论圆锥钢模制作过程中的焊接变形及控制

杨晓宏

摘 要：简单分析了路政工程圆锥钢模制作过程中出现的焊接变形原因、类型和控制方法。

关键词：圆锥钢模；焊接变形；控制

当前，在国家大力发展公路基础建设的背景下，圆锥钢模在公路、桥梁等工地现场的使用非常广泛。作为金属材料，在制作和使用过程中对其进行焊接处理必不可少。与此同时，焊接变形问题也就凸显出来了。如何对焊接过程进行控制，有效解决焊接过程中出现的钢模形状尺寸变形就成为当前迫切需要解决的问题。钢模焊接变形不仅会影响外形尺寸，更重要的还会影响结构件的设定承载能力。在一定范围的钢构件变形可以通过一些手段进行矫正。但如果变形超过范围，降低了钢构件的安全系数，则通常无法矫正，产品只能报废处理。因此，有效控制圆锥钢模制作过程中的焊接变形就成为了确保企业产品质量、提高企业生产效率和确保国家道路建设顺利完成的一个重要问题[ 1 ]。

1 圆锥钢模焊接变形原因分析

通过对焊接过程的分析，我们知道焊接过程中被焊接件的加热和冷却速度在不同点位是不相同的，这直接导致焊接件产生不均匀的膨胀和收缩变形，从而产生内应力。被加热的圆锥钢模材质并不完全均匀，加热过程中温度高的区域膨胀比率大，变形量也就越大，材料的强度反而变小。温度低的区域膨胀比率小，变形量也就越小，材料的强度反而大。因此，冷热交界处，圆锥钢模产生挤压变形。同时，由于变形所产生的钢模内应力也需要逐渐释放出来。在对圆锥钢模焊接过程中，影响钢模变形量的因素很多，如焊缝熔池的大小、整个钢模的焊缝数量以及焊接点位的分布都对最终钢模变形情况产生影响。通常来说，焊缝熔池越大，焊缝数量越多，则钢模在焊接过程中的变形量越大，产生的内应力也越多。为了综合平衡钢模应力，在实际施工应用中，应该根据施工的实际情况，合理的利用大钢模施工结构[ 2 ]。

2 钢模焊接过程中的变形分类

通常来说，圆锥钢模由几部分焊接组成。我们根据焊接中钢模的应力变化情况，把焊接变形分成收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形四种。1） 收缩变形。主要是由于在焊接过程中，圆锥侧面弧形部分冷热不均，出现侧面弧长减小的情况。2）弯曲变形。在钢模拼接组合焊接过程中，需要在拉伸筋板的厚点位置进行焊接，此时这些部位的焊接会造成筋板的变形，部分部位会出现弯曲现象，造成弯曲变形。3）角变形。主要指圆锥钢模焊接过程中的弧形连接法兰的变形情况。4）波浪变形。主要是由于钢模焊接后，由于受热不均，造成面板部位部分鼓肚、部分凹陷，表面不平整的情况。

3 圆锥钢模焊接过程中控制变形的措施

钢模制作过程的焊接主要是通过焊接方式把钢模组合成整体的过程。经过焊接后的整体结构件刚性提高，但对整体已经产生的变形进行矫正非常困难。因此，圆锥钢模的焊接变形控制主要应该针对前期焊接过程进行。1）焊接过程控制措施。a.焊缝的位置和长度应安排合理。在进行圆锥钢模的焊接过程中，经常会遇到这样的情况，圆锥钢模骨架较小，焊接的时候造成弧度发生较大的变化，影响到圆锥钢模的整体质量。为有效的控制这种状况，应当注重对圆锥钢模结构的分析，经分析和研究可以发现，造成圆锥钢模的半径减小的焊接情况有：圆锥钢模的环形筋板与平面板之间进行焊接的时候；筋板和筋板之间的立焊缝靠近平面焊板的时候。造成圆锥钢模半径变大的焊接情况有：筋板和筋板之间的立焊缝远离面板的时候。因此，应当合理的对焊缝位置和长度进行设计和安排，可以有效的保证焊接的质量，减少圆锥焊接过程中的校正工作量。b.严格控制焊接过程，尽量缩小焊缝熔池。焊前需把表面清理干净。焊条需烘干，随用随取，每道焊缝焊3层。相邻两道焊缝搭接量不小于焊道宽度的1/3，焊完一道焊缝立即锤击，以释放应力并且要彻底清除个焊道上熔渣，方可焊接后一道。每层中的接头处应错开，各层的焊缝方向应错开。后一层焊道与前一层焊道方向垂直。严格按工艺要求进行焊接，焊条不做横向摆动，焊后应立即缓冷。采用小电流焊接以缩小焊缝熔池和稀释率。c.科学确定焊接部位和焊缝熔池大小深度。根据圆锥钢模整体组装情况，合理确定焊接点位，准确预测焊接点位产生的变形延展方向。根据规定的变形量大小确定焊缝熔池的大小和深度。d.焊接前做好设计，确定好焊接顺序。尽量精准确定变形量，预先留好变形余量。焊接前应科学设计，确定合理的焊接顺序。通常确定焊接顺序的基本原则有以下九个方面。1>焊接时尽量减少热输入量和尽量减少填充金属；2>组焊结构应合理分配各个组单元，并进行合理的组对焊接；3>位于构件刚性最大的部位应最后焊接；4>焊接过程由中间向两侧对称进行焊接；5>焊接中先焊对接焊缝，然后焊角焊缝；6>先焊短焊缝，再焊长焊缝；7>先焊对接焊缝，后焊环焊缝；8>当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应力区；9>当对变形有特殊限制时，可采用分段退焊法。e.合理选择焊接的方式方法。通过选择合理的焊接方法可以大大减小焊接变形，如焊接前所使用焊机的选择，焊接中电流的大小等等。同时，使用二氧化碳气体保护焊能够有效减小外部有害气体对焊接部位的破坏，同时也能够充分保证圆锥钢模焊接后的焊缝质量。在同等条件下，使用小规格焊条也能够减小钢模焊接后的变形量。

4 矫正圆锥钢模焊接变形的方法

圆锥钢模的制作过程中必须用到焊接方法，这也就代表着焊接变形无法避免。因此，在完成钢模的焊接工作后，还需要对超过一定技术要求的钢模变形采用不同方法进行矫正，使钢模从外表到内部质量满足现场要求。通常使用物理矫正、加热矫正两种方法。1）物理矫正。物理矫正，顾名思义就是使用物理方法对钢模变形进行矫正。通过施加外部作用力对变形情况进行整体调整。利用手锤、顶紧器、拉力机、压力机等设备对变形的钢模进行处理，确保整体变形量恢复到技术要求。2 ）加热矫正。就是通过加热的方法对变形量大的部位重新进行处理，利用加热的方法再次产生应力变形去补偿或者抵消早期的异常变形，使钢模变形恢复到预先设定范围。

5 结论

由于圆锥钢模在焊接过程中的影响因素非常多，最终焊接质量又与钢模表面和内部质量息息相关，通过上述分析，对圆锥钢模制作过程中的焊接变形进行有效控制，使产品符合现场要求，取得了一定效果。

参考文献：

[1] 巩文刚.圆锥钢模制作过程中的焊接变形及控制[J].科技信息，2013，（11）.

[2] 安文奇.浅析大钢模在清水混凝土施工中的应用[J].城市建设理论研究，2014，（01）.