对大型结构焊接变形的分析与控制探讨

路广

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）



对大型结构焊接变形的分析与控制探讨

路广

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

摘要：随着我国工业的快速发展，机械工业作为工业化道路中的重要组成部分，大型结构在工业发展的道路上广泛应用。而焊接是大型结构完成、应用中必不可少的工艺之一，所以焊接工艺质量的好坏对于大型结构的安全、质量等起着决定性的作用，不断提高焊接工艺水平，控制焊接过程中出现的问题，对于提高大型结构的安全、质量具有重要的意义。

关键词：大型结构；焊接变形；收缩变形；弯曲变形；扭曲变形

随着经济社会的快速发展，工业化进程的加快，大型结构焊接工艺已经成为当今工业化道路中必不可少的应用技术种类。大型结构指的就是在现实的生产过程中体积较为庞大、自身重量大，必须由各种钢材焊接而成的一种结构。随着大型钢结构应用的不断普及，在焊接过程中钢结构出现变形是一个不可避免的问题，也是严重威胁钢结构质量与安全的重要问题。目前在大型结构焊接过程中，矫正变形问题的方法主要有两种：一种是大型结构焊接后采用机械设备矫正的方法，另一种是采用焊接火焰的方法来对变形进行矫正。其中，采用机械设备矫正的方法主要是借助外部与大型结构变形相反的力改变它的形状，即变形的力与借助的外力相互抵消，达到预期的效果。而采用火焰加热矫正的方法是利用热胀冷缩的原理使得大型钢结构变形，即加热后冷却后的收缩，来达到对大型结构矫正的目标。这两种方法在过去钢结构变形矫正中发挥着重要的作用，过去与现在相比，钢结构无论是从质量上还是从体积上讲都相对小得多。所以，这两种方法相对于钢结构来讲操作简单且非常实用，但是对于现在大型结构件来讲，则必须从全局来考虑，单纯地依靠后期的矫正不仅会影响到结构的安全质量，还会增加诸多不必要的人力、物力，提高大型钢结构生产的成本。所以，相关的工作人员必须从钢结构的图纸设计、生产中的各道工序的控制做起，来实现大型结构件焊接的零变形。

1　大型结构件焊接变形种类的分析

对导致大型结构件焊接变形因素的分析：

在大型结构件焊接过程中，出现的变形种类主要有三种：即我们在实际中经常遇到的收缩变形、弯曲变形以及扭曲变形。大型结构件变形的种类。

其一，收缩变形。收缩变形是大型结构件焊接变形的基本单元，同时也是不可避免的问题。只有不断加强对该问题的控制，才能逐步解决大型结构件焊接变形。我们知道，大型结构件焊接过程是一个由液态转化为固态的过程，即在焊接时焊缝处于一个液态的过程，而冷却后处于一个固态的过程，在这一过程转化中由于焊接应力以及冷却缩减的原理导致焊接后的大型结构件尺寸有所缩小。收缩变形大量出现在简单的结构件焊接中，简单的结构件焊接过程中焊缝相对较少，焊缝的方向也基本一致，焊后收缩的尺寸就最为严重，大型结构件尺寸缩小也更为严重。

其二，大型结构件焊接中的弯曲变形。弯曲变形出现的原理简单来讲就是焊缝焊接中出现的内应力与收缩变形结合的最后结果，其主要出现在细长的大型结构件上、焊缝相对分布不均匀的构件上、以及焊接顺序相对混乱的构件上，如铲车的履带焊接中，最容易出现弯曲变形。

其三，扭曲变形。扭曲变形也是大型构件焊接中最容易出现的变形种类之一，我们知道，大型结构件大多是以框架式结构分布的，这种结构分布导致焊接点不对称、焊缝出现的不规律，焊接中构件的内应力与外应力分布方向不一致，导致大型构件在焊接后出现的变形也不规律、位置不固定，让工作人员难以预测，比如说一些大型构件的铲斗、铲车的铲斗等，在焊接后容易出现弯曲变形。

2　对大型结构件焊接变形产生原因的分析

焊接变形是大型结构件焊接过程中不容忽视的问题之一，较小的变形可以影响到大型结构件的外观和日常使用，较大的变形可以导致大型结构件过早的报废，对个人、企业产生不必要的损失。所以，要想在焊接施工中有效地控制好变形问题，就要求我们必须掌握好导致大型结构件焊接变形的主要原因。第一种因素是焊接应力。焊接应力是导致大型结构件焊接变形的主要根源之一，在焊接每一个合拢缝隙中都会产生不同大小的焊接应力，所以，大型构件构成的体系越复杂，所产生的预应力的大小越复杂，越难以预测。

大型结构件在框架、结构设计中不合理，也是导致变形的主要原因之一，我们知道，如果大型构件设计的越合理，在焊接中的焊缝越少、焊接面积越小，焊接位置也相对均匀，反之则越多、越大、越复杂，最后大型结构件焊接中所产生的预应力越难以预测、估算。

焊接施工中出现的不合理因素，导致出现大型结构件焊接变形。焊接工艺的合理与否是大型结构件焊接中控制变形出现的重难点工作之一，其不仅影响着焊接结构的变形，同时也影响着焊接工作效率的高低，最终影响到大型结构件的应用质量。所以，在焊接施工过程中，我们一定要合理地制定出焊接工序、采用最先进的焊接工艺，焊接理论，来完成对大型结构件的焊接工作。

3　大型结构件焊接变形的有效控制方法

在大型结构件焊接施工中，应该尽量采用热量较小的焊接工艺，如多层焊和二氧化碳气体保护焊，焊接时采用跳焊和分段焊法。

选择合理的焊接顺序，尽量采用先内后外、从中间到两端、先短后长的对称焊接方法，使工件受热均匀。

焊接变位机：大型结构件的外形尺寸和其自身质量都比较大，在焊接时很难调整工件的位置。为了提高生产效率和焊缝质量，生产中常运用焊接变位机，根据需要改变工件的空间位置，任意调整工件焊缝的位置，使焊缝处于最佳水平焊接状态，保证焊缝质量和焊接工艺性。

焊接位置及搭焊平台示意图Fig.Welding position and lap welding platform schematic

4　结语

大型结构件焊接变形问题是一个相对综合而又复杂的问题，由于大型结构件具有质量较重、体积较大、焊缝分布不均匀等特点，出现焊接变形也是焊接工艺施工中不可避免的问题之一。我们只有不断强化焊接工艺水平，从全局出发，综合的考虑焊接变形可能出现的各种原因、不同位置来实现对大型结构件焊接变形的控制，提高大型结构件的质量、应用效率。

参考文献：

［1］程训义.建筑安装工程焊接实用手册［K］.北京：中国建筑工业出版社，2001.

［2］JGJ8122002.建筑钢结构焊接技术规程［S］.

［3］ 王德山.钢结构设计及轻型钢结构应用［J］.山西建筑，2006，32（07）：64-65.

Analysis and control of large-scale structure welding deformation

LU Guang
(Jiuyi Global(Jiamusi)Mining Equipment Co.,Ltd.,Jiamusi 154003,China)

Abstract:With the rapid development of China's industry,machinery industry as an important part of industrialization, large-scale structure has wide range of applications in industrial development.Welding is an essential process in the application of large-scale structure,so the quality of welding process plays a decisive role in the safety and quality of large-scale structure,thus constantly improving the level of the welding process and controlling the problems in welding process has great significance for improving the safety and quality of large-scale structure.

Key words:Large-scale structure;Welding deformation;Shrinkage deformation;Bending deformation;Twisting deformation

中图分类号：TG404

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）08-0116-02

收稿日期：2016-02-26