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摘要：焊接结构相对于其他的加工方式有生产工艺简单、节省材料、制作周期短等多方面优点，而且对于特定的结构形状，可以达到别的加工方法无法完成的结构。由于焊接过程中存在的残余应力和焊接变形，会直接影响到产品的质量，本文主要是通过研究探讨结构件的焊接工艺及相关变形问题，来努力提高企业在结构件焊接的工艺水平，实现更大的经济价值。
关键词：结构件；焊接；工艺；变形
中图分类号：P755文献标识码： A
引言
有效地控制焊接结构件焊接变形极为重要，具有极大的经济价值和社会意义，我们在日常生产活动中，应该尽可能地多去完善焊接工艺，从而能够在最大程度上将焊接结构件的焊接变形问题控制住。
一、结构件的焊接工艺
结构件的焊接工艺是保证产品质量的重要途径，直接影响了焊接的质量和结构件的稳定性。焊接工艺主要包括型材的预处理、下料、焊接方法、材料、设备以及辅助材料、工具等。
1、型材的预处理及下料
为了保证焊接的质量，在焊接前必须进行型材的预处理，除去金属表面附着的油污、锈、氧化皮和灰尘等，以免出现夹渣、气孔等焊接缺陷，同时提高金属表面的耐腐蚀性和粗糙度，利于后续喷漆等操作。型材的预处理分为化学处理和机械处理，化学处理如酸洗，机械处理有喷丸法、抛丸法和人工打磨等，具体需要根据工件的要求来制定。结构件的下料分为热切和冷切。热切有火焰切割、光能切割和电能切割，冷切有剪切和冲裁两种。对于特种设备的生产过程中，使用最多的热切是数控火焰切割，这种方式能在切割质量和变形方面有很好的控制，其高精度和效率的提高，且不需要经过二次拼焊，提高了工作效率和产品质量。
2、焊接方法与设备
结构件的焊接常采用气体保护焊进行焊接，一般有二氧化碳保护焊和混合气体保护焊，混合气体为90%氩气和10%二氧化碳。混合气体保护焊可加强焊接电弧和熔池深度，减少了焊接飞溅和焊接后的打磨工作量，保证了焊接的质量。由于焊接的特殊性，结构件的焊接会、就不可避免的出现变形，应对此类变形多采取拼焊定位工装，制定合理的焊接顺序和走向，还可在焊接前加工工件使其反方向变形，与焊接应力变形后中和后保证产品到达技术要求。在焊接的方法上，主要采取以下常用工艺：尽量减少焊道的数量；焊缝的布置相对于零件的中心线对称；较厚的板采取双面焊；结构件拼焊时定位基准和零件的设计基准保持一致。
3、焊接材料
结构件焊缝的性能质量直接由焊接材料的性能和化学成分决定，焊接材料的选用原则是焊缝金属的性能高于或等于母材的性能，对于一些特殊焊接还需要考虑材料的焊接性能。如结构件为压力容器时，焊材的选用还需要依据压力容器标准以及制造工艺、使用环境等。
4、焊接的辅助及质量保证
在焊接的过程中选用不同的焊接辅助材料和工具就能有效的提高工作效率和产品质量。针对板材和圆形结构件等采用不同的辅助工具，如十字操作架和变位机等，能方便操作者的焊接，降低劳动强度，提高焊接质量。结构件的形式多样化，虽然采用了必要的质量控制措施和先进的焊接工艺，但是还是会出现一些焊接缺陷，成品中会存在一定的咬边、气孔、夹渣等，所以在焊接完工后需要对工件进行检测，有问题的工件及时返工，对于不重要部件，可做适当的打磨来保证外观后转入下道工序，对于重要的焊缝，需要进行超声波探伤等无损检测来确保焊缝质量。
二、焊接变形的控制措施
1、预防措施
1.1反变形法。反变形法是指在钢构件施工前，先预测其可能的焊接变形的大小和方向，在焊接装配后残余变量能都抵消焊接变形，以达到防止变形的目的，使构件恢复到设计要求的几何尺寸和几何形状。
1.2刚性固定法。这种方法指的是没有采取反变形的条件下，将钢结构件固定增加焊件刚度，具体说就是采用夹具或电焊并依照变形的相反反向来固定焊件以避免焊接变形的发生。
1.3预拉伸法。这种方法大多用于薄板平面构件，即采用加热预拉伸或者机械预拉伸使钢板预先得到拉伸，然后在张紧的钢板上进行焊接，焊接结束后撤销加热或者拉伸，钢板回到初始状态。这种方法可以有效地防止波浪变形的产生。
1.4选择合理的装配顺序。这种方法是通过合理的安排焊接顺序，达到焊接变形相互抵消，降低变形的目的。
1.5选择合理的装配焊接顺序
把构件适当地分成部件，分别装配焊接，然后再组焊成整体，使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝能比较自由地收缩而不影响整个结构。如图1所示，若焊接顺序为1-2-3-4-5-6（图1b），则会产生局部隆起变形。这是因为最后2道焊缝5、6的横向收缩在板中部引起压缩应力，使板失稳造成中部隆起。正确的焊接顺序为1-2-5-6-3-4（图1c），这时所有焊缝的横向收缩都不会收到约束，因为不会产生中部隆起变形。
图1
2、选用合理的焊接件材料
焊接件的材料决定了结构件的质量。对于焊接件材料的选择，首先要根据结构件的受力情况、工作条件以及相关设计要求。主要是从以下几个方面考虑
(1)尽量选用同种材料。结构件的制作一般是多个零件和构件通过焊接而形成，考虑到焊接过程中的一些工艺，选择同样的结构件材料就能利于材料的采购、焊接方法和焊材选择、焊接工艺的制定。实际生产中，出于成本考虑，还需尽量减少贵重金属的使用，这就需要综合考虑结构件对焊接质量要求以及相关成本控制。
(2)选用焊接性能好的材料。对于结构件的材料选择时，需要从材料的强度、结构件的工作条件等方面考虑。在满足这些性能后，尽量选用焊接性能好，且适合生产现场焊接方法。在材料满足焊接方法普通和焊接性能好的前提下，需要考虑经济性。选用价格低、供应充足易采购的材料，降低成本的同时对于材料的短缺也容易得到补充，有利于提高产品的竞争力。
3、减小变形
（1）减小线能量
焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩能够通过减小线能量来进行有效地防止,尤其是T形接头的角变形和横向收缩的效果最好。而焊接结构件在焊接过程中，主要是横向焊缝和纵向焊缝。因此，我们在进行焊接结构件的施工过程中，应该重点控制住焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩，尤其是对于圆度控制而言，波浪变形和角变形是极为主要的。
当线能量处于一定值的时候,我们如果增大板厚δ,那么就会造成收缩变形下降;但是存在一个难题，那就是焊接结构件在焊接过程中必须要焊透,随板厚δ增大，线能量也会随之而增大，也就是焊条金属熔敷量W会增大，从而也会导致收缩变形量增大。另外，我们在实际焊接施工过程中，焊缝是很有可能需要局部返修,一次焊接是很难将焊接结构件焊透，达到我们的要求，这样也会导致板厚δ增大，这样一来，收缩变形量就会不可避免地增大。所以，在设计过程中，我们应该尽量优化、充分考虑到板厚δ。
同时，在制造过程中务必要控制好坡口或者根部间隙造成的影响，制作时应该在平台平面度控制在2mm的专用平台下料开坡口处进行，下料尺寸、钢板画线务必要精确。还要特别注意控制钢板卷制过程中卷板机卷辊轴心线和钢板宽度中心线的垂直度，若事先已经开好纵缝的坡口,那么再开坡口,那么间隙就随之增加，那么必然需要重新修整坡口。若不垂直,那么,容易造成纵缝间隙过大，纵缝的修整工作量过多。
（2）自由收缩
在焊接结构件焊接之前，应该让焊接后收缩变形与结构反变形相互抵消,从而大幅度降低或者消除焊接变形，所以，我们应该先焊纵向焊缝的内侧，然后再进行适当的拼装，让基准圆半径略小于拼装构件的圆半径，两圆在焊接收缩后就会达到基本重合的状态，角变形就会得到较好地消除。值得注意的是，由于板厚、管径各异不同,那么两圆的半径可以由施工实践中的实践经验得出。
4、消除变形
目前主要有机械加压矫正变形法和火焰加热矫正变形法能够将已存在的焊接残余变形进行有效地消除，这是经过大量的实践和理论研究得以证实的。
结束语
对于结构件的焊接质量，主要是对焊接应力的防治和消除，减少和校正焊接变形。结构件的焊接是一项较为复杂而系统的焊接工程，由于结构件零部件的数量大，需要再焊接过程中综合考虑影响焊接质量的结构件材料、预处理方式、焊接工藝及相关的辅助工具使用。对于发生形变的结构件也要采取正确的矫正措施，来保证质量及安装要求。
参考文献
[1]黄明亮.结构件焊接变形控制浅谈[J].科技与企业．2012.16.
[2]杜艺.浅析焊接变形成因及预防[J]中国房地产业理论版.2012.
[3]王涛.不锈钢管箱焊接变形的控制工艺措施[J].焊接技术，2000(2).
[4]冯永祥.目镜头外壳体焊接变形的控制[J].焊接技术，2002(5).
[5]中国机械工程学会焊接学会．焊接手册[M].第3版.北京：机械工业出版社，2008．
关键词：结构件；焊接；工艺；变形
中图分类号：P755文献标识码： A
引言
有效地控制焊接结构件焊接变形极为重要，具有极大的经济价值和社会意义，我们在日常生产活动中，应该尽可能地多去完善焊接工艺，从而能够在最大程度上将焊接结构件的焊接变形问题控制住。
一、结构件的焊接工艺
结构件的焊接工艺是保证产品质量的重要途径，直接影响了焊接的质量和结构件的稳定性。焊接工艺主要包括型材的预处理、下料、焊接方法、材料、设备以及辅助材料、工具等。
1、型材的预处理及下料
为了保证焊接的质量，在焊接前必须进行型材的预处理，除去金属表面附着的油污、锈、氧化皮和灰尘等，以免出现夹渣、气孔等焊接缺陷，同时提高金属表面的耐腐蚀性和粗糙度，利于后续喷漆等操作。型材的预处理分为化学处理和机械处理，化学处理如酸洗，机械处理有喷丸法、抛丸法和人工打磨等，具体需要根据工件的要求来制定。结构件的下料分为热切和冷切。热切有火焰切割、光能切割和电能切割，冷切有剪切和冲裁两种。对于特种设备的生产过程中，使用最多的热切是数控火焰切割，这种方式能在切割质量和变形方面有很好的控制，其高精度和效率的提高，且不需要经过二次拼焊，提高了工作效率和产品质量。
2、焊接方法与设备
结构件的焊接常采用气体保护焊进行焊接，一般有二氧化碳保护焊和混合气体保护焊，混合气体为90%氩气和10%二氧化碳。混合气体保护焊可加强焊接电弧和熔池深度，减少了焊接飞溅和焊接后的打磨工作量，保证了焊接的质量。由于焊接的特殊性，结构件的焊接会、就不可避免的出现变形，应对此类变形多采取拼焊定位工装，制定合理的焊接顺序和走向，还可在焊接前加工工件使其反方向变形，与焊接应力变形后中和后保证产品到达技术要求。在焊接的方法上，主要采取以下常用工艺：尽量减少焊道的数量；焊缝的布置相对于零件的中心线对称；较厚的板采取双面焊；结构件拼焊时定位基准和零件的设计基准保持一致。
3、焊接材料
结构件焊缝的性能质量直接由焊接材料的性能和化学成分决定，焊接材料的选用原则是焊缝金属的性能高于或等于母材的性能，对于一些特殊焊接还需要考虑材料的焊接性能。如结构件为压力容器时，焊材的选用还需要依据压力容器标准以及制造工艺、使用环境等。
4、焊接的辅助及质量保证
在焊接的过程中选用不同的焊接辅助材料和工具就能有效的提高工作效率和产品质量。针对板材和圆形结构件等采用不同的辅助工具，如十字操作架和变位机等，能方便操作者的焊接，降低劳动强度，提高焊接质量。结构件的形式多样化，虽然采用了必要的质量控制措施和先进的焊接工艺，但是还是会出现一些焊接缺陷，成品中会存在一定的咬边、气孔、夹渣等，所以在焊接完工后需要对工件进行检测，有问题的工件及时返工，对于不重要部件，可做适当的打磨来保证外观后转入下道工序，对于重要的焊缝，需要进行超声波探伤等无损检测来确保焊缝质量。
二、焊接变形的控制措施
1、预防措施
1.1反变形法。反变形法是指在钢构件施工前，先预测其可能的焊接变形的大小和方向，在焊接装配后残余变量能都抵消焊接变形，以达到防止变形的目的，使构件恢复到设计要求的几何尺寸和几何形状。
1.2刚性固定法。这种方法指的是没有采取反变形的条件下，将钢结构件固定增加焊件刚度，具体说就是采用夹具或电焊并依照变形的相反反向来固定焊件以避免焊接变形的发生。
1.3预拉伸法。这种方法大多用于薄板平面构件，即采用加热预拉伸或者机械预拉伸使钢板预先得到拉伸，然后在张紧的钢板上进行焊接，焊接结束后撤销加热或者拉伸，钢板回到初始状态。这种方法可以有效地防止波浪变形的产生。
1.4选择合理的装配顺序。这种方法是通过合理的安排焊接顺序，达到焊接变形相互抵消，降低变形的目的。
1.5选择合理的装配焊接顺序
把构件适当地分成部件，分别装配焊接，然后再组焊成整体，使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝能比较自由地收缩而不影响整个结构。如图1所示，若焊接顺序为1-2-3-4-5-6（图1b），则会产生局部隆起变形。这是因为最后2道焊缝5、6的横向收缩在板中部引起压缩应力，使板失稳造成中部隆起。正确的焊接顺序为1-2-5-6-3-4（图1c），这时所有焊缝的横向收缩都不会收到约束，因为不会产生中部隆起变形。
图1
2、选用合理的焊接件材料
焊接件的材料决定了结构件的质量。对于焊接件材料的选择，首先要根据结构件的受力情况、工作条件以及相关设计要求。主要是从以下几个方面考虑
(1)尽量选用同种材料。结构件的制作一般是多个零件和构件通过焊接而形成，考虑到焊接过程中的一些工艺，选择同样的结构件材料就能利于材料的采购、焊接方法和焊材选择、焊接工艺的制定。实际生产中，出于成本考虑，还需尽量减少贵重金属的使用，这就需要综合考虑结构件对焊接质量要求以及相关成本控制。
(2)选用焊接性能好的材料。对于结构件的材料选择时，需要从材料的强度、结构件的工作条件等方面考虑。在满足这些性能后，尽量选用焊接性能好，且适合生产现场焊接方法。在材料满足焊接方法普通和焊接性能好的前提下，需要考虑经济性。选用价格低、供应充足易采购的材料，降低成本的同时对于材料的短缺也容易得到补充，有利于提高产品的竞争力。
3、减小变形
（1）减小线能量
焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩能够通过减小线能量来进行有效地防止,尤其是T形接头的角变形和横向收缩的效果最好。而焊接结构件在焊接过程中，主要是横向焊缝和纵向焊缝。因此，我们在进行焊接结构件的施工过程中，应该重点控制住焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩，尤其是对于圆度控制而言，波浪变形和角变形是极为主要的。
当线能量处于一定值的时候,我们如果增大板厚δ,那么就会造成收缩变形下降;但是存在一个难题，那就是焊接结构件在焊接过程中必须要焊透,随板厚δ增大，线能量也会随之而增大，也就是焊条金属熔敷量W会增大，从而也会导致收缩变形量增大。另外，我们在实际焊接施工过程中，焊缝是很有可能需要局部返修,一次焊接是很难将焊接结构件焊透，达到我们的要求，这样也会导致板厚δ增大，这样一来，收缩变形量就会不可避免地增大。所以，在设计过程中，我们应该尽量优化、充分考虑到板厚δ。
同时，在制造过程中务必要控制好坡口或者根部间隙造成的影响，制作时应该在平台平面度控制在2mm的专用平台下料开坡口处进行，下料尺寸、钢板画线务必要精确。还要特别注意控制钢板卷制过程中卷板机卷辊轴心线和钢板宽度中心线的垂直度，若事先已经开好纵缝的坡口,那么再开坡口,那么间隙就随之增加，那么必然需要重新修整坡口。若不垂直,那么,容易造成纵缝间隙过大，纵缝的修整工作量过多。
（2）自由收缩
在焊接结构件焊接之前，应该让焊接后收缩变形与结构反变形相互抵消,从而大幅度降低或者消除焊接变形，所以，我们应该先焊纵向焊缝的内侧，然后再进行适当的拼装，让基准圆半径略小于拼装构件的圆半径，两圆在焊接收缩后就会达到基本重合的状态，角变形就会得到较好地消除。值得注意的是，由于板厚、管径各异不同,那么两圆的半径可以由施工实践中的实践经验得出。
4、消除变形
目前主要有机械加压矫正变形法和火焰加热矫正变形法能够将已存在的焊接残余变形进行有效地消除，这是经过大量的实践和理论研究得以证实的。
结束语
对于结构件的焊接质量，主要是对焊接应力的防治和消除，减少和校正焊接变形。结构件的焊接是一项较为复杂而系统的焊接工程，由于结构件零部件的数量大，需要再焊接过程中综合考虑影响焊接质量的结构件材料、预处理方式、焊接工藝及相关的辅助工具使用。对于发生形变的结构件也要采取正确的矫正措施，来保证质量及安装要求。
参考文献
[1]黄明亮.结构件焊接变形控制浅谈[J].科技与企业．2012.16.
[2]杜艺.浅析焊接变形成因及预防[J]中国房地产业理论版.2012.
[3]王涛.不锈钢管箱焊接变形的控制工艺措施[J].焊接技术，2000(2).
[4]冯永祥.目镜头外壳体焊接变形的控制[J].焊接技术，2002(5).
[5]中国机械工程学会焊接学会．焊接手册[M].第3版.北京：机械工业出版社，2008．