金属结构件组装及焊接变形控制

摘要：金属结构件主要包括框架式与箱形式两种形式的构件。结构件的生产与组装的质量都离不开焊接工艺与生产工艺的作用。文章主要分析了在金属结构件组装的过程中影响焊接应力与焊接变形的主要因素，并针对其因素相应提出矫正与控制的方法，从而改善金属结构件的焊接变形。

关键词：金属结构件；构件组装；焊接变形；变形控制

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）15-0059-02

金属结构件主要包括框架式与箱形式两种形式的构件。金属结构件在生产的过程中，通常都是用焊接的方法对零件进行定位的，然后将工件进行组装，这就是生产组装结构件。但是，金属结构件在进行生产组装的过程中，由于焊接中的焊接应力会导致金属结构件焊接变形，从而对结构件的强度、稳定性、加工精度造成了严重的影响。另外，焊接变形还会导致焊接件的形状、尺寸发生变形，在焊接完成之后还要对变形产品进行一系列的矫正工作，不仅严重影响工作的进度，还会导致新问题的出现。因此，只有控制好焊接应力与变形，才能提高金属结构件的整体质量。

1 结构件组装

1.1 结构件下料

下料是产品在生产中组装的基础，下料的质量可以直接影响产品的质量。在生产过程中，金属结构件的形状多种多样，而且组成底板、盖板、侧板等的尺寸普遍较大，因此，在下料的过程中，要严格把握好下料的尺寸，还要控制好下料的变形。

1.2 准确控制金属结构的弯折

由于金属结构件的盖板比较长，如果要将两端折弯，在折弯的过程中，就必须先确定好中间的长度，同时保证两段的长度一样。常用的折弯方法有火焰折弯法与油压折弯法。火焰折弯时，由于火焰温度较高，容易造成结构件变形，而且成本较高，劳动强度较大。现阶段，技术人员更多使用油压机折弯法，因此在进行折弯之前，必须先备好样本与模具，提高折弯的精确性。

1.3 结构件组装

在组装结构件之前，必须先选择好支持工作物，通过平台的使用，根据结构件的图纸、工艺要求等，将两侧板的坡口进行切割，清除割渣，修磨侧板，避免焊缝的质量受到影响，最后将产品的部件按照图纸或工艺要求进行

组装。

2 金属结构件产生焊接应力与焊接变形的原因

2.1 金属结构件焊接应力产生的原因

金属结构件在进行焊接的过程中由于局部受到高温的影响，以致焊接的温度存在差异，导致了金属结构件产生变形。另外，焊接过程中所产生的高温也会引起结构件的体积发生变化，导致结构件的整体变形。

焊接应力可以划分为纵向应力、横向应力与厚度应力三种作用方向。纵向应力就是与焊缝长度方向呈平行状态的应力，结构件进行焊接时，由于钢板所受的温度不均匀，导致钢板出现不均匀的膨胀现象。在距离焊缝较近的一侧属于高温区，主要受到热压力的影响，另一侧则主要受到热拉应力的影响，而距离焊缝最近的一段主要受压应力的影响。此外，横向应力是垂直在焊缝轴向线上的应力。

2.2 金属结构件焊接变形产生的原因

金属结构件变形可分为局部变形与整体变形。局部变形是指金属结构件在焊接过程中焊接结构出现的部分变形，矫正比较容易。整体变形是指金属结构件在焊接的过程中，由于焊缝出现收缩现象所引起整个结构的尺寸或形状变形。一般情况下，在焊接时，是不允许出现整体变形的，严重影响了金属结构的质量。

3 减少金属结构件焊接应力和焊接变形的措施

3.1 设计合理的装配、焊接顺序

金属结构件的装配、焊接顺利也会对金属结构件焊接应力与焊接变形产生影响。焊接结构一样的情况下，如果装配与焊接的顺序不一样，导致的焊接变形也不一样。因此，设计合理的装配与焊接顺序就要根据以下的原则

进行。

3.1.1 收缩量比较大的焊缝必须先焊，收缩量小的留在最后焊。因为先焊的收缩阻力会比较小，所以焊接应力也比较小。

3.1.2 选用对称焊接的方法。通过对称焊接可以减少焊接之后的再次变形情况。对称焊接是可以同时对结构件施焊的，由于侧导板比较长，一般在焊接时需要两个人或两个人以上对其焊接，只有多人同时焊接，才可以对所焊的焊缝之间的温度相互制约，避免了温度的不均匀分布，有效控制结构的整体变形。

3.1.3 在焊接的过程中，如果遇到比较大型的结构件，还是要选取对称焊接的方法，将结构件进行分段，逐段退焊，确保焊缝温度均匀分布，减少结构件的变形

现象。

3.2 焊接方向的选择

在焊接的过程中，比较长的金属结构件，其横向受力分布在末端，从而产生较大的拉应力。由于中段所受到的压应力比较大，再加上焊缝较长，因此，采用直通焊接的方法就会对结构件产生较大的应力，导致结构件出现大面积的变形。出现大面积的变形不仅是因为在焊接的过程中，焊缝方向的温度分布不均而引起的，更多的原因是因为在冷却的过程中不注意先后顺序以及在膨胀收缩过程中的约束压力不同造成的。因此，在焊接的过程中，要保证焊缝的横向与纵向焊接可以进行自由收缩。另外，在有交叉焊缝接头的对接平面上，要采用收缩量最大的焊缝进行焊接，同时还要确保焊接顺序在采用交叉点时不易出现

变形。

3.3 尽量减少焊缝的数量与尺寸

3.3.1 在金属结构件焊接的过程中，要求各个焊缝之间保持一定的距离，避免焊缝集中在一小部分。

3.3.2 在金属结构件焊接的过程中，如果金属结构件的尺寸比较小，在焊接结束之后可以通过采用物理热处理的方法消除焊接应力，热处理的温度通常在600℃左右，经过保温之后再进行冷却。

3.4 改善焊接变形的方法

3.4.1 采取锤击焊缝法进行焊接。也就是通过有圆弧的工具进行锤击焊缝，促进焊缝的延展方向，从而降低结构件的内应力，锤击时要保持力量适度均匀，为了防止结构件出现裂纹现象，在锤击的过程中，要控制好力量，通常情况下，结构件的底面与背面不需要进行锤击。

3.4.2 加热减应力法。也就是在焊接过程中，通过对焊接结构进行部位的适当加热，使焊缝得以延伸，加热区在温度的影响下，焊缝逐渐伸长，并带动焊接部位延伸，使结构件在相反的焊缝方向处变形。当加热区开始冷却时开始收缩，导致焊缝的收缩也比较自由，因此，结构件内应力减少。

3.4.3 反变形法。在焊接过程中，反变形法是应用比较广的，它是建立在焊接之前设计好焊接变形的方向与大小的。在装配的过程中，预先加入相反的变形，导致在焊接时产生变形，从而起到抵消变形的作用。

3.4.4 刚性固定法。刚性固定法是在结构件没有发生反变形作用下，将结构件进行固定，防止结构件焊接

变形。

4 矫正的方法

金属结构件的变形主要包括扭曲变形与拱形变形。如果在同一结构件中同时出现这两种变形，在进行矫正时要先对扭曲变形进行矫正，通过对结构件局部加热或压力机矫正。

5 结语

综上所述，在金属结构件的焊接过程中，必须要根据结构件的焊接特点，采用相应的焊接方法进行焊接，从而减少焊接变形。同时，在组装、设计与工艺等方面上，要对金属结构件进行全面的控制，达到工程质量的要求，确保金属结构件的质量。

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（责任编辑：黄银芳）

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