摘要：所谓的大型结构件主要就是指重量较重、体积较大、由结构钢焊接而成的零部件。随着近些年我国机械工业的快速发展，大型结构件在工业生产中应用不断增加，同时对于其尺寸要求也越来越高，所以对于大型结构件的焊接工艺和变形进行控制是非常重要的。本文主要分析了大型结构件焊接工艺以及焊接变形预处理方面的内容，希望能够对相关人士有所帮助。
关键词：大型结构件；焊接工艺；焊接变形；预处理
引言
对于大型复杂结构件来说，最为常用、最为基础的加工方式就是焊接，结构件的年生产量占到了全球工业国家年钢产量的45%之上，占到了非常重要的地位。相对于其他加工方式来说，焊接不但可以降低结构件金属材料的消耗，同时能够适应复杂的工艺要求，更能体现出焊接在可操作性方面的优势。经过多年的发展，大型结构件焊接工艺有了快速提升，但是在焊接操作中还是存在着焊接变形以及残余应力的问题，直接影响到结构件的质量。所以需要加强大型结构件焊接工艺分析以及焊接变形预处理，这对于进一步推动大型结构发展具有非常现实的意义。
1 大型结构件焊接工艺分析
对于大型结构件来说，焊接工艺情况直接影响着结构件成品质量，所以为了有效提升成品质量应从结构件焊接工艺入手进行研究。
（1）焊接方法以及焊接设备分析
对于大型结构件来说，所采用的焊接方法以及所选用的焊接设备情况直接决定着结构件质量。结构件的焊接无法避免会发生一定程度的变形，这就需要通过外部辅助设施来减小其变形情况，一般情况下会选择拼焊定位工装确保其尺寸准确性，同时要根据结构件情况确定合适的焊接顺序、焊缝走向、焊缝长度等等。也可以采取反变形的工艺措施，在焊接之前就使钢结构发生一定反向变形，焊接过程中的变形弥补了反向变形的误差，使得焊后的零件达到质量要求。
经过多年的发展研究，在避免结构件变形方面不断对焊接工艺进行优化，总结出了相对有效的焊接方法。例如在大型压力容器焊接过程中，若是受力较小的焊缝可以采取断续焊的方式，减少焊道的数量；可以在焊缝附近通过夹钳将两板夹紧再焊的刚性固定法；要尽可能将焊缝设置在零件的对称中心线上，并且采取有效的拼焊工装，确保定位基准和零件设计基准的一致性；厚板焊接时要采用双面焊接的方法。另外，可以采用气体保护半自动以及自动焊机进行焊接，电源可以采用可控硅电源以及逆变电源。
（2）焊接材料分析
对于大型结构件来说，在焊接时的变形很大程度上与焊接材料性能、化学成分等因素直接相关，焊接材料情况直接决定了结构件的质量。所以在焊接材料选择时一定要确保焊接材料性能不能低于母材性能。也就是说，在选择焊接材料时一方面要考虑焊接材料的化学成分是否低于焊材的化学成分，另一方面需要考虑焊接材料的物理性能，例如屈服强度等。
（3）焊接质量控制分析
大型结构件的结构相对复杂，很多位置存在着尺寸变化较大的情况，对于焊接工艺要求较高，就算是采取了必要的质量控制手段和工艺加工方法，还会一定程度上存在着咬边、气孔、夹渣方面的缺陷。所以在完成了结构件成品焊接之后需要对其实施必要的检验。对于重要性较低的焊缝只需外观检查合格即可投入使用；对于重要的焊缝需要通过超声波探伤、磁粉检测等措施，进一步验证焊缝质量。另外，如果存在凸起的焊缝，需要通过角向磨光机以及砂轮机等对其进行打磨，确保结构件表面的光洁度以及平整性。
（4）结构件下料工艺分析
从相应参考文献：和实践工程中能够得知，结构件的下料工艺和结构件变形情况有着非常紧密的联系。近些年技术水平有了较大提升，数控火焰切割机等先进的下料设备已经得到了非常广泛的应用。这些下料设备具有较高的自动化程度，相对于传统光电跟踪切割下料来说，其精度更好、效率更高、切割面质量更好、变形更小，能够直接切出焊接需要的坡口，减少了二次加工量。同时能够实施拼焊，大大提升了产品质量以及工作效率，所以要大力推广先进下料设备的应用。
2 大型结构件焊接变形分析及处理
（1）结构件焊接变形的理论分析
大型结构件（例如大型压力容器等）主要是通过冷热轧钢板、型钢和成形件焊接而成，造成这些大型结构件焊接变形的原因主要在于三方面，包括焊接热应力、残余应力、外力等等。
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第一，焊接热应力变形分析。工件的焊接变形就是对金属材料实施不均衡的加热以及冷却，在焊接过程中焊缝以及周边区域的金属温度较高，会受热膨胀，但同时又会受到相对较远区域常温金属的抑制，会产生压缩塑性变形。对于大型结构件来说，其焊接变形情况和施焊时热源的输入能量成正比；
第二，残余应力变形分析。残余应力主要包括焊接残余应力以及成形加工残余应力等，工件中某位置完成焊接之后，焊缝的金属会从膨胀状态转为收缩状态，但是会受到常温金属的影响而产生焊接残余应力。而成形加工残余应力更多是由于工件受工艺性外力造成的，例如焊接所用钢板平整度较差、工件自由弯曲成形方法不当、加工过程中吃刀量较大等等；
第三，外力造成的变形分析。大型结构件焊接时受到外力（例如磕、碰、撞等）影响造成的变形。
（2）焊接应力消除以及焊接变形矫正
焊接变形的产生和焊缝内部具有残余应力有密切相关性，一旦焊缝中存在着较大的残余应力，那么在实际使用时会产生应力集中问题，严重情况下会造成焊缝裂纹而造成工件损坏。同时，随着工件使用焊接残余应力释放出来会产生全新的变形。所以完成结构件焊接之后要消除应力并对变形进行矫正，确保其满足图纸要求。
第一，焊接应力消除方法
从现阶段来看，焊接应力的消除方法主要包括“自然时效”、“振动时效”、“热处理”等方法，要根据不同条件选择合适的方法。
①自然时效方法简单，不用设备进行辅助，不会发生额外的费用。但是自然时效的周期相对较长，同时无法完全消除残余应力，所以不适合应用在生产周期短、交货期急的产品；
②振动时效具有所用设备较为简单、操作比较简单、生产周期较短、减小应力效果较好等方面优点，应用范围越来越广泛。振动时效可以有效消除残余应力峰值，但无法完全消除残余应力。总的来说，振动时效对于消除已有变形的效果有限，但是能够对使用过程中产生的变形起到非常好的预防效果；
③热处理对于消除焊接应力的效果较好，能够完全消除焊接残余应力，对于小型焊接件是非常有效的。但是对于大型焊接结构件来说，受到加热设备尺寸方面的限制一般无法整体进行加热，在焊接变形位置进行局部加热可以有效消除焊接应力和应变，但是需要确保加热温度满足国标所规定的热处理温度要求。在实际生产当中进行局部加热时，很难对温度进行准确控制，一般都是利用测温计对工件具体的受热温度进行监测，以此来确保温度准确性。
第二，焊接变形的矫正。一般情况下，大型结构件焊接变形常常采用“机械矫正”以及“热处理矫正”等方法实施。
①机械矫正法。此种方法是现阶段应用最为广泛的方法，主要就是对焊接变形施加反向机械作用力实现矫正变形。此种方法无需设备辅助，操作相对简单，具有较好的效果。但是此种方法消除焊接残余应力效果不佳，实际使用时会随着残余应力释放产生全新变形。
②热处理矫正法。此种方法主要是对于处在拉伸的焊接局部变形区域实施加热（现阶段比较常用的包括电加热以及火焰加热两种方法），通过冷却收缩而产生反向变形来达到矫正变形目的。此种方法能够对变形进行彻底矫正，能够应用在较为复杂形状的工件中。但是此种方法对于矫正温度要求严格，温度控制难度较大。
3 结束语
大型结构件焊接属于复杂的系统性工程，对于制作复杂结构件具有非常重要的作用，同时也是最有效的方法之一。所以为了确保其具有较好的成品质量，在进行大型结构件焊接过程中要多方面考虑影响焊接质量的各种因素，要对大型结构件焊接工艺以及焊接变形进行分析处理，从而切实有效的提高企业结构焊接工艺水平，保证结构件的成型质量。本文主要分析了大型结构件焊接工艺和焊接变形处理等方面内容，能够对大型结构件焊接提供一定参考和帮助。
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论文作者:刘之皓
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：结构件论文; 应力论文; 残余论文; 方法论文; 焊接工艺论文; 工件论文; 质量论文; 《基层建设》2019年第6期论文;