分步装配工艺在钢结构焊接变形控制中的应用探讨

沈良 乔岩

摘 要：机车车体等钢结构的加工往往涉及到复杂的中间节点，由于构件多、焊接布置不对称、焊接荷载大、对空间板要求严格等原因，中间节点往往会非常复杂。因此，传统的全装配、焊接、终修工艺对整个装配过程、焊接过程和焊接变形控制的要求很高，容易使零件的整个供热量过大，增加总内部电压。在后后续过程中，由于电压释放导致连接器之间的位置发生空间变化，这将是一个分步装配过程，即根据工件的具体结构，结合防变形控制技术进行分步装配，整个工件的焊接变形矫正大大减少，整个结构的内部张力也减小了。

关键词：节点结构;空间尺寸;内应力;分步装配工艺;焊接变形

引言

常规工艺技术包括构造特殊的装配形式，由于焊接载荷大，焊接变形大，热校正过程中的热量输入大，人为地增加了结构的内张力，同时，为了保证每个零件的尺寸满足拉伸要求，在整个装配和焊接后对所有零件进行了热校正。在随后的热浸镀锌过程中，工件的精度被强制校正，电压溶液再次改变工件的精度，即使工件在测试系统中合格，也会导致成品件在结构上的装配误差站点。装配技术是将整个工件的内在要求降到最低水平的一种装配技术，其核心是：将工件分成几个较大的零件，通过分步装配，尽可能提前焊接。在焊接过程中，根据零件的变形趋势发生自由变形。最后将焊接件组装焊接在一起，以减小整个结构的内应力和法兰等连接件在工件上的组装焊接。

1.分步装配工艺

对焊接质量要求高的零件，应优先进行装配、焊接和校正（该零件主要涉及主节、节段和其他端部），以保证相关周转不变形。为方便焊接工艺，保证每层的焊接质量和根部清理，焊接检查后的主管与连接管和连接板安装在一起，这类零件的焊缝不对称是主要因素，即工件的焊接总变形。为减少焊接后的变形，可在反向变形工艺试验后进行，即可增加一定角度以减少焊缝的变形，或在所有这些零件组装后进行焊接。此外，如果变形超过标准，则校正的热输入相对较低。在安装所有定位平面（主管平面、侧面和其他带孔的连接件）后，然后焊接零件，只会沿法兰轴线产生纵向变形，而不会形成交叉，再经镀锌加热后，变形的可能性大大降低。

2.钢结构焊接变形控制中分步装配工艺的应用

2.1.分步装配工艺

“分步装配工艺”是指将部件装配分为几个阶段，并确定每个步骤的工艺要求。由于大部分焊接变形是由焊缝的不对称性引起的，因此最直接的解决方法是，例如，为了分担整个工作、计算和优化构件的压力荷载以避免变形，必须进行失稳变形。焊接电流、电压、气体流量、焊接速度等焊接参数的检测。第一，清理焊层和检查层间温度控制。第二，控制焊接顺序;检查时，做好检查记录，并形成焊接检查记录。焊缝检测是焊接工艺中最重要的一环，它直接影响钢结构的成形。对此，质检机构应熟悉焊接工艺、规范及设计要求，选择合适的检验点.在进行钢结构焊件相接的时候需要按照缓坡的方法尽量改变截面具体的形状以及厚度，让对接连接处的截面或者是厚度能够相互等同，以达到传力顺畅均匀受力的目标。

2.2.分步装配工艺在钢结构焊接变形控制中具体应用

（1）明确构件的整体结构

分步装配过程的第一步是确定构件的整体结构，包括焊接后构件的基本模型、焊接接头的位置、材料厚度、钢材规格等、根据钢材规格，各种钢材在韧性和刚度上有一定的差别。韧性较好的钢材在较热的工作条件下更容易受到压力和外力的影响，导致变形、因此加工前需要人员进行加工，了解材料并选择合适的工艺，焊缝位置和材料厚度也会影响焊接变形，这也可以在焊接前了解。

（2）了解受力情况

焊缝的不对称性是大多数焊接变形的主要原因，它直接导致零件各部位的压差。分步装配过程是了解零件电压状态，合理分析零件压差的第二步。为了使构件处于一般状态，可以用有限元分析法来评定大型构件或精密构件的应力，也可以用目测法来评定小型构件或精度要求较低的构件。例如车顶附件变形小，不影响性能，可通过目视检查来评估可能发生焊接的位置，并可压实该点处的钢材，以应对变形问题。

（3）模拟分析

模拟分析是分步装配过程的最后一步，尤其是一些精细零件，常用的方法有有限元分析和模型分析。在计算机上采用了这两种方法的结合，具体工作是通过虚拟现实技术和有限元分析方法进行的，将有限元分析方法分为几个部分，每个部分根据电压状态进一步划分，然后对热工况，包括温度和压力负荷进行分析，更换后观察整个构件的状态，重点观察可能的变形位置和变形量要求采用加厚法对薄壁结构进行变形，直接进行处理。对于收缩变形，可增加长度和宽度，或采用对称焊接方法消除不对称焊缝的影响。

3.实例分析

以机车车体分步组装工艺为例，根据工件整体结构和焊缝质量要求，先确定组装，再焊接焊缝。先对底架进行固定，再进行组装侧墙，车顶，端墙，做好预制反变形，为了进一步减少结构的焊接变形，对机车车体内部进行支撑，确定好整体尺寸，焊接后，进行变形测量， 通过机械矫正，火焰加热，锤击调修，进行变形调整纠正。

其目的是保证对工件整体变形影响最大的主要零件的主焊缝优先焊接，在自由状态下焊接，使其自由变形，使焊接后成品的内应力最小化。过量的热输入不仅破坏了钢板基体的晶粒结构，而且增加了整个结构的内载荷，这种人为增加的内张力在热焊接过程中再次释放，导致工件的整体变形，很难知道工件接口之间的相对空间位置这些类型的位置变化只能在施工现场找到，这使得安装困难。组装车体和焊接，在装配矩阵中，首先装配所有连接面，然后再安装更多的小配件。所有零件装配后焊接。在随后的半成品施工试验和现场装配工序中，各连接部件连接良好，无间隙，尺寸得到保证。

4.结束语

在实際应用中，分步装配技术可以解决不同复杂结构的钢构件的装配问题，特别是由多个零件组成的异常复杂结构的装配问题。在分步装配过程中，每个部件可以根据工件的具体结构预先单独装配焊接，使部件能够自由变形，一次焊接可有效避免工件的不规则变形和内应力，分步装配技术的最大优点是将整体结构不规则的工件分解成可独立完成的零件。逐步将装配技术应用于结构复杂的各类钢构件的装配，可以在一定程度上减少整个结构件的焊接变形和内应力。

（中车大连机车车辆有限公司钢结构分厂，辽宁 大连 116000）