钢箱梁制作工艺及现场拼接控制

钢箱梁制作工艺及现场拼接控制摘要钢箱梁制作难度大且工艺复杂，主要表现在其组合零部件多，厚板焊接量大，焊接产生的变形难以矫正以及箱内焊接缺陷无法修补等。在大量生产实践的基础上，从钢箱梁零部件余量的控制、制作工艺流程、焊接变形的预防与矫正以及现场拼装精度的控制等几个方面，对钢箱梁的制作工艺技术进行分析和总结。关键词钢结构箱型梁制作工艺现场拼接控制MANUFACTURINGTECHNIQUEOFSTEELBOXBEAMANDITSSITESPLICECONTROLABSTRACTTHEMANUFACTURINGOFSTEELBOXBEAMISDIFFICULTANDITSTECHNIQUEISCOMPLICATED，WHICHMAINLYMANIFESTSTHATITHASMANYCOMBINEDCOMPONENTSANDLARGENUMBERSOFWELDINGWORKOFTAICKSTEELPLATES，THEDEFORMATIONCAUSEDBYTHEWELDINGISDIFFICULTTOCORRECTANDTHEWELDINGDEFECTSINSIDETHESTEELBOXCANNOTBEREPAIREDBASEDONLOTSOFMANUFACTURINGWORK，ITISGIVENANANALYSISANDASUMMARYOFMANUFACTURINGTECHNIQUEOFSTEELBOXBEAMINRESPECTOFTHECOMPONENTSRESIDUALCONTROL，MANUFACTURINGFLOWCHART，PREVENTIONANDCORRECTIONOFWELDINGDEFORMATIONANDPRECISIONCONTROLOFSITESPLICEKEYWORDSSTEELBOXBEAMMANUFACTURINGTECHNIQUESITESPLICECONTROL1钢箱梁的构造特点钢箱梁由4块钢板（即2块外宽板和2块外窄板）焊接组成，连接4块外板的4条焊缝按强度要求需分段加工成全焊透坡口（CP型）与局部焊透坡口（PP型）两种形式。局部焊透坡口（PP型）适用于断面较小且强度要求低的钢箱梁；全焊透坡口（CP型）适用于大断面、大跨度的钢箱梁，如图1所示。箱型梁两端及有连接件的部位需设置内隔板,作为强度加劲板。隔板焊接采用手工电弧焊和熔化嘴焊接配合使用。大跨度钢箱梁采用分段制作，由工厂加工成半成品梁段后，运输至现场采用对接式拼装，最终完成大跨度钢箱梁的制造。2钢箱梁制作工艺流程钢箱梁的制造分为外板条的加工、隔板的加工、外板条与隔板的组装、隔板焊接、钢箱梁外板焊接、隔板熔化嘴焊接、无损探伤检验以及工地现场拼接等主要工艺流程，工艺流程如图2。3钢箱梁零部件切割余量的加放原则由于钢箱梁设计图纸仅提供设计尺寸，未考虑制作加工余量和焊接收缩余量。因此，零部件下料时必须在设计尺寸的基础上加放切割加工余量和焊接收缩余量。余量的加放原则是在构件长度方向上只加放焊接收缩补偿值和机加工余量，不再加放装配余量，各部分余量在各道工序中逐步减小，使最终的累积误差近似于零。1）钢箱梁的4条外焊缝在施焊过程中会造成箱梁长度方向和宽度方向收缩，因此外板条在下料时，在长度方面上每米加05MM的焊缝补偿值；宽度方向收缩依靠内隔板加放余量定位控制。2）如果采用套裁下料，外板条需接长，会产生对接平焊缝，因此每道焊缝的外板条长度方向加放4MM拼接收缩余量。3）在4块外板条中，两宽板在宽度方向上各加放2MM余量，两块窄板其中1块在宽度方向上减2MM负量，另1块按设计尺寸不加余量，且窄板宽度只允许负偏差。4）由于把箱内隔板作为钢箱梁外围几何尺寸的定位控制基准，所以箱内熔化嘴焊的隔板整体部件的四周每边各加放4MM机加工余量，边缘机加工后每边各留1MM收缩余量。4条焊缝焊接过程中会造成箱梁断面缩小，所以利用隔板长宽方向加放的收缩余量控制钢箱梁的断面几何尺寸。零部件的下料尺寸为设计尺寸加上述余量，为了保证箱型梁内各道隔板及箱型梁外各连接板之间相对位置的正确，各余量要分别加放在各段尺寸中，而不能集中加放在一端，特别是在外窄板上的熔化嘴焊孔的位置，必须在各孔之间设计尺寸上加补偿值，并在一端分别加放机加工余量，另一端加放切割余量，这样才能确保熔化嘴孔的准确位置，此项工序控制可用制作钻孔位置样板带加以控制。4钢箱梁长板条的下料与校正板条下料前，应根据板条宽度的设计尺寸与原材料钢板的定尺配料，尽量减少多余边料，降低材料损耗，并对原材料钢板的轧制偏差进行处理，由于轧制偏差会产生边线不垂直或卷边毛边现象，划线时应去掉原材料钢板的毛边。另外，由于切割产生割缝，因此，割缝间要根据板厚的不同以及割嘴精度差别正确加放补偿值，一般加放2MM补偿值。板条宜采用多头高精度门式数控切割机切割。切割技术要求；由于窄板条的长边为焊缝熔合边，边缘的表面粗糙度不大于50106M；宽板条两边为自由边，表面粗糙度为100106M以下；割缝边缘垂直度超差不得2MM；板条宽度尺寸误差1MM，且窄板宽度不允许正公差。首先清除构件切割边缘毛刺，然后打磨清理，自由边如有缺陷，预热后手工补焊，预热方法采用割炬火焰局部加热至150左右，经补焊并自然冷却后用磨光机磨平。如果加工的坡口内有缺陷，不宜补焊，只能采用磨光机磨成光顺凹坑且应圆滑过渡。板条切割后必须经过矫正才能进入下道工序，主要是保证板条的平整和消除应力。5熔化嘴焊隔板的制作与焊接钢箱梁内熔化嘴焊隔板是箱梁制作中的关键零部件，制作精度极其关键。为了保证质量，板部件应集中批量加工，四周加放机加工余量及焊接收缩余量。分两次下料，即先用门式多头切割机切开长板条，然后用半自动切割机切断。隔板部件下料完后，对隔板四周边缘要进行机加工，主要采用刨边机刨边，由于隔板与外窄板相连的焊缝必须焊透，因此，隔板这两边需加工成双面坡口。隔板的另外两边利用4块夹板分别与箱梁外宽板相连且夹板与箱梁外宽板手工电弧焊焊一道角焊缝，夹板与隔板可用间断焊焊接。于是箱梁外宽板和隔板以及2块夹板共同组成一个密封空间，作为熔化嘴焊的铁水熔池。为了保证隔板与箱梁外板的密合，隔板的组装一般在隔板组立机上进行，如图3所示。6切割件的边缘加工及坡口加工要求钢箱梁的外板4道角焊缝按强度要求设计成全焊透（CP型）坡口和局部焊透（PP型）坡口两种形式。有时根据受力情况以及强度要求的不同，两种坡口形式混合使用，于是两种坡口交界处就形成一个过渡段，过渡段一般取在PP型坡口区域内，过渡段长度为40MM，如图4所示。切割件的自由边缘一般采用角向磨光机人工打磨，确保表面粗糙度要求，若切割边需作为熔合的焊接边时宜采用机加工。焊缝坡口一般采用半自动气割机两边对称同时切割，加工坡口时应严格控制角度和各部的尺寸，必要时应先在边缘上划好切割线，按切割线切割，坡口加工角度误差不大于25。如果坡口加工精度要求高且设计要求机加工时，为满足设计精度的要求，坡口加工首先采用刨边机刨边，然后采用机械倒边机加工坡口。7划线样板和检验样板的准备为了对箱梁各零部件的准确位置进行统一控制，以及对成型的箱梁进行有效的质量检查，需制作2块工具样板，作为辅助工具使用，可用厚度为4MM的冷轧板制作。其中1根为装配划线钢带，用于箱内隔板安装和窄板钻孔划线，钢带样板上要标明上口和下口线、箱内各道隔板位置线和厚度方向以及熔嘴焊的眼孔中心线等，这些线必须考虑机加工和切割余量，以及各段尺寸中加放的焊接补偿值，如图5所示。另1根为检验样板，用于箱形梁铣头、安装箱外附件的控制位置和检验。样板上要标明两端铣切线，连接板位置线以及其他部件的位置线，其中连接板钻孔要以基准眼孔的中心线作为定位点，不能以板的边缘定位，使检验样板的各段尺寸均为设计尺寸。8钢箱梁制作工艺过程钢箱梁的制作工艺过程如图6所示。1）组装钢箱梁前，根据钢箱梁的外形几何尺寸制作组装胎架，胎架上表面水平度误差允许偏差1MM。2）将1块宽板吊上胎架，利用划线样板划出中心线，箱内隔板位置线及上口和下口工艺性加强板的位置线，并标明厚度方向以及窄板安装位置线。3）安装箱内隔板，安装时要求隔板中心线与宽板中心线对准，并保证全部隔板的边缘在同一条直线上，且隔板的熔化嘴焊槽线与宽板的焊孔位置线对准。4）实施定位焊，焊前火焰局部预热至150。夹板与隔板采用间断焊接，夹板与宽板用于手工电弧焊焊一道焊高为6MM的焊缝。5）吊装1块窄板，其上下端必须与宽板的上下端对齐。6）吊装另1块窄板，在组装胎架上，由两块窄板和1块宽板拼成型，其上下端必须与下面的宽板对齐，并且焊孔位置线必须与隔板的熔化嘴焊槽对准。拼装过程中，随时采用螺旋千斤顶顶紧，确保内表面与隔板贴紧，局部间隙不大于05MM，经常用塞尺检查，间隙超标的，重新顶紧后，再施定位焊。7）焊接隔板两侧与窄板的焊透角焊缝。采用手工电弧焊焊接，并分层施焊，先打底后盖面。焊接另一边时，必须采用碳弧刨清根，然后再打底和盖面。随时测量并及时矫正变形。8）安装箱内衬板并焊接，注意衬板比焊缝两端各长50MM以上，并在一条直线上，衬板与箱板要焊接牢固，以免脱落。9）盖面最后1块宽板合拢成箱型梁，合拢前应将箱内隔板位置线引出划在外板上，以备熔化嘴焊缝超声波探伤检测时能找准位置。为保证外板4道埋弧焊自动焊的起弧质量，应在外板四角位置装好引弧板，引弧板要符合规定要求并焊牢，然后交下道工序焊接。10）焊接在专用胎架上进行，焊前必须按焊接工艺评定卡要求进行预热，每条焊缝根据板厚和焊缝高度要求分层分多次施焊，一般是先打底焊，然后再施盖面焊。4条焊缝的焊接顺序必须按对角对称施焊，因此必须多次翻身配合。焊接过程中随时对变形情况进行观察和测量，包括弯曲、扭曲、角尺度变形，发现异常情况随时矫正。11）4条焊缝焊接完后，对焊缝进行超声波探伤检查，发现缺陷，将缺陷部位利用碳弧刨刨除，然后重新修补。12）根据划线样板的确定位置，将熔化嘴焊孔钻穿，进行熔化嘴焊接。熔化嘴焊接按自上而下的顺序进行，先从下窄板焊孔开始起弧，最后到上窄板焊孔收弧结束，切忌中间有断弧现象。为了保证下窄板焊孔段的起弧质量，必须在在下窄板焊孔外放置等径的起弧铜套管。熔化嘴焊接完后，去掉起弧铜套管即可，如图7所示。焊接后进行超声波探伤检查，检查有无断弧或未熔合质量。13）对成型的箱梁几何尺寸和外观初步检查，包括总长、宽度及变形情况，对超出允许偏差的变形进行校正。14）矫正钢箱梁至符合标准后，将钢梁放在平台上，再利用划线样板划线，划线的内容包括四个面的中心线、两端头铣切加工的控制线、连接板和附件安装的位置线，然后送下道工序铣端头。15）机加工结束后，安装好钢箱梁附件，并加工好端头拼接的坡口，安装附件要以眼孔中心为定位点，需格外注意第一只眼孔边缘的距离。16）钢箱梁跨度超过24M以上时，需分两段或多段制作，半成品梁段制作完成后，在制作工厂进行预拼装，预拼装完后组对编号，最后运输至现场进行对接拼装。9钢箱梁现场拼接前的检测钢箱梁在梁段拼接施焊前，还有一个重要的工作就是对箱梁进行现场拼接前检测，需要对中线、箱梁总长及梁段端头坡口加工情况等进行检查，将所测量数据与梁段匹配（工厂预拼装）阶段的数据相比较，对出入较大的做好标记，及时给予调整处理。在测量钢箱梁对接中心线时，对于超出中心线允许偏差范围的，采用调节环缝间隙和微调梁段端口方法进行处理，修正消除其中心线超差部分。由于梁段工地拼接与梁段工厂制作匹配预拼装时受力不一样，加上梁段面板悬臂长度不一致，容易使拼接接头产生错边现象，出现错边量超过允许偏差，必须进行矫正和调整。温度对钢箱梁拼接精度影响不容忽视，由于拼接现场工地与工厂预拼装时存在温差，温差使梁段产生热胀冷缩现象，最终使箱梁的总长产生误差，因此在拼接前，必须先测量拼接现场的实际温度，再与工厂预接装时温度进行温差对比，利用经验公式计算出梁段长度变形量，在拼装时用间隙调整方法消除偏差。10钢箱梁现场拼接精度控制的重点项目钢箱梁对接经检测中心线和长度合格后，钢箱梁接头组装焊接工作才能开始。拼装中重点保证焊接点的精度和质量以减少焊接变形。第一项精度控制是调准拼装间距，按经过微调处理的环缝梁段间距，误差不超过05MM，用定位专用马板点固相邻梁段。第二项精度控制是调准梁段接口处的钢板对接平整度。对接处的钢箱梁外板矫平后，错边量误差应不大于05MM。对错边量超过允许偏差的，要进行调整处理。第三项精度控制是保证环缝每道焊缝的焊接质量。焊接参数严格按焊接工艺评定卡参数执行。为保证全天候作业的焊缝质量，工地焊接时要有防晒、防风、防雨的设施。11钢箱梁现场拼接施工工艺大跨度钢箱梁采用分段制作，拼装接头连接为全焊透对接。现场搭设拼装平台，在拼装平台上进行拼接操作。首先按设定的间距装配调准相邻两梁段，保证两梁段间的拼装间隙，用大型定位马板点焊定位。对于梁段在对接时形成的错边量，用火焰烘烤（注意温度控制），再加装定位马板校正。接着清理打磨焊缝坡口，有CO2自动焊打底焊。梁段的拼接环焊顺序宜先焊底板，然后再焊侧面。进行侧面焊接时，为减少变形必须从侧向两边对称施焊。焊接完成后，拆除定位马板，然后对焊缝进行超声波探伤检测。12钢箱梁接装总长的精度控制焊接收缩及温差等因素对钢箱梁的总长偏差产生很大的影响，因此钢箱梁的总长控制要引起足够重视。如果对总长偏差疏于控制，形成总长的误差超标，最终会由于积累误差无法消除而造成质量隐患。由于设计允许温度与工厂制作温度以及现场拼装温度不尽相同，且焊接