金属结构件组装及焊接变形控制讨论

陈 涛

（维升特建筑系统（苏州）有限公司，江苏 苏州 215400）

金属结构件以钢制材料最为常见，金属结构件主要包括框架式和箱形式两种形式，使用频率较高。正因如此，金属结构件也极易出现质量问题。轻则，重新组装焊接，重则，直接报废，造成人力、物力、财力以及人员伤亡的损失。在金属结构组装以及在焊接过程中极容易出现变形情况，需要技术人员进行专业的操作及灵活地运用，从而解决上述问题。

1 金属结构件的组装

金属结构件的种类很多，在建筑工程中，主要包括钢柱、钢屋架、钢支撑以及其它金属构件等。金属结构件的组装属于技术性问题。在组装过程中，时常会出现一些细节性错误，需要及时处理组装过程中的细节问题。

1.1 注意数字、范围词等精确度

金属结构件在组装过程中，若出现组装偏差会对组装结果造成一定影响，严重情况下会造成巨大损失。组装时的宽度、高度尺寸超过偏差范围会对组装结果造成极大的影响。例如，组装宽度超出规定范围，从而造成组装尺寸误差偏大，影响最终的组装效果。

1.2 技术人员的组装技能和精神品质

参与金属构件组装的技术人员必须要具备一定的知识储备和操作技巧，熟知每一部分结构的准确作用以及明确的安装方法。严格遵守相关要求进行金属结构件的组装[1]。与此同时，要求参与金属构件的组装人员具有大胆创新的精神，敢于在不损失组装成果的基础上根据自己的专业知识技能进行思维突破，通过多种组装方式达到相同的结果，甚至超越常规结果。以效果好、耗时少、利益高为最终目的。

1.3 选择合适的支撑物

通常情况下，选择平台进行金属结构件的组装，能有效避免组装时金属结构件发生倾斜、组装不匹配等不良现象。在一个干净平整的环境下进行操作，能够防止零件不会被其他物件干扰，同时也节省了时间。

1.4 选择合适的组装方法

金属结构件的组装方法多种多样，例如：地样法、胎膜装配法、卧装、立装、仿形复刻装配法等。选择合适的组装方法能够加速金属结构件组装的进程，节省时间进行后面的操作。

对于框架较少的结构件进行组装时，一般选择地样法，按照1：1的比例在将要进行组装的装置平台上放置构件实物样，继而根据零件在实物样上的位置再进行组装。但对于需要制造大批量、高精度的金属结构件，则要采用胎膜装配法进行组装。其过程也并不复杂，只需将金属结构件的零件用胎膜固定在需装配的位置，再进行后面的组装。当金属结构件的断面不大，并且其具有细长的明显特征时，应对金属结构件采用卧装的组装方法进行装配。和卧装对应的是立装。适合立装的金属结构件大多是高度低或者直径大的圆筒，根据金属结构件的特点、零件的重心及其稳定的位置，选择从上到下或者从下往上的方式进行组装。但当出现横断面相互对称的复杂结构时，应该先用地样法组装成单面的结构，同时找准定位点进行点焊，接着将其翻身作为复制胎膜，在复制胎膜上面装置另一个单面的结构，此过程较为复杂，并且需要反复进行两次。

2 金属结构件的焊接变形

金属结构件焊接时，焊接热源对金属结构件的不均匀加热引起的结构、形状、尺寸的改变，称为金属结构件的焊接变形[2]。焊接变形也是金属结构件焊接过程中最难以避免的损坏性结果之一，它将会影响到金属结构件焊接尺寸的精密度以及焊接接头一端的强度。损害性较轻的金属结构件的焊接变形需要消耗不少的人力、物力、财力才能修复，而损害性较强的焊接变形会直接导致金属结构件报废，甚至还会造成人员的伤亡，后果将难以弥补或无法弥补。

2.1 金属结构件焊接变形的原因

金属结构件焊接时容易出现变形现象，其产生的主要原因有：受热变形、受冷变形以及互相关联的构件不能组装成一起，从而导致焊接变形等。

2.2 金属结构件焊接变形的类型

由于金属结构件在焊接过程中会受温度、放置平整度等不同因素的影响，从而导致金属结构件出现不同程度的变形。例如：局部变形和角变形、结构件侧弯变形、结构件扭曲变形等。这些变形情况的出现都会给金属结构件的焊接效果带来一定影响。

2.3 如何预防金属结构件焊接变形

（1）预防焊接过程中金属结构件的局部变形和角变形。首先，在设计金属结构件时，尽量保证各金属结构件的各个部分刚度和焊接缝隙分布均匀，设计的焊接缝隙尽量对称，并且减少交叉和紧密的焊接缝隙出现。其次，焊接顺序非常重要。例如，焊接较长的焊缝时，应该采用分段的方式进行间断焊接法。从金属结构件的中间向两边进行，焊接时应注意对称分散布置，从而避免热量集中造成的金属结构件受热变形。另外，焊接方法的选择对控制金属结构件焊接是否变形起着决定性作用。当金属结构件尺寸较大，焊接缝隙较多的时候，要采用分段、分层或者间断的方法进行焊接，对于部分焊接后容易产生角形变的零部件，应在整体焊接前进行个别变形处理，避免对整体焊接造成影响。

（2）预防金属结构件焊接过程中的侧弯变形。尽量在金属结构件焊接的过程中选择将其放置在平坦的钢平台，另外，金属结构件的放置、运输、起吊都应该保持受力一致，避免其出现不平衡的力造成金属结构件侧弯变形。其次，金属结构件焊接平面的一端最好不要出现锐角情况，从而避免焊接区热量集中，不能增加焊接强度，反而会进一步造成侧弯变形的幅度增加。

（3）预防金属结构件焊接过程中的扭曲变形。在金属结构件组装过程中，如果出现金属结构件拼接不严密、拼接后缝隙不均匀或者组装金属结构件的顺序与焊接顺序不一致等，也会造成金属结构件在焊接过程中出现扭曲变形现象。在组装过程中细心操作每一个步骤就显得极为重要。在金属结构件焊接的过程中，焊接位置要垫平、准确选择焊接的支点位置，可以在组装正确的基础上有效避免金属结构件焊接过程中造成的扭曲变形。

2.4 金属结构件焊接变形的补救

虽然提前预防能极大地减少金属结构件在焊接过程中的变形，但是难以避免会受到时间、物件大小、复杂程度等因素的影响，仍然会产生形变。因此，需在发生焊接变形时进行补救。其中，最常见的补救方法是机械矫正法。

机械矫正法是指在室温环境下，对焊接的物件施加一定的外力，使结构件压缩，造成塑性变形区的金属伸展性减小，或者消除金属结构件在焊接缝隙区域发生的塑性变形，从而达到矫正变形的目的。但在实际操作中，要根据实际情况进行操作，借助积累的经验和严格的检验手段来确保矫正的精确度。

在机械的制作过程中，焊接变形的出现无法避免，只能通过有效的设计方案和技术手段来控制焊接变形，并对超出要求产生的焊接变形进行有效地矫正。但不能全部寄希望于矫正，因为通过矫正无法达到原有的精密度。必须对焊接过程全面控制，才能确保金属结构件尺寸的精确，从而达到装置的要求。

3 金属结构件组装和焊接变形的关系

金属结构件的组装和焊接之间没有必然的固定顺序，金属结构件是否变形取决于组装的好坏，而金属结构件的变形程度也影响着是否能进行下一步的组装。组装和焊接不分先后顺序，二者相互影响、相辅相成。只有将组装和焊接技术进行完美地配合，才能制作出良好的配件。

3.1 组装的好坏决定焊接过程是否变形

金属结构件组装的程度直接影响焊接过程。假如金属结构件在组装上出现问题，就会直接造成焊接过程中出现不同程度的变形，从而影响金属结构件的使用。

在金属结构件组装的过程中，倘若将其放在不平整或者杂尘较多的地方，就会造成金属结构件组装倾斜，或者出现各结构件拼接的不严密，从而导致拼接后出现缝隙不均匀等各种情况。

3.2 焊接结果影响下一步组装

焊接和组装是交叉进行的，根据不同的金属结构件和所要的结果，选择进行的先后顺序。如果在之前的金属结构件拼接过程中都进行得很完美，但是在焊接过程中出现一定的错误，比如：焊接时热量过于集中，没有分散，或者焊接顺序出现了问题等，从而导致金属结构件在焊接过程中出现变形的情况，都会对下一阶段将要进行的再组装造成影响，金属结构件的变形会造成再组装出的整体结构件不严密、衔接不紧密等现象，严重的甚至无法再次组装，直接导致金属结构件报废，浪费了人力、物力、财力，也耽误了组装进程。

4 结语

金属结构件的组装和焊接属于机械加工工艺，与此同时，金属结构件在机械制造中的地位不断上升，可利用和创造的价值也越来越大，但同时精细程度也在逐渐提升。本文对金属结构件的组装要点和焊接情况进行了分析，阐述金属结构件组装的方法，以及如何预防金属结构件在焊接过程中出现形变。并进一步补充，当焊接形变真正发生时的补救措施和注意事项。严格地为金属结构件进行组装和焊接，才能真正避免过程中出现的整体或局部的变形，从而减少不必要的损失。因此，讨论金属结构件的组装和变形，并提出相应策略，具有重要的价值和意义。