在大型结构件施工中防变形工艺措施经验探讨

1、在大型结构件施工中防变形工艺措施经验探讨十一冶特种工程公司铆工:王勇 指导:达达大型结构件是工程产品的骨骼，也是设计水平的体现和制造水平的反映。由于结构件在承载能力、外观造型及实现产品功能上的重要作用，在工程产品的设计和制造中应特别予以重视。如果铆工在防变形工作上措施做得好，可以为单位创造无比的效益和信誉。大型结构件因为体形庞大，焊接部位多，部分尺寸精度和位置精度要求较高，支承起来难度较大，尤其是整体变形问题，一直是困扰施工的一大难题。本文主要结合结构件工艺实际与我从事铆工多年来的工作经验，对大型结构件的焊接变形情况和原因进行了分析，并提出了一些控制变形的工艺对策。1 大型结构件变形的典型实例

2、及危害1.1 结构件的变形该件外形尺寸为14000 mm，由72个零件组成，属于框架特征的大型结构件，其制造方式为多个零件上与H梁胎合拢、拼点，然后焊接而成。该件在部件相连接，其工艺要求为：基础面平面度3 mm，扭曲度5 mm，垂直度2.5 mm。按传统方式焊接后，一般情况下变形为：扭曲度1030 mm，平面度58 mm，垂直度510 mm，横向孔组的中心距超差，如后桥安装距720 mm±0.5 mm，焊后变为720 mm+2 mm。虽在焊后经过整形工序，但变形量相对装配要求仍然偏大，造成该件返修率较大，以致后来采用“配焊”、“垫板调整”等落后工艺进行调整。  &

3、#160;1.2 H梁的变形该件为H形大型结构件，外形尺寸为2 800 mm×1 200 mm×800 mm，制造方式为支座组件与H梁合拢后进行大截面角缝焊接。其焊接方式为焊缝连续焊接。该件是盖的关键支撑件，其工艺规程要求尺寸与相对中心线的对称度为1.5 mm；按上述方式焊接后主要变形为支座出现旁弯，通常引起尺寸偏小815 mm，尺寸与对称度超差1.52 mm，尺寸与各自的中心线不平行，两中心线出现°°的夹角，造成变形。    2 结构件变形的理论分析大型结构件主要是由冷、热轧钢板、型钢及它们的成形件装焊而成，材质

4、主要为低合金钢。从结构件制造工艺来看，造成大型结构件变形的原因，主要来自三个方面：即焊接热应力、残余应力和外力。    2.1 焊接热应力变形工件在焊接过程中，对金属材料是一种不均匀的加热和冷却。焊接时，加热的热源是移动的高温电弧，焊缝和热影响区金属温度很高，金属受热膨胀，但又受到常温金属的阻碍和抑制，便产生了压缩塑性变形。结构件的焊接变形程度与施焊时热源的输入能量成正比。    2.2 残余应力变形残余应力主要为焊接残余应力和成形加工残余应力，当工件某一部位施焊结束后，其焊缝金属由膨胀转为收缩，但其又受到常温金属

5、的限制，这时便产生了焊接残余应力。成形加工残余应力主要是因为工件受工艺性外力而引起，如工件自由弯曲成形时不得法；钢板校平辗压次数少；机加工吃刀量过大等等都能引起成形加工残余应力。 外力引起的变形主要指组装、焊接过程中由磕、碰、摔、撞或过载引起的异常变形。结合对引起变形应力的理论分析，可知前述结构件变形是上百条焊缝的焊接综合变形。H梁则是典型的大热场焊缝产生的焊接热应力变形，该件的板厚度为20 mm，由于在施焊时焊接热影响区的温度可达85，随着加热部位金属发生相变，便产生了残余应力，它残存在母材中，不但引起构件变形还将影响构件的使用性能和质量。 克服结构件变形的工艺措施 平地机后机架的变形纠正传

6、统方法采用火焰加外力来解决H梁的扭曲变形。把该件平放在工作平台上，将其两个角或三个角垫起，并使其与工作台紧固，用火焰加热应力集中区域，再用机械方法拉动悬空的角，以达到矫正扭曲的目的。但是当我们铆工在矫正其它次要变形时，扭曲变形又重新出现。这种反复矫正的方法，不但耗费了大量的人力、物力而且仍会使工件产生新的残余应力，留下了产品后期变形的潜在危险。通过不断的实践探索，我们铆工对H梁的工艺进行了重新审定，实施了一套“先部件，后总成”的治本之路，即将整个后机架分为座、左梁、右梁三个部件，每个部件下又分若干次部件，再下一层是零件，装焊并整形的次序是：零件次部件部件梁总成。这种方法实际上是把梁一次焊接所承

7、受的全部热量与变形，分散到前序逐级削弱，并分部件进行矫正变形，以减少总装后的变形。按此种工艺制作的H梁变形很小，由于根除了最严重的扭曲变形，使该件整形时非常轻松地达到了图纸要求。 克服结构件总成的变形从三方面采取措施来克服焊接变形：首先是采取增加约束的办法来限制H梁的变形，即在距支座200 mm处设置两个可调支杆，从两边顶住两顶板，以限制顶板焊接时往里变形；其次是减少焊接线能量，对于截面积为200 mm2的焊缝采取4层12遍交替焊接的工艺，如图3所示，图中序号为施焊次序。采用手工CO2气保护电弧焊，这一措施对减少变形收到较好的效果；第三，采取经济、简便的火焰矫正法。其操作方法是：用气焊焊枪加热

8、，采用碳化焰，在与支座和板的焊缝相对应的板外侧，自上而下呈线状逐步加热，加热速度为35 mm/min，加热温度为750800，冷却时用清水自下而上进行，当尺寸的变形量大于10 mm时，加热宽度为1020 mm，加热深度为1520 mm；当变形量小于10 mm时，加热宽度为1015 mm，加热深度为1015 mm。采用以上方法，形位公差与尺寸均能达到标准要求。 减少大型结构件变形的工艺对策工程大型结构件要比一般教科书或技术资料中所描述的结构件复杂得多，且对不同的结构件的性能要求也各不相同。根据我的铆工实践经验总结出几种克服工程大型结构件变形的工艺对策。（）结构件本身的结构设计要合理，即尽量遵守焊

9、缝设计三原则：焊缝数尽量少、焊缝截面尽量小、焊缝位置要对称。（）选择线能量较低的焊接方法，包括采用多层焊和利用CO2自动焊代替气焊或手工电弧焊。（）选择合理的焊接顺序，使工件受热均匀。（）对形状复杂、组成件多的结构件采用多层部件装焊法，多步骤装点，多步骤焊接，多次整理。（）消除残余应力，保证结构件的长期稳定性：a、对有压形和校平工序的零件采取措施，使其施力处的金属组织均匀。b、对800以上的加热应慎重，避免引起材料的相变。c、严禁用火焰成形法加工零件或加工装焊成形后的某一部位。d、结构件在加工前应进行回火处理或天然时效。（）对简单零件尽量采用机械矫正。（）对两端有约束的部件间的变形，应用机械手段调整并保持一定的施力时间。总之，克服工程机械大型结构件的变形是一个理论和实践性很强的课题，克