工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法探讨

工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法探讨

林博宇

身份证号：220281198301248613

摘要：在当前的工程机械领域中，复杂结构加工中焊接施工技术的应用非常广泛，大型结构件加工产量能占到全球钢产量的45%左右。在世界工业的发展过程中，焊接结构件发挥着十分重要的作用。基于此，对工程机械大型结构件焊接变形的原因及控制方法进行研究，以供参考。

关键词：工程机械;大型结构件;焊接变形;原因;控制方法

引言

相较其他的加工方式，大型结构件加工中应用焊接方式在有效控制材料消耗的同时，也能在复杂、高难度结构件中体现出较强的加工工艺优势。虽然目前结构件的焊接施工工艺已经取得了长足进步，但是，在实际进行焊接施工的过程中，结构件经常会因焊接残余应力等导致出现变形，成品结构件的加工制造质量也会受到严重影响。

1焊接变形的分类和危害

在焊接时，构件在焊接部位的高温加热和急速的冷却过程中，焊缝及材料缝隙由于热反应导致整体材料变形，焊接变形的分类多样，一般按照面的内外变形可分为面内变形和面外变形。焊接变形的面内变形一般包括焊缝的纵向变形、横向收缩变形和焊缝回转变形，面外变形包括角变形、弯曲变形、扭曲变形、失稳波浪变形等各种变形。焊接变形的危害包括影响焊件的装配精度及使用性能。在焊接过程中，由于温度等因素的不易控制，极易导致焊接中配件的精准度缺失，影响配件在使用过程中的效果与质量，使得整个钢结构呈现变形的趋势，从而影响其使用效果。其次，焊接变形同样会导致装配质量的降低，最终使得产品报废。焊接变形影响钢结构的质量，影响焊件的美观及增加制造成本。

2大型结构件产生焊接变形的原因

2.1焊接应力的影响

结构件产生焊接变形根源在于焊接应力。结构件上的每条焊缝都会相应产生具有一定大小和方向的焊接应力，结构件焊接过程中产生的焊接应力大小会随着焊缝结构的复杂性而产生变化，焊缝结构越复杂的情况下，越难预测焊接应力的大小和方向，因此，在焊接过程中也非常容易产生不均匀膨胀等现象，焊接施工后，焊缝冷却的过程中的收缩也会体现出不均匀性，在这种情况下，焊接应力以及焊接变形也会变得更加复杂。

2.2焊接工艺不合理

结构件制作过程中一个重点和难点问题就是指定合理的焊接施工工艺，焊接工艺合理性不仅会对产品质量产生影响，而且也会对焊接施工效率造成影响。结构件产生的很多焊接变形在很大程度上都与焊接工艺存在直接关联，例如，焊接工艺指定过程中的焊接设备选择、焊接参数指定、焊接顺序设计、选择焊接工装夹具等都是导致焊接变形的直接因素，因此，在针对大型结构件指定焊接工艺的过程中要对焊接施工工艺的选择进行充分考虑，对于焊接工艺设计人员来说，要想指定出合理的焊接施工工艺，不仅要具备丰富的理论知识，同时，还要具备丰富的焊接施工经验。

3焊接施工变形控制措施

3.1工艺参数法

（1）首先要对焊接施工的热输入进行控制，例如，可以选择多层焊或者二氧化碳保护焊等，在焊接施工过程中也要尽可能采取跳焊或者分段焊接的方法。（2）保证焊接顺序合理性，针对大型结构件要尽可能采取由内而外、从中间向两端、先短后长的对称焊接方式，这样才能保障焊接过程中工件保持均匀受热。（3）针对不同材质构件的焊接要提前进行预热，焊接施工后要及时进行回火处理，这样才能有效消除焊接应力。（4）在焊接过程中，要以工件材质、板材厚度、焊接位置、焊缝类型等为基础来实现焊接施工工艺参数的合理选择，同时要对焊接施工中的电流输出进行有效控制，以此实现焊接热输入的有效控制。

3.2通过反变形的方式来控制

所谓的反变形法，即按照日常操作经验与理论相结合将焊接过程中钢结构可能出现的具体变形进行测算，进行预算后，通过给予一个相反方向的力或者变形使其弥补，从而保证钢材的正常使用。目前，利用反变形方法控制焊接变形已经成为较为成熟并且实用性较强的方式之一，通过反变形，可以较好地保证焊接品质，提升焊接质量，从而促进焊接工艺的完善。1）制作简易工装，在工装中部预先安置垫块。垫块的高度一般由焊工师傅根据角钢焊接后的变形量确定。2）在施焊前，利用工装的结构，通过液压千斤顶在角钢两端向角钢的背部施加一定的应力，使角钢在施焊前达到所需反向弯曲变形，并使角钢固定。3）焊接过程中，在两段角钢的链接部位，焊缝长度一般约为300mm，焊完余下的焊缝，最终实现全焊，达到产品所需的设计要求。

3.3刚性固定法

利用工装夹具将箱型结构件固定于组装平台上，再进行焊接，焊接时注意焊接顺序的选择，先焊接筋板两侧角焊缝，再组装折弯盖板后，焊接筋板与盖板的立焊缝，此处为了减少长度方向的翘曲变形，之后焊接盖板与底板的水平角焊缝(只焊内侧角焊缝)，最后组装立板，在组装胎型上将立板和盖板与底板的外侧平角焊焊接完成，最后利用转台进行翻转，焊接内侧其他焊缝。此处要注意盖板与立板上部的拼接缝为“坡口焊+角焊”，此处焊缝横断面积较大，焊接变形量也大，需在两侧底座基本完成后，利用拉杆将上部左右立板连接好，尺寸固定后再进行焊接，以降低旁弯及角变形量。

4焊接注意事项

4.1选择合适的焊接材料

选择合适的焊接材料优化焊接工艺是保证化工设备焊接质量的基本要求。第一，企业必须通过正式渠道管理焊接材料的采购和储存，并通过相关专业人员的质量检查记录焊接材料的采购。对于采购的焊接材料，必须按照相关标准进行适当的保管，进行定期检查，确保库存环境满足焊接材料的质量要求。第二，焊接之前要检查焊接材料如焊材、焊剂、焊丝是否完好，以避免在焊接过程中使用生锈或潮湿的焊接材料，然后全面分析焊接材料的主要性能，并记录常用材料的焊接参数。对于新焊接材料，必须在使用材料之前进行反复检查和分析，以确保所选材料的性能满足要求

4.2加强现场焊接技术的管理

改进现场技术管理对确保化工设备焊接质量至关重要。通过全体员工的技术交流提高焊接能力和焊接质量管理的重要性。例如，在高压设备接头焊接位置时，应预先培训焊接人员并定期考核。焊接人员必须持有相应的焊接工作证书，负责任地工作，严格遵守劳动纪律，在焊接操作之前确认重要的焊接环节，使用规定的焊接技术，并严格遵守焊接计划。

4.3焊接质量控制与保障措施

为了避免受到外部环境因素的过大影响，焊接施工之前要设置好防风、防水等保护设施；焊接施工时使用大流量CO2气体对作业活动进行保护，为确保焊接效果，焊接之前要对焊口进行清理，将焊口表面污渍、氧化皮等彻底清除；在焊接过程中一定要对层间温度进行严格控制，若是采取分层次焊接的方式，再次焊接之前一定要对焊缝进行预热，同时在焊接之后要进行有效热处理，将残存的应力全部清除。

4.4焊缝质量检查

在完成焊接之后应将焊渣、飞溅等彻底清除，通过仪器设备对外观、连接缝加以检查，避免开裂、咬边、里凹等问题的产生，要进行详细记录，同时在合适位置打上操作人员的编号以便追查。

结束语

焊接是透过加热、加压等方式将金属与金属结合的技术或方法，焊接是化工设备制造过程中重要环节，焊接质量直接影响到机械的运行稳定性、安全性。但在焊接过程中，由于焊接材料、工艺、技术、外部环境条件等原因，可能会出现许多问题，例如：焊咬边、飞溅金属、裂纹和变形等，这些都会直接影响机械设备稳定性和安全性。因此，必须严格控制焊接工艺，减少焊接缺陷并提高焊接质量。

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