1、结构焊接变形的预处理【摘要】本文以钢结构制造过程中的焊接变形问题为研究对象，首先简要分析了钢结构制造过程中产生焊接变形的主要机理，进而通过结合实际案例的方式，详细研究了桁架结构焊接变形的有效控制方法，希望能够为后续相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。 【关键词】钢结构；焊接变形；机理；控制方法；分析 中图分类号：TU391 文献标识码： A 产生焊接变形的最主要原因在于：钢结构在焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。焊缝金属冷却时，当它由液态转为固态时，其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩，这
2、将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起残余应力。在当前技术条件支持下，焊接变形是各类钢结构制造过程中最为普遍的问题。为尽可能的保障钢结构产品的制造质量，就需要针对钢结构制造过程中的焊接变形问题进行严格且有效的控制。本文试针对以上相关问题做详细分析与说明。 1 钢结构制造中焊接变形的产生机理 在当前技术条件支持下，钢结构在应用过程中有着施工方便、质量轻、高强度、以及高塑性等多个方面的应用优势，因此被广泛应用于各类建筑、设备、海洋工程等施工作业当中。而在钢结构的制造过程当中，焊接的过程直观来说就是一个持续性高温加热的过程，在熔点位置极限高热温度的影响作用之下，导致熔点周边金属无法实现自由行的膨胀，
3、最终于焊接过程中产生塑性变形。同时在焊缝及其热影响区都存在较大的残余应力，残余应力的存在会导致焊接构件的变形。为最大限度的保障钢结构制造质量，就需要相关人员针对焊接变形加以严格且有效的控制。 2 钢结构制造中焊接变形的控制方法 对于钢结构，特别是设备类结构而言，焊接作业中的变形问题是不可避免的。特别是对于规模相对较大、结构相对复杂的结构制造作业而言，若无法在实际工作中对焊接变形问题进行严格且有效的控制，则势必会对整个钢结构制造工程的质量、工期、成本等因素产生极为不良的影响，最重要的是针对设备类结构在安装时肯定出现错位、合不拢等严重问题。因此，如何在钢结构制造中，针对焊接变形加以严格且有效的控制
4、，这一问题就显得至关重要的。结合实践工作经验来看，需要结合工程实际，选取并设计最合理的焊接方法以及焊接顺序，同时需要通过增加约束力水平的方式，来实现对焊接变形的有效控制，且配合对焊接坡口的有效控制，确保焊接质量稳定可靠。具体而言，可归纳为以下几点： 2.1 选用合理的焊接方法以及焊接顺序 本文现结合工程实例，研究焊接方法以及焊接顺序的合理性，对设备结构焊接变形控制质量的影响情况。例：露天开矿设备排土机设备中的底座，由于底座结构复杂，且以中厚板应用较多，同时结构中存在很多的预留轴孔，这样就对焊接的质量要求很高，一旦出现变形便会影响轴的装配，更直接影响到底座在整个设备结构中的安装。因此需要对变形进
5、行有效的控制，已达到对生产的质量要求。针对此底座可以利用合理的装配顺序及焊接工艺来满足生产要求。 因在底座构件上有数量较多又互相隔开的焊缝，实际生产中可以采取“跳焊”作业方式，使构件上的热量分布趋于均匀，尽量避免工件呈现出局部性的加热集中问题，能减少焊接变形。同时，焊接过程中还需要遵循以下几个方面的基本原则：（1）短缝先于长缝进行焊接；（2）内侧缝先于外侧缝进行焊接，以中心为主以涡轮形式向四周进行扩散焊接；（3）对接缝先于角缝进行焊接；（4）拉应力区缝先于剪应力区缝、以及压应力区缝进行焊接；（5）纵向焊缝先于横向焊缝；（6）尽量减少或是避免封闭焊。借助于上述方式，确保焊接焊缝所引发的变形作用力
6、能够相互收缩与抵消，防止变形问题演变成为整体性的变形问题。 2.2 适当利用刚性固定来控制焊接变形 所谓刚性固定法即在焊前对焊件采用外加刚性约束，强制焊件在焊接时不能自由变形，来防止焊接残余变形的方法。以露天开矿设备排土机设备中上部的塔门焊接为例，塔门生产焊接分为单片组焊、箱体组对及塔门结构拼装阻焊。 塔门是以厚度为中板组对而成的箱体，在生产焊接时先组焊单片，把需要组焊的单片摆放在刚性平台上，板面中间以压铁压住，周边封胎，再焊接，等焊缝冷却之后，再磨掉固定焊缝，移除压铁，这样可避免在组对单片时产生波浪变形。 在组对塔门箱体时一般都是利用地面胎架，以箱体一面为基准将其固定在胎架上，进行封胎组对，
7、这样在进行箱体组装焊接时，胎架起到刚性固定作用，进行强制变形的产生。组对箱体两侧板时，用临时支撑增加结构件的约束，在容易发生变形的部位焊上一些临时支撑或拉杆，增加局部的刚度，能有效的减少焊接变形。 最后塔门与回转底座进行拼装焊接时，利用刚性固定尤其重要，因此结构体系最为突出的特点体现在：构件重大、节点复杂程度高、焊接变形控制难度较大等特点。结合该设备结构焊接的实际情况来看，最有效的焊接变形控制方式应当通过适当增加水平约束力的方式予以实现。为实现对此设备结构焊接变形的良好控制，就需要在塔门与底座对接焊接之前，将塔门吊装就位，并与底座之连接。通过此种方式，形成局部性的稳定结构。拼装采用的是立装，由
8、于高度较高，整个结构体两侧也相应增加刚性约束 ，这样使得整个拼装结构件在拼装焊接时的变形得到有效控制。 2.3 对焊接坡口的有效控制 实践研究结果证实：通过对结构焊接坡口的良好控制，同样能够达到降低焊接变形的重要目的。主要根据生产实际情况：根据结构形式设置合理的坡口形式；根据板厚程度设置合理的坡口形式等。 以拼接性焊缝为例，大型容器类或是筒体轴向一般会采用对接，拼装若采用立式时，对接坡口可以开在上端，下端不开坡口，这样形成单V 型坡口焊，便于实施横焊。这就是典型的根据结构形式来设置坡口，达到对焊接的良好控制。特别是对于厚度较厚板材拼接性焊缝的变形控制而言，为了最大限度的防止结构在焊接后期产生突
9、出的变形问题，就需要将焊接破口设置为非对称性的坡口。具体的操作方式应当为：首先将焊接坡口较深一侧的 2/3 区域翻转至正面，背面加固定马板，并采用多层多道的方式进行焊接。在焊接完成之后再将剩余的 1/3 区域翻转过来进行气刨清根焊接。在两次翻转焊接作用下完成对整体拼缝的焊接处理。结合实践经验来看，通过对焊接坡口的合理设置，可最大限度的降低拼接缝焊接过程中的翻转次数，在提高生产效率的同时，实现对焊接变形的良好控制。 2.4 根据生产经验采用合理的工艺方式 实际生产中装配方法的利用:(1) 将所有能预组装的要提前进行预组装后焊接妥，以小组件的形式进行大组装，这样可减少主体的焊接量，从而减少或控制主
10、体的应力和变形;(2)留余量法：此法即是在下料时，将零件的长度或宽度尺寸比设计尺寸适当加大，以补偿焊件的收缩。余量的多少可根据公式并结合生产经验来确定。留余量法主要是用于防止焊件的收缩变形。 （3）利用反变形法来控制焊接残余变形为了抵消焊接残余变形，焊前先将焊件向与焊接残余变形相反的方向进行人为的变形，这种方法称为反变形法。反变形法很适合对接焊产生的角变形。 3 结束语 通过本文以上分析需要认识到：设备类结构作为现代制造行业中最为常见的钢结构形式之一，在焊接作业过程当中潜在变形问题的可能性。因此，需要结合设备钢结构工程建设情况，对所产生的焊接变形加以严格且有效的控制。总而言之，本文针对有关钢结构制造过程中焊接变形及其控制过程中所涉及到的相关问题做出了简要分析与说明，希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。 参考文献： 1汪建华，陆皓，魏良武等.固有应变有限元法预测焊接变形理论及其应用J.焊接学报，2002（6）. 2刘强，陈志坚，范名琦等.高温屈服极限对高强钢焊接变形及残余应力影响的仿真研究J.电焊机，2012（8）.
