金属结构焊接变形控制与矫正途径探讨

2019-01-16庚柏涛

中国设备工程 2019年16期

庚柏涛

（大庆石油管理局有限公司装备制造分公司,黑龙江大庆 163000）

金属结构件，就是用金属为原材料制作成的可组合的标准工件，使用它可以用简便的安装方法，完成对工件的装配工作。在生产金属结构件时，通常采用焊接技术对零部件进行固定，然后在进行生产加工，但在焊接过程中，往往会因为许多因素导致焊接变形，对生产造成一定的影响。为此，金属结构焊接变形的控制和矫正途径就显得十分重要。

1 常见的焊接变形的类型

（1）金属结构的横向变形和纵向变形。金属结构的横向变形和纵向变形可以统称为收缩变形。横向变形的原因主要是由于金属构件在加热过程中，受热的地方不同，受热程度不同，然后金属构件在后期的冷却过程中也会有所不同，因此导致了金属结构的横向变形；纵向变形的原因主要是金属构件在冷却时，金属板由于受热程度较大造成的压缩度较大，同理，冷却对的收缩度也较大，所以就导致了金属结构的纵向变形。

（2）金属结构的角变形和弯曲变形。角变形发生的部位主要是在焊接的接头、对接的接头以及接头焊缝中。是由于金属构件的金属板比较厚，而后的金属板并不能达到均匀受热的状态，会出现一边热一边凉的情况，局部受热的金属板受热的一方温度高，没有受热的金属板一方温度较低，因此导致了金属构件收缩不能完全一致，从而使得角度发生改变，造成了金属构件的角变形；另外，弯曲变形也是金属构件在焊接过程中比较常见的变形类型，这类变形给金属构件带来的影响非常大，弯曲变形的原因是金属构件在冷却时出现了收缩，使得金属构件的横向和纵向收缩均受损，所以发生了弯曲变形，给金属构件的焊接造成了很大的困扰。

（3）金属结构的扭曲变形和波浪变形。由于纵向焊接分布极不均匀，焊接顺序乱等因素的影响，使得金属结构出现了扭曲变形，扭曲变形是焊接变形中一种很复杂的现象，不容易形成，但一旦形成也很难进行矫正；波浪变形是焊接过程中加热的残余热力所导致的，主要出现在比较薄的金属板上，薄的金属板受热和冷却速度快使得金属构件内部结构发生了相应的变化，金属板自身无法承受因此造成了波浪变形。

2 金属结构焊接变形的影响因素

焊接变形可以分为整体变形和局部变形两部分，整体变形是全部金属板发生变形，变形的原因是焊接时受热区域的不同引起的。在金属构件焊接过程中，一般不会出现整体变形，否则会很难矫正；局部变形是金属板某部分区域发生变形，局部变形是比较容易矫正的。金属结构焊接变形的影响因素如下。

（1）焊接时焊缝接触面积的影响。焊缝接触面积的大小要在预期的范围内，如果焊缝接触面积过大，则会导致受热不均，同时冷却的收缩性能变差，容易发生金属板变形。

（2）焊接时热输入的影响。通常情况下，热输入较大，受热的区域和范围也就越大，因此冷却的速度就会变慢，接头的可塑性就会变差，不管是横向变形、纵向变形、角变形还是波浪变形都会受到影响。

（3）金属构件的预热、层间温度的影响。当预热和层间温度过高时，热输入就会增大，进而冷却速度变慢，金属板就会发生变形。

（4）焊接方法的影响。在金属结构焊接过程中，焊接方法的不同会导致焊接变形程度不同，比如使用手工电焊，往往因为人为误差导致金属板发生变形。

（5）焊缝位置的影响。在焊接中，如果焊缝位置在金属板的内部结构中不对称，就会引起各种变形。

（6）结构形状的影响。结构形状的不同，即结构刚性的不同，对于刚性大的构件，焊接后变形程度较小，而刚性小的构件，焊接后变形程度较大。

（7）焊接规范的影响。各种金属构件都有其特定的装配方式，不同的装配方式会影响结构的变形。

3 金属结构焊件变形的控制方法

（1）焊接节点的合理性。就金属构件的焊接而言，焊接节点的设计是十分重要的，科学合理的焊接节点可以使整个焊接流程顺利进行。为此，在焊接前相关技术人员应该绘制出图纸，操作人员根据图纸进行焊接，图纸的设计一定要重视焊接节点的安排，从而保证整个焊接过程的进行。因此，按照当今的金属结构焊接来说，焊件中的焊缝数量和大小不可以过大或者过多，只有这样才能够有效保证焊接变形。另外，焊接节点的承受力一定要符合预定的目标，不可过大，减少焊接接头与焊缝之间的接触，从而有效地减少因焊接节点的不合理而发生的焊接变形。

（2）焊接顺序的有序性。在金属结构焊接时，发生焊接变形的主要原因之一是由于焊接顺序的错乱，这是因为焊接顺序很大程度上影响了焊接变形的程度，这就需要在焊接时相关操作人员具备丰富的经验，凭借经验来选择焊接顺序，在金属结构焊接时有序的焊接顺序可以矫正和控制焊接变形。当然，不同的金属结构焊接变形的影响因素也存在着很大的不同，焊件的焊缝不同则需要不同的焊接方式，例如T型金属结构，在其焊接过程中需要采用尖端焊接的方式，然后在整个焊接过程中横向焊接，再进行纵向焊接，采用这样顺序的焊接顺序就可以有效地保证焊接的正常进行。

（3）焊接方法的有效性。合理有效的焊接方法可以使整个焊接过程事半功倍，选择一个好的焊接方法可以确保焊接过程中不易发生变形。近年来，我国金属结构焊接方法已经趋于成熟，焊接方法也很多，要想让这些焊接方法充分发挥出最大的效益，还要针对不同的金属结构进行选择。

（4）焊接人员的专业素养。对于金属焊接来说，焊接人员的专业程度是至关重要的，在焊接过程当中，如果焊接人员有所懈怠，将会导致整个焊接过程功亏一篑，如果焊接人员操作不到位，出现任何问题，将会影响整个金属焊接。为此，必须提高焊接人员的专业技能和承担意识，必要时，要对焊接人员进行监督，严格要求焊接人员，设立奖惩制度，促进焊接人员的积极性。

4 矫正金属结构焊接变形的有效措施

（1）对金属结构焊接变形进行外力矫正。在对金属焊接变形进行矫正时，可以利用外部作用力对其进行矫正。详细来说，就是通过对金属结构发生变形部位施加物理外力的方式，使其金属结构进行舒展，从而使变形的部位恢复到变形之前的状态，从而实现对金属结构焊接变形的矫正。通常情况下，对于比较小的金属构件，可以利用锤子等工具对变形处进行敲打，从而使焊缝实现延展，从而矫正金属结构；而大型的金属构件，由于其重量、体积都比较大，所以一般都会使用吨位比较大的压力机对其进行矫正。但值得注意的是，外力矫正的方式虽然较为简单，但是其容易造成金属疲劳，影响金属的强度，所以外力矫正的方式只能局限于延展性、塑性比较高的金属材料上。

（2）对金属结构焊接变形进行加热矫正。除了外力矫正的方式以外，还可以通过二次加热的方式对金属结构焊接变形进行矫正。金属结构之所以会出现焊接变形，其主要原因就是在焊接期间，金属结构受热不均匀造成的。因此，可以通过对金属结构的二次加热，提升变形部位的可塑性，从而实现对焊接部位的矫正。但是，在通过二次加热的方式对金属结构焊接变形进行矫正时，要根据金属结构的型变量对温度进行调节和把控，因为同一种金属在不同的温度下，会产生不同的形态变化，如果对温度的把控做都不够到位，那么金属结构在二次加热后就会变都更脆，容易出现断裂现象。