淺談非標(biāo)準(zhǔn)薄板平曲鋼箱梁軌道制作工藝控制

李彬

摘要：七彩云南環(huán)園列車箱形梁軌道鋼結(jié)構(gòu)，是株洲中車特種裝備科技有限公司開發(fā)的游樂車輛軌道，結(jié)構(gòu)制作安裝要求以特裝企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施；通過對軌道箱梁的工藝流程分析、重點(diǎn)工序工藝制定、工藝工裝措施應(yīng)用，在生產(chǎn)中得到了良好的效果；

關(guān)鍵詞：工藝流程分析、重點(diǎn)工序、工藝措施、工裝、工藝參數(shù)

隨著中國經(jīng)濟(jì)近幾十年的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)工程項(xiàng)目中有著重要的地位，且發(fā)展前景廣闊，形式多樣，公共建筑異形結(jié)構(gòu)越來越多，建筑設(shè)計(jì)越來越新穎，對鋼結(jié)構(gòu)的加工工藝及制作應(yīng)用的設(shè)備提出了更高的要求；本人從事多年的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、施工工作，現(xiàn)對非標(biāo)準(zhǔn)薄板平曲鋼箱梁制作工藝控制加以剖析、總結(jié)；

七彩云南環(huán)園列車軌道項(xiàng)目非標(biāo)薄板平曲鋼箱梁是我公司首次生產(chǎn)按車輛軌道標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)形式，是株洲中車特裝科技有限公司開發(fā)的娛樂車輛軌道，鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝、驗(yàn)收不僅是以娛樂設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，同時(shí)執(zhí)行的是株洲中車特種裝備科技有限公司企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)；同是鋼結(jié)構(gòu)但標(biāo)準(zhǔn)要求不同，要比《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)制作要求要高。

一、項(xiàng)目的基本情況

對于薄板非標(biāo)件的制作工藝控制都是難點(diǎn)，本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)用板材8mm，10mm，12mm，14mmQ345C鋼板，箱梁腹板10mm，頂板及底板12mm，內(nèi)部加筋板8mm，內(nèi)隔板間距1200mm，腹板與頂板全熔透一級焊縫，要求表面滲透探傷及超聲波探傷；箱梁制作、安裝完成后兩米2mm連續(xù)測量，安裝完成整體箱梁跨中平面度高差≤3mm；制作精度參數(shù)要求極高；

二、重點(diǎn)工序分析

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)要求、株洲中車特裝科技有限公司車輛運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求結(jié)合設(shè)備狀況進(jìn)行分析，對于箱梁工工藝控制主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：一、零件加工精度控制；二、裝配控制（基準(zhǔn)面精度、工裝卡具）三、焊接工藝控制（熱輸入、焊接順序）；四、防止結(jié)構(gòu)變形的工藝措施（防局部變形及扭曲變形）；五、構(gòu)件的預(yù)拼裝檢驗(yàn)；

三、制作階段的工藝實(shí)施控制

制作階段的工藝實(shí)施控制分工序控制，每工序的工藝，必須與下道工序工藝相銜接，即下精度偏差是否與裝配總差吻合，裝配完成，焊接形成成品后，是否滿足預(yù)拼裝構(gòu)件的偏差，與工藝流程及各工序內(nèi)部偏差積累有關(guān)，必須先進(jìn)行工藝流程分析，確定工藝流程，后進(jìn)行重點(diǎn)工序控制；

1、工藝流程分析原則：鋼結(jié)構(gòu)的精度最終體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)全部完成施工后精度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求及使用的要求，可采用倒推法進(jìn)行分析，從總體到局部，從整體構(gòu)件到零部件，還要考慮工序交叉對精度的影響；

2、工藝流程的確定：重點(diǎn)工序是工藝流程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，主要以下幾點(diǎn)：零件加工精度、裝配樣臺的搭設(shè)精度、焊接工藝控制、防止結(jié)構(gòu)變形的工藝措施，以及誤差積累后的處理措施、校正措施；

3、工藝流程的制定：

四、重點(diǎn)工序的工藝控制分析

重點(diǎn)工序的工藝參數(shù)的合理制定是保證最終產(chǎn)品的合格，重點(diǎn)工序直接影響結(jié)構(gòu)精度，因此對重點(diǎn)的工序中可以細(xì)致作業(yè)，如樣臺的搭設(shè)、下料偏差、端面銑、配鉆；構(gòu)件組合誤差積累造成尺寸偏差（箱梁的截面尺寸），可以采用工裝卡具固定解決；焊接變形量、焊接熱輸入，如焊接隔板導(dǎo)致的角向變形以及縱向焊縫連續(xù)焊接熱輸入造成整體寸的變形，是本項(xiàng)目的主要控制要點(diǎn)；

根據(jù)工序的分析對以下重點(diǎn)工序的工藝進(jìn)行控制：

1、樣臺搭設(shè)、下料偏差、腹板坡口：

（1）樣臺的搭設(shè)：樣臺的搭設(shè)必須以保證平面度及剛度兩個(gè)指標(biāo)，平面度的精度控制要高于箱形梁的平面度精度，即應(yīng)≤1mm/2000mm；采用水準(zhǔn)儀每兩米點(diǎn)固縱向橫向測量樣臺表面支點(diǎn)，合格后，采用水平尺連續(xù)測量復(fù)核；

（2）下料偏差的控制：根據(jù)梁的組合形式，腹板全熔透焊縫，組合后為關(guān)鍵尺寸，板的直線度、寬度是主要指標(biāo)，由于火焰切割熱輸入量受作業(yè)人員影響較大，且火焰切割熱影響區(qū)較寬，對鋼板板條切割后變形收縮不利，故本項(xiàng)目的精度要求較高，采用等離子切割，以確保板條的側(cè)向變量最小；

（3）腹板坡：腹板的坡口可采用半自動(dòng)切割機(jī)或銑邊機(jī)實(shí)現(xiàn)，半自動(dòng)切割機(jī)由于受人為操作的影響熱輸入難以控制，雙邊熱輸入量可能存在偏差，經(jīng)驗(yàn)熱收縮量在0.07%，可能會(huì)造成板的側(cè)向變形，影響裝配的精度，因此本項(xiàng)目采用銑邊機(jī)進(jìn)行銑邊加工坡口；

2、箱梁截面尺寸的控制工藝：箱梁的主要尺寸指標(biāo)為截面高度，寬度以及腹板的平行度，在梁的長度較大時(shí)，傳統(tǒng)組裝精度控制1mm/2000mm內(nèi)是很困難的，必須要依靠機(jī)加精度較高的工裝靠模及夾具提高裝配精度；

（1）腹板與頂板垂直度的靠模：按1mm/2000mm精度在對應(yīng)筋板位置設(shè)置腹板定位檔塊，作為外靠模，配合內(nèi)部定寬標(biāo)鐵實(shí)現(xiàn)底部寬度的統(tǒng)一性，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)鐵件精度為+0.3mm，機(jī)械加工，端部平行度0.15mm.

裝配流程：

頂板--隔板--筋板--側(cè)板--端板--墊板--噴涂內(nèi)面漆--隔板、筋板焊接--裝配頂板

（2）腹板與腹板上、下口寬度控制措施：梁外形的主要指標(biāo)控制面為頂板、腹板平面度以及腹板寬度，梁的拼裝為鏡向放樣，先拼裝底板后拼裝腹板，再拼裝頂板；

3、焊接工藝控制：

（1）焊接參數(shù)：焊接參數(shù)的選定根據(jù)焊接方法選擇，筋板、隔板采用手工焊接，腹板與上、下板的焊接采用半自動(dòng)焊接，手工焊接電流可采用上限，半自動(dòng)焊接采用下限；

（2）焊接順序：焊接順序的要求是考慮了焊接熱輸入對構(gòu)件變形的影響及實(shí)際必須確定的順序來焊接所能達(dá)到的工藝要求確定的；對于隔板必須跳焊，即間隔一塊隔板或幾塊隔板進(jìn)行焊接，以免造成波浪變形和扭曲變形；原則是減小熱輸入的集中，盡量以約束形式，確保構(gòu)件的不變形；

焊縫采用編號標(biāo)識，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ數(shù)字表示，按編號位置順序施焊，如圖示

Ⅰ隔板焊縫（手工跳焊）Ⅱ隔板側(cè)面焊縫（手工跳焊）Ⅲ筋板側(cè)面焊縫（手工跳焊）Ⅳ筋板底面焊縫（手工跳焊）Ⅴ箱梁主焊縫對稱半自動(dòng)焊接Ⅵ手工焊接

（3）隔板與頂板焊縫Ⅰ的焊接：隔板焊縫Ⅰ是頂板與底板的焊縫，焊縫數(shù)量較多，且為雙面角焊縫，腹板對頂板雖起到一定的約束，同時(shí)焊接仍會(huì)引起頂板的角度形，實(shí)驗(yàn)梁施工時(shí)發(fā)現(xiàn)同時(shí)焊接隔板與頂板兩側(cè)角焊縫，引起的角變形會(huì)無法滿足要求，因此采用小焊角≥0.7t，t為板厚；由中間向兩邊同時(shí)由兩位作業(yè)人員進(jìn)行隔板單面跳焊，隔板的焊縫分四次完成，焊接電流采用180～220A，盡量采用下限焊接，以減少熱輸入量；

（4）筋板與頂板焊縫Ⅳ焊接：焊接方式與Ⅰ相同。

（5）隔板與腹板的焊縫Ⅱ焊接：隔板焊Ⅱ是頂板與腹板的焊縫，焊縫數(shù)量較多且較長，同樣為雙面角焊縫，頂板對腹板起到一定的約束，但腹板與底板端為自由端，是控制的重點(diǎn)，焊接時(shí)將槽梁放平，采用平角焊接，同時(shí)內(nèi)部加設(shè)標(biāo)準(zhǔn)鐵件進(jìn)行支撐，采取小焊角≥0.7t，t為板厚；由中間向兩邊同時(shí)由兩位作業(yè)人員進(jìn)行隔板單面跳焊，隔板的焊縫分四次完成，焊接電流采用180～220A，盡量采用下限焊接，以減少熱輸入量；待焊接完成且焊縫冷即至室溫進(jìn)行對向腹板與隔板焊縫的焊接，焊接完成后拆除支撐；

（6）頂板與腹板四條主焊縫Ⅴ的焊接：內(nèi)部隔板焊接完成，拼裝完底板后，進(jìn)行四條主焊縫的焊接；內(nèi)部隔板與筋板對鋼梁的焊接變形起到一定的約束作用，但四條主焊縫為全熔透坡口焊接，焊接熔敷金屬量及熱輸入量大，為確保構(gòu)件變形量最小，必須采用對稱焊接，并采用盡量小的焊接電流，同時(shí)采用多層多道焊接，嚴(yán)格控制層間溫度；腹板為10mm，坡口為單邊V形35度坡口，分三道焊接，第一層為打底，第二層為中間層，第三層為蓋面；層間溫度控制在150～200℃之間；焊接順序如下圖：

（7）焊接熱輸入的計(jì)算：頂板與腹板四條主焊縫Ⅴ的焊接可歸結(jié)為平角焊，箱梁頂板底板焊接熱循環(huán)在三個(gè)方向，由于頂板為自由端，易造成角變形，必須要計(jì)算每一層的熱輸入，與實(shí)際驗(yàn)證梁構(gòu)件變形是否基本吻合，及材料熱影響區(qū)力學(xué)性能，即T形角焊縫的力學(xué)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，以確定工藝參數(shù)范圍；

（注：Q熱輸入量J/cm，U電弧電壓，I焊接電流，V焊接速度cm/s；）

按雙向散熱平均值為6KJ/cm，焊接后對焊接接頭進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)延伸率指標(biāo)均大于20%，符合設(shè)計(jì)要求；頂板自由端變形量塞尺檢查，變形量單邊0.2mm，雙邊累積≤0.4mm，滿足要求；因此制定的焊接電流電壓工藝參數(shù)以上限控制可保證構(gòu)在焊接完成后滿足工藝要求；

4、梁與梁端連接的工藝控制措施：

（1）梁長度控制：主箱梁焊接完成檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行端部固、活枕的拼裝，以固枕底座中心線為基準(zhǔn)，進(jìn)行梁總長控制，進(jìn)行端面銑，控制梁的總長度；安裝梳齒板連接板，端銑梳齒板連接板，以固枕端為基準(zhǔn)，控制活枕端梳齒板總長度，安裝固枕端梳齒板反向定位控制間隙；

（2）梳齒板間隙控制：預(yù)拼裝相鄰軌道梁，配鉆活枕端梳齒板連接板，以保證活枕與固枕端連接板的間隙；

5、預(yù)拼裝的控制要點(diǎn)：預(yù)拼裝是制作工序成后對多件梁安裝綜合誤差是否滿足安裝要求，以驗(yàn)證單件構(gòu)件誤差積累，是檢驗(yàn)制作工藝合理改進(jìn)的重要方法，本項(xiàng)目鋼梁存在直線梁與曲線梁，主要控制指標(biāo)及處理措施：

（1）固枕與固枕間距：是保證梁現(xiàn)場安裝精度的主尺寸，全尺寸復(fù)核；

（2）梁端間隙：梁端間隙包括梳齒板連接板間隙、梳齒板齒間縱向、橫向間隙，梁端連接件已確定配鉆的工藝措施；

（3）預(yù)拼梁頂板平整度：梁的頂板平整度是指接頭處梁的誤差積累及整體連續(xù)測量的平整度，即2mm/2000mm；

五、結(jié)束語

對于薄板箱梁結(jié)構(gòu)外形尺寸工藝精度要求較高的情況下，尤其是平面度，每道工序必須嚴(yán)格控制裝配及施焊工藝才能保證質(zhì)量要求，特別是焊接工藝順序及熱輸入量，操作稍有違反工藝，對結(jié)構(gòu)引起的扭曲變形影響是無法估量的，可能會(huì)造成結(jié)構(gòu)整體裝配精度不合格，產(chǎn)生報(bào)廢的嚴(yán)重后果；加強(qiáng)工藝改進(jìn)，提高工人操作技能、嚴(yán)格工序檢驗(yàn)，持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量是新產(chǎn)品開發(fā)不變的主題。

（作者單位：十四冶建設(shè)集團(tuán)云南爐窯工程有限公司）