金属结构件组装及焊接的变形控制方法探究

罗宝宇，白爱东

（1.阿克地区沙雅中等职业技术学校；2.阿克苏地区库车中等职业技术学校，新疆 阿克苏 842000）

金属结构件通常包括箱型结构以及框架结构两种形式，在对金属结构件进行组装的过程中，首先需要通过焊接来将需要组装的结构件进行合理的定位，避免其在后续组装过程中金属结构件发生不必要的偏移，从而有效提升金属结构件的组装速度以及组装质量。但是，在实际的焊接组装过程中，金属结构件的焊缝周围常常会出现焊接应力，焊接应力的存在极易导致金属构件在焊接过程中发生变形，从而对金属结构件整体的质量造成严重的影响，继而对相关产品后续的加工增加极大的负担，而且也容易增加很多不必要的成本支出。基于此，在金属结构件焊接过程中进行有效的焊接变形控制，是保证金属结构件以及相关产品整体质量的关键。

1 金属结构件组装

金属结构件在实际的组装过程中主要需要经过三项流程，即下料、弯折以及组装，其中下料作为组装过程中的第一个环节，对整个结构件组装流程的顺利进行以及产品整体质量的保证有着重要的影响。在下料过程中，由于大部分金属结构件的形状通常比较复杂，而且相关部件的尺寸会相对较大，为了有效保证金属结构件的质量，需要对下料的尺寸进行严格的把控，确保下料环节中金属原料的长度、宽度以及厚度等尺寸与图纸中的要求一致。其次，由于金属结构件的盖板尺寸通常比较大，因此在组装过程中需要将盖板两端进行一定程度的弯折处理，在弯折过程中，必须保证弯折两端的盖板长度保持一致，目前常用的弯折手段有火焰弯折以及油压弯折。在合理的下料以及标准的弯折流程结束后，最后便是金属结构件的组装，组装过程中，相关操作人员必须严格按照图纸进行组装，同时通过合适的平台对需要组装的金属结构件进行支撑，在将金属结构件两边的侧板进行切割后，需要对其进行一定的打磨，从而防止侧板上的金属毛刺影响后续的焊接效果。

2 金属结构件焊接应力以及焊接变形产生的原因

2.1 金属结构件焊接应力产生的原因

金属结构件在焊接过程中，焊接点处的温度会非常高，而焊接点以外的区域相对焊接点处而言温度较低，故形成了一定的温度差。温度差的存在使得金属结构件的体积发生变化，从而导致金属结构件发生一定程度的变形。

金属结构件的焊接应力根据其作用方向通常分为横向应力、纵向应力以及与结构件厚度有关的焊接应力，其中横向应力是与焊缝轴呈垂直关系的一种应力，而纵向应力则是与焊缝轴呈平行关系。之所以产生不同方向的焊接应力，主要是因为焊接过程产生的局部高温导致金属原料受热不均。不同温度下，靠近焊接点处的金属原料主要受热应力的影响，而距离焊接点较远的金属原料则主要受压应力的影响。

2.2 金属结构件焊接变形产生的原因

由于受到不同方向焊接应力的影响，金属结构件往往会发生变形，金属结构件的焊接变形主要分为局部变形以及整体变形，局部变形通常是指金属结构件的局部发生变形，在焊接过程中可以对其进行有效的恢复。而整体变形下的金属结构件的形状尺寸皆发生了一定程度的改变，其通常是由于不同方向焊接应力作用下导致的结构件收缩，变形后不能恢复原状，因此，在实际焊接过程中，应该最大限度地避免整体变形的发生。

导致金属结构件焊接变形的原因主要有两方面：一方面是因为焊接过程中金属结构件不均匀的局部加热，由于焊接过程中焊接点处的温度远高于其他区域，温度差的存在使得金属结构件出现不同程度的热膨胀，从而导致焊接变形的发生。另一方面是由于在焊接完成时，金属结构件往往需要进行冷却，但是在冷却过程中，由于焊接应力的存在，使得金属结构件再次发生一定程度的收缩。除了这两个方面外，金属结构件的焊接工艺、焊接顺序以及焊接坡口的角度等因素皆会对焊接变形的发生产生一定的影响。

3 减少焊接应力以及避免焊接变形的措施

3.1 设计合理的装配顺序和焊接顺序

不同的装配顺序以及焊接顺序会对金属结构件的焊接结果产生不同的影响，为了避免焊接变形的发生，应该根据金属结构件的特点选择合理的装配顺序以及焊接顺序。通常情况下，在对金属结构件的装配顺序以及焊接顺序进行设计时，应该遵循以下三条原则：首先，应该将收缩量较大的焊缝排在焊接的首位，保证其整体应力最小；其次，焊接过程中应该对称施焊，对称施焊不仅能够实现焊接过程中的受热均匀，而且可以使焊缝间的应力相互作用抵消，从而避免金属结构件的变形发生；最后，在退焊过程中采用分段退焊的方式，同样为了保证金属结构件的受热均匀。

3.2 选择正确的焊接方向

焊接过程中，通常较长的金属结构件往往会产生相对较大的拉应力，因此如果对较长的结构件采用直通焊接方法的话，极易导致金属结构件产生非常严重的变形，这是因为焊接过程中除了热量分布不均外，在焊接完成金属结构件进行冷却的过程中，其受到的约束程度并不相同。基于此，在焊接过程中，要确保结构件焊缝的横向与纵向在焊接时能够自由收缩。除此之外，在对有交叉焊缝接头的金属结构件进行焊接时，应该对收缩量较大的结构件焊缝进行焊接。根据金属结构件的结构特点以及焊缝特点选择正确的焊接方向是有效降低温度差影响的重要方法，能够有效降低金属结构件焊接过程中发生的变形。

3.3 尽量缩减焊缝的尺寸以及数量

除了装配顺序、焊接顺序以及焊接方向外，焊缝的尺寸以及数量同样也是容易引起焊接变形的关键因素，因为焊接数量越少，金属结构件所接收的焊接热量越少，变形量也就越小。基于此，应该最大限度缩减焊缝的尺寸以及数量。具体操作过程中，首先，应该尽量保证焊缝之间的合理距离，避免各个焊缝的距离过度集中；其次，对于焊接的整体位置布局进行合理的设计，在保证焊接质量的同时对焊缝的尺寸以及数量进行控制；最后，对于结构尺寸相对比较小的金属结构件，在焊接完成后，应该将其进行加热，保证其受热均匀，同时在冷却过程中应该缓慢冷却，避免金属结构件存在大的温度反差，从而对金属结构件的焊接变形进行控制。

3.4 预变形措施以及防变形工装的采用

根据金属结构件的结构特点，可以对其焊接变形的方向进行判断，从而在焊接过程中通过相关工装或者措施的采用来实现针对焊接变形的反变形，继而在一定程度上对可能产生的焊接变形进行抵消。对于一些材质特点以及构造相对特殊的金属结构件而言，在焊接过程中可以对其增加相适应的防变形工装，在防变形工装的固定压板的约束下，最大限度实现对焊接变形的有效控制。

4 结语

金属结构件组装过程中，往往需要通过焊接技术对其进行定位，但是焊接过程中，金属结构件通常会因为焊接应力的产生而发生变形，从而影响金属结构件以及相关产品的整体质量。为了有效保证组装的质量，在本文中，我们对金属结构件产生焊接应力以及焊接变形的具体原因进行了简单的叙述分析，同时针对这些原因提出了一些措施，以期能够对金属结构件组装以及焊接的变形进行有效的控制，从而有效保证金属结构件以及相关产品的整体质量。