大截面箱型梁防變形制作工藝研究

張卓 李東洋

摘要：隨著我國機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的大型箱型構(gòu)件已經(jīng)成為機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的重要結(jié)構(gòu)。本文主要研究大截面箱型梁制作過程中，防變形工藝這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)而解決大型箱型梁結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造問題，為機(jī)車制造工業(yè)提供有力的支持。

關(guān)鍵詞：大截面箱型梁;變形;預(yù)防;預(yù)撓

一、焊接變形預(yù)測

箱型梁焊接工程量大，焊接變形難以控制，出現(xiàn)變形后不易矯正。箱型梁的變形其主要原因就是焊接變形，所謂焊接變形是指箱型梁在焊接過程中，由于施焊過程不均勻的加熱與冷卻引起的變形以及焊接完成后在構(gòu)件中的焊接變形現(xiàn)象。針對(duì)焊接變形對(duì)焊件結(jié)構(gòu)影響的不同層次，焊接變形可分為整體變形和局部變形;而從焊接變形特點(diǎn)的不同來看，局部變形又可分為：波浪變形和角變形;而整體變形又可分為扭曲變形、收縮變形、彎曲變形。

二、防止焊接變形的對(duì)應(yīng)措施

（一）角變形

角變形主要體現(xiàn)在箱型梁的腹板與底板在組焊的時(shí)候角度發(fā)生變化，主要是因?yàn)槲覀冊谟脝蚊嫱馄驴诤附幼冃螘?huì)導(dǎo)致腹板與底板的角度變大。此類變形結(jié)合箱型梁的構(gòu)造采取合理的制作工藝，我們將組裝順序設(shè)計(jì)為：下蓋板→隔板→腹板→上蓋板，這種方式可以有效的緩解角變形對(duì)箱型梁外觀尺寸的影響。

（二）彎曲變形

彎曲變形主要體現(xiàn)在上、下蓋板及左右腹板在焊接后產(chǎn)生面彎曲，下蓋板和左右腹板的彎曲變形可以采用合理的焊接工藝控制其變形過程。首先箱型梁的制作、組裝應(yīng)該在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的水平面上進(jìn)行，該平臺(tái)應(yīng)確保所受的自重壓力的程度足夠大，不會(huì)出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象，以滿足構(gòu)件組裝的基本要求。我們針對(duì)隔板與三個(gè)面的焊接采用雙面坡口，并且進(jìn)行對(duì)稱焊接，這樣的工藝過程可以較大幅度的減少面彎曲;采用剛性支撐方鋼，支撐方鋼在箱型梁的縱向排布間隔距離不能大于1.5米，高度方向排布間隔距離不能大于400，采取這樣的措施可以最大限度的減少左右腹板的彎曲變形。

（三）收縮變形

收縮變形體現(xiàn)在箱型梁的各個(gè)焊接部位，但是在箱型梁中體現(xiàn)較為突出的是箱型梁隔板和下蓋板的焊接，如果不采取措施焊接完成后隔板或蓋板鼓起的現(xiàn)象非常明顯，這樣我們在隔板或蓋板的兩側(cè)均采用剛性固定的方式減少收縮變形量，通過對(duì)箱型梁隔板的上下面均采用剛性固定的方式可以完全有效的防止收縮變形量過大。

（四）扭曲變形

扭曲變形主要體現(xiàn)箱型梁在焊后產(chǎn)生整體變形，造成箱型梁扭曲變形的主要原因就是箱型梁的主要焊縫節(jié)點(diǎn)分布不對(duì)稱的原因。焊縫較長的焊件可以采用分中對(duì)稱焊法、交替焊法，為防止箱型梁發(fā)生整體變形，我們專門設(shè)計(jì)四個(gè)主要焊縫的位置，保證高度對(duì)稱，以減小焊后箱型梁發(fā)生扭曲變形。

（五）波浪變形

波浪變形主要發(fā)生在箱型梁的蓋板與隔板焊接時(shí)采用電焊局部熱量過大發(fā)生不連續(xù)的變形，為防止這種變形，在焊接蓋板與隔板之前先將蓋板與兩腹板進(jìn)行焊接3～4層后，并在蓋板與隔板焊接部位的上表面以焊縫為中心加焊肋條，肋條的厚度不能低于45mm，且肋條間距不能低于100mm，通過這種措施可以緩解電焊所產(chǎn)生的波浪變形，加強(qiáng)每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的過程控制，合理的搭配組裝與焊接工藝，以上所述的整體及局部變形均得到了很好的控制。

三、組裝工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化后的組裝順序：先放置下蓋板，接著組裝隔板并定位焊接，緊接著組裝腹板，然后進(jìn)行隔板焊接，最后組裝上蓋板。組裝之前，上下蓋板、兩側(cè)腹板、中間隔板應(yīng)分別對(duì)其進(jìn)行平直校正。

（一）隔板與下蓋板組裝及隔板定位焊

首先在平臺(tái)上將下蓋板放置妥當(dāng)，然后在下蓋板上根據(jù)圖紙將隔板位置的中心線劃出，以中心線為基準(zhǔn)，分別向兩端畫線，定位各個(gè)隔板的尺寸位置，保持隔板與基準(zhǔn)面垂直，隔板垂直度檢驗(yàn)合格后定位焊接。與此同時(shí)，下蓋板與各個(gè)隔板之間設(shè)置臨時(shí)支撐并點(diǎn)固。

（二）腹板的組裝

大型而較長的箱型梁，如機(jī)車底架中梁等，腹板、下蓋板和上蓋板都是由兩段或三段拼接起來的;首先在平臺(tái)上畫出三條直線，分別是兩腹板和下蓋板的拼接（直線度）基準(zhǔn)線。

箱型梁的腹板、下蓋板和上蓋板拼接完后，加引弧板施定位焊接。在焊接時(shí)要做好反變形的預(yù)防措施，應(yīng)在焊接部位下方加墊板，墊板高度應(yīng)稍微大于所要焊接的板材厚度，通常是底板厚度的1.5～2倍（相對(duì)大型梁）。三條中心點(diǎn)的重合，是組對(duì)箱型梁最主要的質(zhì)量保證;防止箱型梁扭曲最有效的措施，就是在點(diǎn)焊腹板時(shí)，一定要保證左右兩腹板在水平面上的平行。

（三）隔板的焊接

在這個(gè)過程中，只能對(duì)隔板與下蓋板、兩側(cè)腹板之間進(jìn)行焊接，焊接方法采用CO2氣體保護(hù)焊，并要求焊接為全熔透性焊形式，根據(jù)板厚的不同，隔板跟下蓋板之間以及隔板與兩側(cè)腹板之間的焊縫焊接若干遍，構(gòu)件達(dá)到一定穩(wěn)定剛性后，將箱型梁左右翻轉(zhuǎn)90°，將兩側(cè)腹板與隔板之間的焊縫進(jìn)行焊接，上下翻轉(zhuǎn)箱型梁，根據(jù)焊接要求，完成隔板與下蓋板、兩側(cè)腹板連接的三個(gè)面焊縫的焊接工作。

（四）上蓋板的組裝與焊接

組裝上蓋板相對(duì)來講非常的簡單，將已調(diào)校好的板料蓋上就大功告成，上蓋板放置到位之后，用直角尺檢測上下蓋板平行度及截面對(duì)角線。截面對(duì)角線不大于2㎜。選用CO2氣體保護(hù)焊的焊接方法對(duì)兩側(cè)腹板與上蓋板之間的主焊縫完成打底焊接，然后再對(duì)主焊縫采用多道焊接方式。這樣，箱型梁的整個(gè)組裝工序便宣告完成。焊接箱型梁是由四名電焊工從箱型梁中心點(diǎn)開始，分別向兩側(cè)焊接，焊接規(guī)范和焊接速度要保持一致。防止焊接受熱不均所帶來的焊接變形。對(duì)于大型較長的箱型梁，在組對(duì)焊接完成后，必須有一定的撓度，根據(jù)不同箱型梁結(jié)構(gòu)要有不同的撓度，一般情況下，撓度值應(yīng)保持L/1000高度。

四、焊接工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)于箱型梁構(gòu)件上下蓋板與兩側(cè)腹板構(gòu)成的四條主焊縫，在確保焊接質(zhì)量的條件下，主焊縫坡口形式選用的是小角度坡口，焊接量的減小，從而產(chǎn)生線能量輸入降低的效果，對(duì)焊接變形能夠有效的控制，焊接坡口的角度最小可降低到35°，為了方便組對(duì)，確保組對(duì)精度，采用機(jī)械加工焊接坡口，這樣可產(chǎn)生均勻的組對(duì)間隙，為后續(xù)焊接變形的有效控制提供便利條件。

結(jié)束語

1）材料加工前優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能減少焊縫并對(duì)稱分布，定尺備料，避免拼接縫，原則上箱型柱的蓋板、腹板不拼接，若不得已拼接，必須先拼接，經(jīng)校平后再下料。下料尺寸必須精確，最終凈尺寸機(jī)械加工為佳;主焊縫坡口選用45°坡口，坡口加工采用機(jī)械加工。這是防變形工藝的第一步。

2）嚴(yán)格控制組裝順序及組裝精度，特別是組裝精度，必須按照組裝精度要求執(zhí)行，確保組對(duì)間隙的均勻性;組裝后的箱梁整體直線度不得大于2 mm，各部件彼此的垂直度必須達(dá)標(biāo)，并按工藝要求加設(shè)方鋼提高箱梁剛性。此為防變形工藝的第二步。

3）箱型梁的撓度一般都是利用氧-乙炔焰加熱鋼結(jié)構(gòu)部件的方法來實(shí)現(xiàn)的。預(yù)燒撓度時(shí)，采用三角形加熱法，要在箱型梁中心線向外兩端300㎜左右位置上，呈正三角形，由尖點(diǎn)向底面逐漸燒烤，同時(shí)加熱相應(yīng)部位的下翼緣板?；鹧鏈囟纫莆赵?00～720度左右，火焰顏色呈微黃。預(yù)燒撓度時(shí)要避免箱型梁局部位置凸起或凹陷現(xiàn)象，箱型梁直線方向要平緩過渡，以保證產(chǎn)品達(dá)到技術(shù)要求所規(guī)定的撓度。此為防變形工藝的第三步。

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