工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法

张士营

摘 要：本文以工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法为题展开了相关研究，首先简要介绍了收缩、弯曲、扭曲等主要焊接变形情况，而后就针对造成焊接变形的原因展开了深入的探究工作，结合本次研究，最终提出了对焊接变形进行有效控制的一些具体方法，其中主要就包括了优化焊接工艺、工装模具法、反变形法等几种方法。

关键词：工程机械；大型结构件；焊接变形；原因；控制方法

由于工程机械大型结构件的体积与重量均相对较大，其中的板材焊接件结构同样也十分复杂，其内部当中存在着大量的焊接点，极易造成收缩、弯曲、扭曲等变形情况的发生。若不能不是台车架焊接变形量被控制到一定的范围程度当中，便会导致焊后台车架端面、销轴孔等会由于没有多出的余量而难以加工，严重者便会造成产品报废。下文将就焊接变形的类型与原因展开具体的分析、探讨，并据此提出了一些针对性的控制变形方法。

1 焊接变形的类型

1.1 收缩变形

这一种焊接变形情况大多出现在对简单结构零部件采取焊接措施之后，其焊缝会通过液态转变成为固态并逐渐冷却的这一过程当中。在这一时期，因为焊接缝体积越来越小，焊接件的应力效应也逐渐增大，由此便会导致焊接件外部尺寸间逐渐缩小。

1.2 弯曲变形

此种焊接变形情况大多出现在多条焊缝内应力以及收缩变形作用之下所产生的后果，通常会发生在焊接件外部细长同时横截面的上部与下部尺寸差别偏大，或者是焊接缝的分布不均匀，甚至是焊接部件顺序不适宜等情况。例如推土机的架箱形梁、台车架箱形梁等部位的焊接，通常所发生的变形即为弯曲变形。

1.3 扭曲变形

这一类变形情况大多会出现在框架式的大型结构件焊接当中，其最为明显的一个特点便是扭曲形变位置与方向均无法做到合理的对称、板件尺寸不合格、焊缝布设没有科学的规律性，进而 焊缝当中的应力方向出现偏差，力的大小也不匀称，进而极易造成焊接件发生扭曲变形情况。例如在推土机机架焊接之后所发生的变形情况通常便是扭曲变形。

2 焊接变形的原因

2.1 设计结构不合理

在对结构件进行焊接之时发生了不均匀的膨胀乃至于在焊缝冷却的过程当中表现出了不均匀的收缩情况，无论是哪种情况的出现均会导致焊接件发生极度复杂的焊接应力状况。影响焊接应力的因素十分多样化，其中可能是焊缝结构、数量乃至于截面的样式，也有可能是焊缝所在的位置等。焊缝结构的愈发复杂，相伴而生的便是结构件在焊接过程当中所产生的应力与方向便更加难以掌控。

2.2 焊接工艺不合理

对于焊接工艺的选取是在大型结构件焊接之时的重要重、难点问题，其不但会对产品生产效率产生重大影响，更为关键的是还会直接使得产品质量受损。在焊接工艺之中多个方面的因素均会对焊接变形产生出极其关键的影响，例如对焊接设备的选取、参数的选定、顺序的判别等等。应用以科学化的焊接工艺，不但需要焊接人员具备丰富的理论之时，同时还要有着扎实的焊接经验。

3 控制焊接变形的方法

3.1 优化焊接工艺

此种对焊接变形进行控制的方法是在降低焊接应力以及控制焊接变形方面所最为常用的一种方法，对于焊接变形的有效控制意義重大。在对大型结构件进行焊接之时，必须要重视工艺设计与焊接参数的选择，其中重点就涵括以下几方面内容：尽可能选用热量输出相对较小的焊接方式，例如CO2气体保护焊接方式，同时还可采取逐段焊接作业的方式；采取科学的焊接順序，尽可能由里至外、由中部向四周、由短至长来进行焊接，最大程度的确保焊接工件可均匀升温；完全不同的材质在进行焊接之时，可在焊接之前对其进行预热处理，而在焊接完成之后则可采取回火的方式来减小焊接应力.

3.2 工装模具法

在对大型结构件进行焊接之时工装模具是其中所必不可少的一部分内容。选用工装模具不但可以极大的促进生产效率的提升，降低人工劳动强度，更加关键的是还可对焊接变形进行精确控制。在具体的焊接作业中，所能够采用的工装模具主要包括以下两类：

（1）组队工装

此种工装模具大多是应用在焊接以前对各零部件在原有工件中的位置进行固定，主要采取的是电焊方式从而促使工件产生出一个较为稳固的框架结构。为了能够更为确切的明确工件位置，保障工件精度，在生产中可应用组队工装来实施工件焊接。

（2）焊接变位机

一般在大型结构件外观尺寸与自身重量均相对偏大，在焊接之时进行位置的调整难度极大。为了提升焊接质量与效率，可采用变位机焊接方式。其可依据实际需求对工件空间位置进行调整。利用对工件焊接缝位置的调整，可促使焊接缝处在最为适宜的状态下，有效保障焊缝质量与工艺要求。

3.3 反变形法

在寒风冷却时会发生收缩反应，由此便会导致焊接工件外部尺寸缩小。为了避免在工件焊接之后出现收缩变形情况，可在焊接时采用反变形法。此种焊接方式的原理即为在工件之上预先将有可能出现的变形量考虑进去，进而促使变形量和焊接之后所产生的变形方向相反同时在形制与外部尺寸上基本上保持一致。例如，在某推土机后桥箱焊接中增加左、右两侧法兰面，其外挡尺寸为（1380±2）mm。而经测试在焊接后其尺寸为1373～1376mm，收缩量4～7mm。为保障焊接后尺寸收缩尺寸不发生较大改变，便采用了反变形法，将其左、右两侧法兰面外挡尺寸控制在了1385mm，再焊接冷却后，尺寸未发生较大改变。

4 结语

在工程机械大型结构件的生产过程当中由于其成本较高，因此就必须要做好对大型结构件的焊接变形控制，只有如此方可确保产品达到较高的质量水平，最大程度的降低废品生产。在本次研究中重点就介绍了优化焊接工艺、工装模具法、反变形法等几种焊接变形的控制方法，有效的确保了对各类大型机械工程结构件的焊接变形控制。

参考文献

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[2]赵忠刚，刘明，王圣明，等.大型结构件焊接变形的分析与新式控制措施[J].工业设计，2012，（3）：128.

[3]马淑芹.浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施[J].今日科苑，2010，（18）：130.

（作者单位：徐州世通重工机械制造有限责任公司）