出現形變的位置，進而對可能發生形變的位置進行處理，以此來有效的防止變形問題的產生。

（三）進行模擬分析

分配式裝配工藝的最后一步是進行模擬分析，這一步通常所面對的對象主要是精密度要求較高的部件。在對這類部件進行檢驗分析時，采用的方法主要是有限元分析法以及模型分析法，在進行分析時通常是將兩者進行結合，然后通過計算機技術來有效開展具體的工作。在使用有限元分析時，通常是將整個部件分成若干個小部分，然后再以具體的受力情況為依據將劃分的小部分再進一步的進行細化，最后在引入熱加工，進而有效的觀察整個構件在熱加工條件下整體的變化狀況，在觀察的過程中應當重點關注可能會發生變形的位置以及變形時產生的幅度。此外，在面對薄壁結構發生變形時，可以通過加厚的方式直接進行干預。對于產生的收縮變形，可以通過加長長度或者寬度的方式，亦或者采用對稱的焊接方式，從而有效的消除因為焊接縫不對稱而引發的一系列影響。

五、結束語

綜上所述，通過在鋼結構焊接中引入分布式裝配工藝對于變形能夠起到有效的控制作用。在鋼結構焊接時，引起焊接變形的原因有許多，如溫度、焊接順序等;焊接過程中變形的種類也有很多，如失穩變形、收縮變形等。通過應用分布式裝配工藝能夠有效的改善焊接產生的變形問題，從而提高鋼結構焊接質量，并對工程或者產品的高質量完成奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]鄒平.鋼結構焊接變形與控制對策探討[J].冶金與材料，2020，40（3）：2.

[2]趙興剛.鋼結構制作中防止焊接變形的實踐分析[J].科技創新與應用，2021，11（19）：3.

[3]紀浩然.分步裝配工藝在鋼結構焊接變形控制中的應用[J].內燃機與配件，2019（8）：2.