关键词：金属结构；焊接；变形控制
引言
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 金属结构常见的焊接变形的类型
1.1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。
1.2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。
1.3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 影响结构焊接变形的因素
2.1焊接方法及其工艺规范的影响
钢结构制造时一般的焊接方法有埋弧自动焊、手工电弧焊和CO2气体保护焊。不同的焊接方法产生的热量不同，造成的变形也不同。同一焊接方法中，由于焊接工艺规范的不同所产生的焊接变形也不同。钢结构在施焊前要制定焊接工艺评定指导书进行指导焊接。同时对作业环境的温度和湿度都有要求，高铁车体制造焊接方法有IGM自动焊MIG半自动焊；温度要求不得低于8℃，湿度不得高于80%，风速要求1m/s以下。不能露天焊接。
2.2结构刚度的影响
刚性是指焊件抵抗变形的能力，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关。结构刚性越大，则阻止焊缝及其附近热变形的能力越强，焊接变形就越小。反之焊件的刚性越小，则焊接变形就越大。在钢结构刚度较小时，焊接接缝成对称分布，在施焊程序步骤正确合理的情况下，只会产生线性缩短变形；当焊接接缝不对称分布，焊缝收缩与重心之间有距离使截面向上弯曲会产生弯曲变形；在施焊程序合理的情况下，焊缝截面中心与接头截面中心在同一方位上，只产生线性缩短；焊缝截面中心偏离接头截面中心时会产生角变形。
2.3装配焊接顺序的影响
不同的装配与焊接顺序焊后将产生不同的变形量，所以在装配与焊接时应采取合理的顺序。焊接时尽量采用对称焊接；焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧。特别是对于焊缝较多的构件的焊接，合理选择焊接顺序，能够有效减少焊接变形，可以使多次焊接的变形相互抵消。
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3 金属结构焊件变形的控制和矫正途径
3.1焊接节点设计的科学性
金属结构在进行焊接之前需要设计焊接节点，只有科学的焊接节点才能够促使焊接过程的顺利进行。在施工的过程中焊接节点的设计图纸是整个焊接过程的基础，如果能够对焊件的节点科学合理的设计就能够有效的避免其发生形变。所以在当前的金属结构焊接过程中对于焊件中焊缝的数量和尺寸的设计不宜过多过大，这样就能够有效的减少因为热源输入而导致的形变；除此之外就是坡口的形状和尺寸的选取过程中要充分的考虑到焊接的地方承载力以及焊接形变所带来的影响，针对这个地方的设计要尽量的减少焊缝的面积同时避免焊缝之间的交叉和集中，这样就能够让焊接过程减少因为焊缝的设计不合理而导致变形的情况发生。
3.2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。
3.3焊接环境控制
机械焊接的施工环境也会对焊接质量产生直接影响，需加强控制：首先，空气的温度会对焊接热循环产生直接影响，因此一般焊接施工的温度应控制在20℃以上，否则温度过低，就会造成金属的过快冷却，改变其表面组织，不利于焊接接头；其次，空气湿度与焊接质量密切相关，一般焊接施工的湿度应控制在90％以下，由于氢气主要来自水，水分如果进入熔池，就会出现氢气孔；再次，在雨雪季节不得实行野外作业或者露天作业，必须采取一定的防护措施，确保焊接质量。
3.4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。
3.5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。
结语
我们面对不同的金属构件采用不同的方法，具体事例具体分析，选择合适的方法去控焊接变形。要本着安全和经济实用的目的，去选择合适的方法一种或者多种的控制措施去操作。
参考文献
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[3]于德华.金属结构件组装及焊接变形控制[J].中国高新技术企业,2013(15):59-60.
论文作者:孙洪沿
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/5
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