金屬結(jié)構(gòu)件組裝及焊接變形控制討論

陳 濤

（維升特建筑系統(tǒng)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215400）

金屬結(jié)構(gòu)件以鋼制材料最為常見，金屬結(jié)構(gòu)件主要包括框架式和箱形式兩種形式，使用頻率較高。正因如此，金屬結(jié)構(gòu)件也極易出現(xiàn)質(zhì)量問題。輕則，重新組裝焊接，重則，直接報廢，造成人力、物力、財力以及人員傷亡的損失。在金屬結(jié)構(gòu)組裝以及在焊接過程中極容易出現(xiàn)變形情況，需要技術(shù)人員進行專業(yè)的操作及靈活地運用，從而解決上述問題。

1 金屬結(jié)構(gòu)件的組裝

金屬結(jié)構(gòu)件的種類很多，在建筑工程中，主要包括鋼柱、鋼屋架、鋼支撐以及其它金屬構(gòu)件等。金屬結(jié)構(gòu)件的組裝屬于技術(shù)性問題。在組裝過程中，時常會出現(xiàn)一些細節(jié)性錯誤，需要及時處理組裝過程中的細節(jié)問題。

1.1 注意數(shù)字、范圍詞等精確度

金屬結(jié)構(gòu)件在組裝過程中，若出現(xiàn)組裝偏差會對組裝結(jié)果造成一定影響，嚴重情況下會造成巨大損失。組裝時的寬度、高度尺寸超過偏差范圍會對組裝結(jié)果造成極大的影響。例如，組裝寬度超出規(guī)定范圍，從而造成組裝尺寸誤差偏大，影響最終的組裝效果。

1.2 技術(shù)人員的組裝技能和精神品質(zhì)

參與金屬構(gòu)件組裝的技術(shù)人員必須要具備一定的知識儲備和操作技巧，熟知每一部分結(jié)構(gòu)的準確作用以及明確的安裝方法。嚴格遵守相關(guān)要求進行金屬結(jié)構(gòu)件的組裝[1]。與此同時，要求參與金屬構(gòu)件的組裝人員具有大膽創(chuàng)新的精神，敢于在不損失組裝成果的基礎上根據(jù)自己的專業(yè)知識技能進行思維突破，通過多種組裝方式達到相同的結(jié)果，甚至超越常規(guī)結(jié)果。以效果好、耗時少、利益高為最終目的。

1.3 選擇合適的支撐物

通常情況下，選擇平臺進行金屬結(jié)構(gòu)件的組裝，能有效避免組裝時金屬結(jié)構(gòu)件發(fā)生傾斜、組裝不匹配等不良現(xiàn)象。在一個干凈平整的環(huán)境下進行操作，能夠防止零件不會被其他物件干擾，同時也節(jié)省了時間。

1.4 選擇合適的組裝方法

金屬結(jié)構(gòu)件的組裝方法多種多樣，例如：地樣法、胎膜裝配法、臥裝、立裝、仿形復刻裝配法等。選擇合適的組裝方法能夠加速金屬結(jié)構(gòu)件組裝的進程，節(jié)省時間進行后面的操作。

對于框架較少的結(jié)構(gòu)件進行組裝時，一般選擇地樣法，按照1：1的比例在將要進行組裝的裝置平臺上放置構(gòu)件實物樣，繼而根據(jù)零件在實物樣上的位置再進行組裝。但對于需要制造大批量、高精度的金屬結(jié)構(gòu)件，則要采用胎膜裝配法進行組裝。其過程也并不復雜，只需將金屬結(jié)構(gòu)件的零件用胎膜固定在需裝配的位置，再進行后面的組裝。當金屬結(jié)構(gòu)件的斷面不大，并且其具有細長的明顯特征時，應對金屬結(jié)構(gòu)件采用臥裝的組裝方法進行裝配。和臥裝對應的是立裝。適合立裝的金屬結(jié)構(gòu)件大多是高度低或者直徑大的圓筒，根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)件的特點、零件的重心及其穩(wěn)定的位置，選擇從上到下或者從下往上的方式進行組裝。但當出現(xiàn)橫斷面相互對稱的復雜結(jié)構(gòu)時，應該先用地樣法組裝成單面的結(jié)構(gòu)，同時找準定位點進行點焊，接著將其翻身作為復制胎膜，在復制胎膜上面裝置另一個單面的結(jié)構(gòu)，此過程較為復雜，并且需要反復進行兩次。

2 金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形

金屬結(jié)構(gòu)件焊接時，焊接熱源對金屬結(jié)構(gòu)件的不均勻加熱引起的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸的改變，稱為金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形[2]。焊接變形也是金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中最難以避免的損壞性結(jié)果之一，它將會影響到金屬結(jié)構(gòu)件焊接尺寸的精密度以及焊接接頭一端的強度。損害性較輕的金屬結(jié)構(gòu)件的焊接變形需要消耗不少的人力、物力、財力才能修復，而損害性較強的焊接變形會直接導致金屬結(jié)構(gòu)件報廢，甚至還會造成人員的傷亡，后果將難以彌補或無法彌補。

2.1 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的原因

金屬結(jié)構(gòu)件焊接時容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，其產(chǎn)生的主要原因有：受熱變形、受冷變形以及互相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件不能組裝成一起，從而導致焊接變形等。

2.2 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的類型

由于金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中會受溫度、放置平整度等不同因素的影響，從而導致金屬結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的變形。例如：局部變形和角變形、結(jié)構(gòu)件側(cè)彎變形、結(jié)構(gòu)件扭曲變形等。這些變形情況的出現(xiàn)都會給金屬結(jié)構(gòu)件的焊接效果帶來一定影響。

2.3 如何預防金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形

（1）預防焊接過程中金屬結(jié)構(gòu)件的局部變形和角變形。首先，在設計金屬結(jié)構(gòu)件時，盡量保證各金屬結(jié)構(gòu)件的各個部分剛度和焊接縫隙分布均勻，設計的焊接縫隙盡量對稱，并且減少交叉和緊密的焊接縫隙出現(xiàn)。其次，焊接順序非常重要。例如，焊接較長的焊縫時，應該采用分段的方式進行間斷焊接法。從金屬結(jié)構(gòu)件的中間向兩邊進行，焊接時應注意對稱分散布置，從而避免熱量集中造成的金屬結(jié)構(gòu)件受熱變形。另外，焊接方法的選擇對控制金屬結(jié)構(gòu)件焊接是否變形起著決定性作用。當金屬結(jié)構(gòu)件尺寸較大，焊接縫隙較多的時候，要采用分段、分層或者間斷的方法進行焊接，對于部分焊接后容易產(chǎn)生角形變的零部件，應在整體焊接前進行個別變形處理，避免對整體焊接造成影響。

（2）預防金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中的側(cè)彎變形。盡量在金屬結(jié)構(gòu)件焊接的過程中選擇將其放置在平坦的鋼平臺，另外，金屬結(jié)構(gòu)件的放置、運輸、起吊都應該保持受力一致，避免其出現(xiàn)不平衡的力造成金屬結(jié)構(gòu)件側(cè)彎變形。其次，金屬結(jié)構(gòu)件焊接平面的一端最好不要出現(xiàn)銳角情況，從而避免焊接區(qū)熱量集中，不能增加焊接強度，反而會進一步造成側(cè)彎變形的幅度增加。

（3）預防金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中的扭曲變形。在金屬結(jié)構(gòu)件組裝過程中，如果出現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)件拼接不嚴密、拼接后縫隙不均勻或者組裝金屬結(jié)構(gòu)件的順序與焊接順序不一致等，也會造成金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中出現(xiàn)扭曲變形現(xiàn)象。在組裝過程中細心操作每一個步驟就顯得極為重要。在金屬結(jié)構(gòu)件焊接的過程中，焊接位置要墊平、準確選擇焊接的支點位置，可以在組裝正確的基礎上有效避免金屬結(jié)構(gòu)件焊接過程中造成的扭曲變形。

2.4 金屬結(jié)構(gòu)件焊接變形的補救

雖然提前預防能極大地減少金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中的變形，但是難以避免會受到時間、物件大小、復雜程度等因素的影響，仍然會產(chǎn)生形變。因此，需在發(fā)生焊接變形時進行補救。其中，最常見的補救方法是機械矯正法。

機械矯正法是指在室溫環(huán)境下，對焊接的物件施加一定的外力，使結(jié)構(gòu)件壓縮，造成塑性變形區(qū)的金屬伸展性減小，或者消除金屬結(jié)構(gòu)件在焊接縫隙區(qū)域發(fā)生的塑性變形，從而達到矯正變形的目的。但在實際操作中，要根據(jù)實際情況進行操作，借助積累的經(jīng)驗和嚴格的檢驗手段來確保矯正的精確度。

在機械的制作過程中，焊接變形的出現(xiàn)無法避免，只能通過有效的設計方案和技術(shù)手段來控制焊接變形，并對超出要求產(chǎn)生的焊接變形進行有效地矯正。但不能全部寄希望于矯正，因為通過矯正無法達到原有的精密度。必須對焊接過程全面控制，才能確保金屬結(jié)構(gòu)件尺寸的精確，從而達到裝置的要求。

3 金屬結(jié)構(gòu)件組裝和焊接變形的關(guān)系

金屬結(jié)構(gòu)件的組裝和焊接之間沒有必然的固定順序，金屬結(jié)構(gòu)件是否變形取決于組裝的好壞，而金屬結(jié)構(gòu)件的變形程度也影響著是否能進行下一步的組裝。組裝和焊接不分先后順序，二者相互影響、相輔相成。只有將組裝和焊接技術(shù)進行完美地配合，才能制作出良好的配件。

3.1 組裝的好壞決定焊接過程是否變形

金屬結(jié)構(gòu)件組裝的程度直接影響焊接過程。假如金屬結(jié)構(gòu)件在組裝上出現(xiàn)問題，就會直接造成焊接過程中出現(xiàn)不同程度的變形，從而影響金屬結(jié)構(gòu)件的使用。

在金屬結(jié)構(gòu)件組裝的過程中，倘若將其放在不平整或者雜塵較多的地方，就會造成金屬結(jié)構(gòu)件組裝傾斜，或者出現(xiàn)各結(jié)構(gòu)件拼接的不嚴密，從而導致拼接后出現(xiàn)縫隙不均勻等各種情況。

3.2 焊接結(jié)果影響下一步組裝

焊接和組裝是交叉進行的，根據(jù)不同的金屬結(jié)構(gòu)件和所要的結(jié)果，選擇進行的先后順序。如果在之前的金屬結(jié)構(gòu)件拼接過程中都進行得很完美，但是在焊接過程中出現(xiàn)一定的錯誤，比如：焊接時熱量過于集中，沒有分散，或者焊接順序出現(xiàn)了問題等，從而導致金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中出現(xiàn)變形的情況，都會對下一階段將要進行的再組裝造成影響，金屬結(jié)構(gòu)件的變形會造成再組裝出的整體結(jié)構(gòu)件不嚴密、銜接不緊密等現(xiàn)象，嚴重的甚至無法再次組裝，直接導致金屬結(jié)構(gòu)件報廢，浪費了人力、物力、財力，也耽誤了組裝進程。

4 結(jié)語

金屬結(jié)構(gòu)件的組裝和焊接屬于機械加工工藝，與此同時，金屬結(jié)構(gòu)件在機械制造中的地位不斷上升，可利用和創(chuàng)造的價值也越來越大，但同時精細程度也在逐漸提升。本文對金屬結(jié)構(gòu)件的組裝要點和焊接情況進行了分析，闡述金屬結(jié)構(gòu)件組裝的方法，以及如何預防金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過程中出現(xiàn)形變。并進一步補充，當焊接形變真正發(fā)生時的補救措施和注意事項。嚴格地為金屬結(jié)構(gòu)件進行組裝和焊接，才能真正避免過程中出現(xiàn)的整體或局部的變形，從而減少不必要的損失。因此，討論金屬結(jié)構(gòu)件的組裝和變形，并提出相應策略，具有重要的價值和意義。