金屬結構件組裝及焊接的變形控制方法探究

羅寶宇，白愛東

（1.阿克地區沙雅中等職業技術學校；2.阿克蘇地區庫車中等職業技術學校，新疆 阿克蘇 842000）

金屬結構件通常包括箱型結構以及框架結構兩種形式，在對金屬結構件進行組裝的過程中，首先需要通過焊接來將需要組裝的結構件進行合理的定位，避免其在后續組裝過程中金屬結構件發生不必要的偏移，從而有效提升金屬結構件的組裝速度以及組裝質量。但是，在實際的焊接組裝過程中，金屬結構件的焊縫周圍常常會出現焊接應力，焊接應力的存在極易導致金屬構件在焊接過程中發生變形，從而對金屬結構件整體的質量造成嚴重的影響，繼而對相關產品后續的加工增加極大的負擔，而且也容易增加很多不必要的成本支出。基于此，在金屬結構件焊接過程中進行有效的焊接變形控制，是保證金屬結構件以及相關產品整體質量的關鍵。

1 金屬結構件組裝

金屬結構件在實際的組裝過程中主要需要經過三項流程，即下料、彎折以及組裝，其中下料作為組裝過程中的第一個環節，對整個結構件組裝流程的順利進行以及產品整體質量的保證有著重要的影響。在下料過程中，由于大部分金屬結構件的形狀通常比較復雜，而且相關部件的尺寸會相對較大，為了有效保證金屬結構件的質量，需要對下料的尺寸進行嚴格的把控，確保下料環節中金屬原料的長度、寬度以及厚度等尺寸與圖紙中的要求一致。其次，由于金屬結構件的蓋板尺寸通常比較大，因此在組裝過程中需要將蓋板兩端進行一定程度的彎折處理，在彎折過程中，必須保證彎折兩端的蓋板長度保持一致，目前常用的彎折手段有火焰彎折以及油壓彎折。在合理的下料以及標準的彎折流程結束后，最后便是金屬結構件的組裝，組裝過程中，相關操作人員必須嚴格按照圖紙進行組裝，同時通過合適的平臺對需要組裝的金屬結構件進行支撐，在將金屬結構件兩邊的側板進行切割后，需要對其進行一定的打磨，從而防止側板上的金屬毛刺影響后續的焊接效果。

2 金屬結構件焊接應力以及焊接變形產生的原因

2.1 金屬結構件焊接應力產生的原因

金屬結構件在焊接過程中，焊接點處的溫度會非常高，而焊接點以外的區域相對焊接點處而言溫度較低，故形成了一定的溫度差。溫度差的存在使得金屬結構件的體積發生變化，從而導致金屬結構件發生一定程度的變形。

金屬結構件的焊接應力根據其作用方向通常分為橫向應力、縱向應力以及與結構件厚度有關的焊接應力，其中橫向應力是與焊縫軸呈垂直關系的一種應力，而縱向應力則是與焊縫軸呈平行關系。之所以產生不同方向的焊接應力，主要是因為焊接過程產生的局部高溫導致金屬原料受熱不均。不同溫度下，靠近焊接點處的金屬原料主要受熱應力的影響，而距離焊接點較遠的金屬原料則主要受壓應力的影響。

2.2 金屬結構件焊接變形產生的原因

由于受到不同方向焊接應力的影響，金屬結構件往往會發生變形，金屬結構件的焊接變形主要分為局部變形以及整體變形，局部變形通常是指金屬結構件的局部發生變形，在焊接過程中可以對其進行有效的恢復。而整體變形下的金屬結構件的形狀尺寸皆發生了一定程度的改變，其通常是由于不同方向焊接應力作用下導致的結構件收縮，變形后不能恢復原狀，因此，在實際焊接過程中，應該最大限度地避免整體變形的發生。

導致金屬結構件焊接變形的原因主要有兩方面：一方面是因為焊接過程中金屬結構件不均勻的局部加熱，由于焊接過程中焊接點處的溫度遠高于其他區域，溫度差的存在使得金屬結構件出現不同程度的熱膨脹，從而導致焊接變形的發生。另一方面是由于在焊接完成時，金屬結構件往往需要進行冷卻，但是在冷卻過程中，由于焊接應力的存在，使得金屬結構件再次發生一定程度的收縮。除了這兩個方面外，金屬結構件的焊接工藝、焊接順序以及焊接坡口的角度等因素皆會對焊接變形的發生產生一定的影響。

3 減少焊接應力以及避免焊接變形的措施

3.1 設計合理的裝配順序和焊接順序

不同的裝配順序以及焊接順序會對金屬結構件的焊接結果產生不同的影響，為了避免焊接變形的發生，應該根據金屬結構件的特點選擇合理的裝配順序以及焊接順序。通常情況下，在對金屬結構件的裝配順序以及焊接順序進行設計時，應該遵循以下三條原則：首先，應該將收縮量較大的焊縫排在焊接的首位，保證其整體應力最小；其次，焊接過程中應該對稱施焊，對稱施焊不僅能夠實現焊接過程中的受熱均勻，而且可以使焊縫間的應力相互作用抵消，從而避免金屬結構件的變形發生；最后，在退焊過程中采用分段退焊的方式，同樣為了保證金屬結構件的受熱均勻。

3.2 選擇正確的焊接方向

焊接過程中，通常較長的金屬結構件往往會產生相對較大的拉應力，因此如果對較長的結構件采用直通焊接方法的話，極易導致金屬結構件產生非常嚴重的變形，這是因為焊接過程中除了熱量分布不均外，在焊接完成金屬結構件進行冷卻的過程中，其受到的約束程度并不相同。基于此，在焊接過程中，要確保結構件焊縫的橫向與縱向在焊接時能夠自由收縮。除此之外，在對有交叉焊縫接頭的金屬結構件進行焊接時，應該對收縮量較大的結構件焊縫進行焊接。根據金屬結構件的結構特點以及焊縫特點選擇正確的焊接方向是有效降低溫度差影響的重要方法，能夠有效降低金屬結構件焊接過程中發生的變形。

3.3 盡量縮減焊縫的尺寸以及數量

除了裝配順序、焊接順序以及焊接方向外，焊縫的尺寸以及數量同樣也是容易引起焊接變形的關鍵因素，因為焊接數量越少，金屬結構件所接收的焊接熱量越少，變形量也就越小。基于此，應該最大限度縮減焊縫的尺寸以及數量。具體操作過程中，首先，應該盡量保證焊縫之間的合理距離，避免各個焊縫的距離過度集中；其次，對于焊接的整體位置布局進行合理的設計，在保證焊接質量的同時對焊縫的尺寸以及數量進行控制；最后，對于結構尺寸相對比較小的金屬結構件，在焊接完成后，應該將其進行加熱，保證其受熱均勻，同時在冷卻過程中應該緩慢冷卻，避免金屬結構件存在大的溫度反差，從而對金屬結構件的焊接變形進行控制。

3.4 預變形措施以及防變形工裝的采用

根據金屬結構件的結構特點，可以對其焊接變形的方向進行判斷，從而在焊接過程中通過相關工裝或者措施的采用來實現針對焊接變形的反變形，繼而在一定程度上對可能產生的焊接變形進行抵消。對于一些材質特點以及構造相對特殊的金屬結構件而言，在焊接過程中可以對其增加相適應的防變形工裝，在防變形工裝的固定壓板的約束下，最大限度實現對焊接變形的有效控制。

4 結語

金屬結構件組裝過程中，往往需要通過焊接技術對其進行定位，但是焊接過程中，金屬結構件通常會因為焊接應力的產生而發生變形，從而影響金屬結構件以及相關產品的整體質量。為了有效保證組裝的質量，在本文中，我們對金屬結構件產生焊接應力以及焊接變形的具體原因進行了簡單的敘述分析，同時針對這些原因提出了一些措施，以期能夠對金屬結構件組裝以及焊接的變形進行有效的控制，從而有效保證金屬結構件以及相關產品的整體質量。