分步装配工艺在钢结构焊接变形控制中的应用

徐卫国 顾耀东

摘要：钢结构在现代生产建设中应用广泛，但使用过程中的焊接变形问题却一直影响着构件的质量以及使用价值。因此，本文以钢结构在焊接时发生变形的原因入手，通过对变形产生的种类进行阐述，进而就分步式装配工艺以及其在钢结构焊接变形中的有效应用进行探讨和分析，希望能够带给大家一些启发。

关键词：钢结构;焊接变形;分步装配工艺

引言

焊接时产生的变形一般是指在焊接时，由于被焊接的部件受到不均匀的温度影响而发生的一种尺寸上的变化。根据形变发生的时间可以划分为瞬时变形以及残余变形;根据形变发生时的方式可以划分成收缩变形以及扭曲变形。在现代生产建设过程中，因为对构件的整体要求越来越严格，构件在加工过程中一但出现变形，那么构件将失去价值，无法使用。因此，为了有效的提升构件在生产生活中的效用，通过引入分步装配工艺来有效控制钢结构在焊接过程中的变形是具有非常大的积极意义的。

一、钢结构焊接变形产生的原因

在焊接过程中，温度也是产生变形的主要要素之一。当焊接过程中的温度达到或超出金属所能够承载的熔点时，不同特性的金属会发生不同程度的膨胀，进而引发变形问题的产生。此外，在进行焊接时，由于焊接温度较高，导致在焊接的过程中让焊接部位周围的金属也产生了不同程度的膨胀，进而导致焊接变形的发生。其次，在焊接时，操作时的顺序也是引发变形产生的因素之一。在对部件不同位置进行焊接时，因为部件不同位置的承载力不同，首先对部件承载力较弱的部位进行焊接时，承载力比较大的部位因为受到重力等因素的影响就有可能导致部件发生扭曲，进而导致焊接变形问题的出现。另外，焊接时总焊缝位置的不同也会引发不同种类变形的出现。在部件的焊接过程中，部件本身的重力因素会对不同的金属构件产生一样的压力，因此在焊接时通过合理选择总焊缝的位置，不仅能够对部件焊接时引发的变形进行控制，同时也能够有效的提升焊接后部件的总体质量。最后，刚性因素也是产生变形的主要因素之一。当部件之间的承载力相同时，刚性越小的部件在加工时产生的变形就会比较大，而刚性越大的部件在加工时产生的变形就相对较小。因此，施工人员在工程的开展过程中一定要深入分析工程的具体需要，然后针对性的选择相应特点的钢结构进行力的承载。如，需要承载比较大的重力时就可以选择刚性较大的部件，而重力比较小时就可以采用刚性比较小的部件进行使用，从而有效的避免焊接时变形问题的产生[1]。

二、钢结构焊接变形的种类

（一）失稳变形

失稳变形是因为焊接时残余的应力影响到部件的薄壁结构，进而引发了局部失稳现象的出现。在焊接过程中，焊接时的温度会严重影响到钢材料的薄壁结构，當产生的压应力不均匀时就会导致构件的受力平衡被破坏，从而产生应力集中的现象，若压应力没有在外来因素的影响下消失，那么应力集中就会进一步的对材料的结构发生作用，进而引发失稳变形的出现。

（二）收缩变形

收缩变形是变形的一种，其一般分为横向收缩变形以及纵向收缩变形。横向变形一般是垂直于焊缝的，而纵向变形则普遍会沿着焊缝方向进行发展。影响收缩变形的因素有很多，例如：构件受到外力挤压、在焊接过程中因为焊接不专业、焊接时的顺序不对都有可能产生不同方向的收缩变形。在对收缩变形进行处理时，一般都会采用机械拉伸的方式，但这种传统的方式会较大的损坏构件的结构完整性，因而需要进行优化处理[2]。

（三）扭曲变形

焊件若装配质量不符合标准、焊接过程中焊件未平整放置、焊件本身凹凸不平等，这些因素都会导致部件焊接完毕后发生扭曲变形。在对H型钢进行焊接时，一般都会在专有的胎具中进行焊接作业，因此，引发扭曲变形主要还是因为纵向焊缝其横向在收缩时不均匀或者在焊接时，焊接顺序不合理而导致的。此外，部件的尺寸、截面形状等也是影响扭曲变形发生的主要因素之一。

（四）角变形

焊接时，角变形也是较为多见的变形，其一般会出现在堆焊、对接接头焊等焊接方法中。在堆焊的使用过程中，焊接的焊缝处以及焊缝的周围温度都会比焊缝的背面要高，因此材料在堆焊完毕后表面的金属会因为较高温度的影响而发生压缩塑性变形，在冷却后就会导致角变形的形成。此外，影响角变形大小的因素一般还有材料本身的厚度以及熔深的程度。在接头角变形中，引发变形的因素主要有坡口形式、角度以及焊接顺序等因素。此外，当坡口的角度越大时，需要添补的焊缝金属就越多，板厚横向的收缩越不均匀就越会导致角变形的增大。

三、分步装配工艺

分步式装配工艺是通过事先对部件整体结构进行深入分析，然后依据各部件之间的焊缝分布状况预先判断出部件整体的变形趋势，然后再根据相关的规范要求以及部件的结构形式来有效的进行步骤的划分。在进行装配时，应当对要求较高的部件优先进行装配、焊接以及校正，以保证其在焊接时能够在对应工装上进行翻转，同时还要保障各层之间的焊接质量。另外，在对检验合格的主管以及易发生变形的支管和各连接部件在进行装配时应当在专有模具上进行，这种类型的部件其焊接后形成的焊缝一般都不是对称布局的，而这也是引发部件焊接时产生变形的主要原因之一。为了有效的减少焊接后发生的变形，可以通过增加一定的角度来有效避免变形的产生。另外，对这种类型的部件应当在装配完成后在进行焊接作业，当焊接完毕以后还应当进行一定程度的校正，最后在通过模具焊接其他附件。使用分步式装配工艺在进行部件的安装时，可以让遭受变形影响的部件自由焊接，当部件出现变形情况时，可以通过适当的措施来有效的降低焊接后工件的内应力。即使在焊接完成后依旧会出现变形超过标准的情况，但校正时的热输入量却比往常要小的多。另外，在安装完毕所有的定位法兰后在进行零件的焊接，在变形上就会很难发生横向变形，而且当部件再次进行镀锌加热时，其引发的变形概率也会被大大降低[3]。

四、焊接变形中分步式装配工艺的有效应用

（一）对于构件的整体结构进行有效明确

在进行分配式装配工艺的开展时，其第一步通过都是对部件整体结构的有效明确，其中就包含着部件在焊接完毕后的基础模型、焊接完毕后焊接缝所处的位置以及材料厚度等相关方面的内容。例如，不同钢材之间的规格不同，其在延展性以及刚度上的就有较大的区别，当钢材受热，钢材延展性较好的钢材就比延展性较差的钢材更容易受到外力影响，进而引发变形。因此，在进行加工作业开展前，专业的相关人员一定要对材料进行深入分析，通过分析材料的各项特性然后采用合适的施工工艺进行加工，从而让加工后的材料质量完全符合施工时的使用要求。此外，焊接缝位置、材料本身厚度等也是造成焊接时产生变形的主要原因，因此在焊接工艺开展前也需要对其进行深入了解，以此来有效的保证焊接后的部件其质量能够充分满足工程的需要，进而为工程的顺利开展奠定坚实的基础。

后大梁下铰点装配，在铰点封板焊接、探伤结束后，才进行承轨梁定位，在承轨梁焊接后，划线修割铰点插板余量，进行下铰点装配，保证最终的铰点尺寸，同轴及角尺。

（二）明确部件受力情况

在焊接过程中，大部分焊接变形产生的主要原因还是因为焊接缝不对称，焊接缝不对称会直接导致部件不同部位之间的受力情况出现变化，从而在加工过程中引发部件的变形。因此，在开展分布式装配工艺时，第二步要进行的工作就是进行部件受力情况的分析。通过对构件不同部位之间的受力情况进行合理分析，从而采用科学的工艺并结合针对性的方式来进行构件的强化，进而使得构件在加工时能够有效减少变形的发生，从而提高构件的质量，满足工程的需要。在进行精密部件或者大型部件的受力分析时，可以通过采用有限元分析法来进行相关受力情况的判断，而对于精密度要求不太高的部件或者小型的一些部件进行受力分析时就可以采用目测的方式进行，如在对小型碳烤炉的排烟管进行受力分析时就可以采用目测的方式进行，小型碳烤炉的排烟管发生少量的变形也不会对装置的主要功能产生影响，因此目测以及结合以往的经验来有效判断可能出现形变的位置，进而对可能发生形变的位置进行处理，以此来有效的防止变形问题的产生。

（三）进行模拟分析

分配式装配工艺的最后一步是进行模拟分析，这一步通常所面对的对象主要是精密度要求较高的部件。在对这类部件进行检验分析时，采用的方法主要是有限元分析法以及模型分析法，在进行分析时通常是将两者进行结合，然后通过计算机技术来有效开展具体的工作。在使用有限元分析时，通常是将整个部件分成若干个小部分，然后再以具体的受力情况为依据将划分的小部分再进一步的进行细化，最后在引入热加工，进而有效的观察整个构件在热加工条件下整体的变化状况，在观察的过程中应当重点关注可能会发生变形的位置以及变形时产生的幅度。此外，在面对薄壁结构发生变形时，可以通过加厚的方式直接进行干预。对于产生的收缩变形，可以通过加长长度或者宽度的方式，亦或者采用对称的焊接方式，从而有效的消除因为焊接缝不对称而引发的一系列影响。

五、结束语

综上所述，通过在钢结构焊接中引入分布式装配工艺对于变形能够起到有效的控制作用。在钢结構焊接时，引起焊接变形的原因有许多，如温度、焊接顺序等;焊接过程中变形的种类也有很多，如失稳变形、收缩变形等。通过应用分布式装配工艺能够有效的改善焊接产生的变形问题，从而提高钢结构焊接质量，并对工程或者产品的高质量完成奠定坚实的基础。

参考文献

[1]邹平.钢结构焊接变形与控制对策探讨[J].冶金与材料，2020，40（3）：2.

[2]赵兴刚.钢结构制作中防止焊接变形的实践分析[J].科技创新与应用，2021，11（19）：3.

[3]纪浩然.分步装配工艺在钢结构焊接变形控制中的应用[J].内燃机与配件，2019（8）：2.