大跨度曲线钢箱梁焊接中变形的控制

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　　前言
　　钢箱梁又叫钢板箱型梁,一般用在跨度较大的空间结构中。在桥梁上应用较为广泛,这是因为其外型像一个箱子,故称之为钢箱型梁。如果钢箱型梁外观为曲线,则称之为曲线钢箱型梁。
　　曲线钢箱型梁结构形式较其它形式较为复杂,技术含量较高,在加工制作过程中焊接输入量较大,易变性。如果在装配时精度没有掌握好,将会出现扭转变形,这样半成品构件变形很难校正,所以在加工制作时选择合理的焊接顺序,特别是采用"角焊缝斜角焊"的焊接工艺,将曲线箱型梁的焊接变形消除在焊接过程中。从而彻底解决曲线钢箱型梁的焊接变形问题。
　　
　　1. 工法特点
　　通过对焊接工艺的研究及改进,对曲线钢箱型梁加工过程中产生的变形有效地控制,对今后类似工程有较强的指导意义。
　　
　　2. 适用范围
　　本工法适用于大空间结构体系及高架桥梁工程中曲线钢箱梁的加工制作。施工安全性能好,制作造价较低,不受施工场地限制,在钢结构厂房中即可。其他类似大跨度钢箱型吊车梁可参照本工法执行。
　　
　　3. 工艺原理
　　将两条主角焊缝按同一加工工艺、同一焊接速度、同一倾斜角度一次焊接完成,这样产生的焊接变形可以相互抵消,可以一定程度消除焊接变型的产生。下一步工作就是要通过制作工艺改进,试验新的
　　“角焊缝斜角焊”焊接工艺,将曲线钢箱型梁的焊接变形消除在焊接过程中,从而彻底解决曲线钢箱型梁由焊接应力而产生的焊接变形问题。
　　
　　4. 工艺流程
　　原材料检验 → 号料 → 下料 → 打磨开坡口 → 肋板组焊 → 角焊缝CO2斜角焊(U形组焊) → 箱型组装 → 角焊缝CO2斜角焊(箱型焊接) → 检验 → 抛丸除锈 → 涂装 → 入库。
　　
　　5. 制作工艺
　　5.1更加完善的火焰切割工艺参数,使下料尺寸偏差控制±
　　1.0 mm以内,曲线钢箱型梁上、下翼板的平面度偏差控制±3.0 mm以内,确保火焰切割质量。切割前根据切割的尺寸和精度要求确定切入点和退出点、切割方向和切割顺序,以更好的消除切割热变形的影响。
　　5.2 组装
　　5.2.1组装方面工艺部门在预拼装前应编写出详细的各部位节段构件预拼装工艺。包括场地布置、临时支撑台座、预拼装顺序、安装时模拟三维坐标、检查等方法。
　　5.2.2为了保证构件的几何尺寸,提高劳动生产效率,应在底板上划出中心线和各内肋板的位置线,将已经加工好的内肋板拼装在底板上,组对侧板时先焊垫板,垫板边缘与中心线平行,尺寸允许偏差±1.0 mm以内。利用千斤顶使底板与侧板下部紧贴,并使用侧向夹紧工装使侧板与箱体内肋板贴合,然后进行定位焊,定位焊长度(30-50)mm,焊角高度(3-4)mm,间距(400-500)mm,手工焊接内隔板与箱体底板和两侧盖板的连接焊缝,检查合格后组装箱体上翼缘板,焊缝两端设引弧板和引出板,组装允许偏差为:截面高度在0-3.0 mm,截面宽度控制在0-2.0 mm,截面对角线控制在3.0 mm。
　　5.2.3 如上图焊接顺序为:同时、同向、对称焊接两条焊缝1、1“的1~3层,然后焊2、2”的1~3层;回过来焊1、1“的4~6层,然后焊2、2”的4~6层;以此类推。具体见下表:
　　5.2.4四条主纵焊缝主要采用CO2气体保护焊,焊缝为全焊透T型焊缝,坡口形式为单面V型坡口,焊接时采用双数焊工对称施焊 ,
　　即底板处的两条主角焊缝同时焊接,焊枪侧向翼板成30º±2左右角,焊接第一遍;焊枪侧向侧面板,即与侧面板成30º±2左右角焊接第二遍,待完全冷却后进行校正。本方法同样适用箱型钢吊车梁的加工制作。曲线型钢箱梁焊接时也采用双数焊工同时进行施焊,方法为1、先焊内侧两条主焊缝,此时焊枪倾向内侧板30º±2角焊第一遍,而后焊枪倾向内侧板60º±2角焊第二遍,2、在由双数焊工焊外侧两条主焊缝,此时焊枪倾向外侧板30º±2角焊第一遍,而后焊枪倾侧板60º±2角焊第二遍,坡口形式为单面V型坡口。
　　5.2.5轻微的变形采用冷校正或火燃加热矫正方法。冷校正时应缓慢加力,室温不低于5℃,冷校正的总变形量不得大于2 %。火燃加热矫正就是利用火燃局部加热时产生的压缩性变形,使金属在冷却后收缩,来达到矫正变形的目的。矫正后的构件表面不得有凹痕和其他损伤。
　　本工艺所采用的技术参数如下表。
　　5.2.6 内肋板的最后一条焊缝焊接采用熔嘴电渣焊,该焊接选用细直径焊丝,起弧时电压稍高一些为45~50V,正常焊接时电压为35~40V配用直流电源,电流密度大(取380~460A),可提高焊接速度。
　　
　　6. 焊接材料
　　6.1 焊材的选用:
　　CO2气体保护焊的电弧及熔池处于氧化性气氛中,使用的焊丝必须考虑加入脱氧成分Si并补充母材中Mn、Si的损失,因此对于碳钢和一般低合金结构钢必须使用H08Mn2Si。
　　
　　7. 质量控制
　　7.1原材料的控制
　　7.1.1 按公司《原材料外购件采购管理程序》和《外协产品采购管理程序》进行物资的采购、验收、保管等工作的文件执行。
　　7.1.2 钢材由公司负责人与业主确定的供货方洽谈材料质量,验收规定,并签订供货合同。公司负责人按有关技术标准进行焊接材料,油漆等物资的采购。
　　7.1.3技术部门依据焊接工艺评定试验确定焊接工艺规程,规程中对焊材、焊剂以及焊接辅助材料的型号与数量予以明确。
　　7.2 原材料检验的控制
　　原材料进厂时必须验证随钢材交付的质量合格证,并根据给定的质量标准,按照国家相关文件规定,对进厂原材料送到具有CMA资质的检验单位依据相关标准对钢材的性能进行二次复验,合格方准入库。不合格的原材料要求退回原厂。
　　7.3 油漆的质量控制
　　油漆必须在有效期内用完,做到先入库者先使用,严禁使用变质的油漆。
　　7.4 制作过程控制
　　组织贯彻执行制作工艺文件,严格工艺纪律,保证生产人员按标准工艺、按图纸进行产生。保证工序处于受控状态,产品质量满足制造规则和图纸要求。钢板下料前应消除轧制应力。
　　7.5 预拼装质量控制
　　由技术部门制定预拼装工艺,经总工程师批准后下发执行,生产厂长组织员工严格按照工艺进行拼装作业。
　　7.6 焊接质量控制
　　钢结构车间具体负责生产现场焊接质量控制工作。要求焊工持证上岗,并接受焊接工艺文件的技术,严格执行焊接工艺规程。
　　7.7 特殊过程、关键过程的控制
　　箱体四条主焊缝为全焊透T 形焊缝,焊接时,选用φ1.2焊丝打底三遍,从第四遍开始选用φ1.6焊丝进行多层多道焊,每一焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物,发现影响焊接质量的缺陷时,应清除后方可再焊。在连续焊接过程中层间温度控制在100~200度,焊接过程中除盖面层外均用风铲敲击焊缝,减少焊接应力,减少变形量。严禁焊道宽大于10mm ,每道焊缝熔敷金属最大厚度3mm 。
　　7.7.1 板块的几何尺寸精度控制
　　按《钢结构结构工程施工质量验收规范》(GB50205)的规定执行。
　　7.7.2 钢箱梁四条主焊缝的质量控制
　　按《钢结构结构工程施工质量验收规范》(GB50205)的规定执行。焊缝经外观尺寸检查合格,并经100%超声波探伤检查,达到一级焊缝质量要求。
　　
　　8. 安全措施
　　组织建立安全组织机构,责任明确、制度健全、管理到位、并要求每一生产人员认真执行本岗位安全操作规程,特别作业人员必须持证上岗。
　　
　　9. 环境保护措施
　　9.1严格执行国家、地区有关环保的法律、法规、和规章制度。
　　9.2实行环保责任制、项目经理是环保第一负责人,各班组设环保负责人。
　　9.3施工运输车辆开出施工场地前要冲洗车轮,避免带泥入公路。
　　
　　10.效益分析
　　10.1节约矫正用氧气、乙炔:
　　 氧气 4 m3/吨x4元/ m3=16元
　　 乙炔 1.8 m3/吨x16元/ m3=28.8元
　　10.2节约矫正用起重机机械台班
　　 10吨行车 0.8台班
　　800元/台班x 0.8 x 0.25(使用系数)=160元
　　10.3节约人工:
　　55元/工日x 2.85工日=156.75元
　　合计:361.55元/吨
　　1根环型钢箱梁桁架共重63.232吨,共节约22861元。
　　
　　11.应用实例
　　鞍山市体育馆中心加强环是由上、下两个环型钢箱梁与直线钢箱梁组成的桁架体系,其结构尺寸分别为:最大外径D1=8.35m;型心轴直径D2=8m,桁架总高H1=1.84m;轴线高为H2=1.6m;总重为63.232t。我们应有本工法进行加工制作圆满的完成了本次施工任务,其质量得到甲方和监理及质检部门的认可和赞许。

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