大型钢结构件的骨架定型法焊接成型

宋均明 刘立涛

摘要：大型钢结构件的焊接成型一直困扰着我国的机械制造领域，从客观上来看，影响大型钢结构件的焊接变形的因素众多，需要在考虑到多种因素综合影响的条件下选择合适的定型焊接方法。立足于现状，首先探讨了骨架定型技术的定义与技术原理，其次对影响大型钢结构件的焊接成型的主要因素进行了讲解，并着重对大型钢结构件的焊接成型中应用骨架定型法的情况进行了探索，希望可以有效提升大型钢结构件的焊接水平，促进行业的平稳快速发展。

关键词：大型钢结构件；骨架固定；焊接方法

一、大型钢结构件的骨架定型技术概述

骨架定型法实际上就是采用结构内部的筋板、骨架来作为定型的构件对钢结构进行定型的焊接辅助技术。在该技术的应用过程中，主要用于解决人们过分关注构件的外形而忽视内部的筋板精度以及结构之间的应力关系，这样一来可以在确保外部表面处理质量达标的同时，也可以有效的提升骨架的内部精度，消除焊接过程中形成的不良应力，有效提升焊接稳定性并减少焊接变形的可能性。在采用该技术进行焊接处理时，需要考虑到骨架的精度以及预成型的强度，这样才可以选择合适的筋板来进行强化，更好的辅助骨架定型工作，为确保大型钢结构的骨架定型效果创造条件。

二、影响大型钢结构件焊接变形的主要因素

大型钢结构件较大的重量以及长度决定了其在焊接处理过程结束后依然需要面对焊接变形的风险。为了削弱这种影响，降低焊接变形带来的风险与隐患，现分别从以下几个角度对其进行介绍。

1.结构因素

大型钢结构件的焊接成型中结构属于一个十分重要的因素。结合近些年来大型钢结构焊接变形的案例情况来看，焊接过程中结构属于影响最大的因素之一。从客观上来看，钢结构件的种类繁多，所以结构设计也相对比较复杂。在大型钢结构件的设计中往往需要一定的技术经验，结合实际的焊接处理条件选择合适的焊接处理方法。我国的整体大型钢结构焊接处理工艺发展较晚，相比于国外先进技术而言存在明显的差距，结构设计的科学性不足等因素都是导致焊接不稳定的重要原因。由于结构上存在问题，焊接后拘束度一旦增加，会直接导致内部的应力加大，这种应力会随着焊接结束后新的负载加载导致内部的应力集中，进而出现设备稳定性下降甚至结构损坏的问题，严重影响生产安全以及行业的稳定发展。除此之外，一些长度较大以及钢筋板的厚度参数较大的区域都更容易出现焊接变形的问题。

2.工艺因素

结合我国的大型钢结构焊接处理的技术发展情况来看，导致变形的另外一个重要影响因素就是工艺因素。目前，国内相关部门对于工艺技术优化以及先进工艺的引入下了很大的功夫，也取得了不错的成绩，但是在大型钢结构，特别是一些重型结构方面依然存在不小的差距，这种差距主要体现在工艺的细节处理上。在面对一些表面平整度要求较高的大型钢结构件的焊接时，采取不同类型的焊接工艺以及处理方法就会存在较大的差别，所以需要妥善选择。

3.焊接材料与定型方法

焊接材料的影响主要体现在母材的质量上。通过严格控制母材的质量，可以降低后期的不利影响，同时也能够有效的避免材料的内部应力影响，减少后期焊接变形的可能性。在选择合适的材料时，焊接后产生的自然内应力较小，反之就会增加。选择合适的焊接材料后，还需要选择相应的定型方法。传统的定型方法主要针对体积、重量较小的钢结构件，在进行一些大体量的钢结构件的焊接时，需要同时考虑到多个部分的内部作用力关系，同时也要及时进行内部固定，防止过分关注外部条件而忽视了内部结构固定的问题，这样才能够最大限度的提升焊接材料的焊接强度，减少不利影响带来的损失。

三、大型钢结构件的骨架定型法在焊接成型中的应用

1.网格骨架定型

网格骨架定型是一种精度较高的成型技术，其利用刚度整体成型的方式来进行固定，能够有效提升固定的效果。采用高功率的试验设备进行测试后发现，承载平台长度超过80m且单件重量超过一百吨的大型钢结构件，其本身受到了加工地区的空间条件的限制，对于运输成本也比较敏感，对于表面的加工要求不高。在进行焊接处理后达到平面度1.5mm的误差即可达到使用的具体要求。结合该项目的特征进行分析后，选择了两个平行割据同时切割下料的处理方式，在同规格的筋板点组上增加了龙门刨的加工立筋边缘，同时释放筋板来实现变应力的控制，在这个时候使得筋板与其保持在相同的高度上，从而选择合适的网格状筋板进行固定，采用平台来使得外缘能够保持高度上的一致。在进行焊接处理时，先对重点位置进行焊接，随后利用平台来对筋板的外缘进行处理，从而有效提升整体结构的稳定性。在确保焊接稳定性的同时需要选择合适的初始焊接电流，其强度应该略低于焊缝，这样一来成型的功能性更强。在成型处理时需要做好网格骨架的固定，选择对称施焊的方式进行处理更容易达到处理的目标要求。在常规条件下，网格状筋板并不需要连续焊缝，只需要兼顾好刚度的条件下进行焊缝的对称布置，并做好网格状骨架的成型平面度处理，整体效果十分理想。

在骨架的焊接成型处理后，由于整个过程施焊的技术条件与工艺类型选择相对合理，高度上变化也不大，所以无论是抗弯性能还是平面度都可以得到很好的兼顾。除此之外，平面度不理想的部分进行简单的处理与加工后，骨架的完成度也相对比较高，从面板的一端进行点组并按照一定的次序进行设备的平面加工，可以很好的保持表面的平整度。在一端焊接处理时，需要考虑到面板的状态，一般来说其他的面板处于自由状态即可，而接触面的焊接强度不要过高，这是由于抗弯主要依靠骨架来实现，而不是依靠拉应力来实现，能够很好的满足焊缝的基本要求。在进行盖板的选择时，应该尽可能与筋板保持一致，选择多点焊接的处理方法，这样一来在成型后整个构件的平整度可以得到保障，同时加工的余量控制也相对合理，能够适应大多数的大型钢结构件的焊接要求。

2.边筋定型

在某大型钢结构件焊接中，对其结构进行分析，该设备具有四个主梁，其中每一个的程度都超过了十五米，同时断面的尺寸较高，单边长度超过了1000mm，整个构件的重量超过45吨。结合上述的内容要求来看，其主梁应该采取钢板焊接的处理模式。在常规的焊接处理后，该梁会受到成型变形的影响而出现较大的变形量，这个时候除非能够投入更厚的板材，否则就会影响到加工量以及工艺的难度。由此可见，采用内边板以及筋板进行定型就是一种适应性较强的工艺类型。通过内边板、筋板进行规范化的切割，能够实现对称边切口的一致性，同时也可以利用这种技术来强制规范面板平直度，从而有效强化整体的定型效果。在定型工字钢完成后，还需要适当的添加焊接工艺进行辅助，这样处理后无论是平直度还是表面的平整度都可以得到保障，整個加工余量更是控制在3mm以内，为后续的加工工作提供了必要的技术条件，同时焊接的内应力也相对较小，不容易出现应力裂缝，对于提升设备的稳定性也具有一定帮助。

总结

综上所述，通过应用骨架定型法来解决焊接成型的固定问题，可以最大程度解决内部应力的结构影响因素，同时还可以更好的适应焊接材料的应力特征以及结构特点，从而减少定型技术选择不当带来变形影响，为大型钢结构的焊接成型工作顺利开展，提升焊接质量以及结构稳定性奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]丛剑.大型钢结构件的骨架定型法焊接成型[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2015（12）：269.

[2]黎燕文.浅谈大型钢结构件有限元力学分析方法[J].中国建筑金属结构，2013（10）：147.

（作者单位：上海振华重工（集团）股份有限公司）