薄壁箱型梁制作工艺摘要:薄壁箱型结构较其它结构形式复杂,且焊接热输入相对较大,易变形,如制作过程中装配精度不够,出现累积变形将不易矫正,因此为保证箱体的结构尺寸,必须严格控制箱体的焊接变形,制定合理的制作工艺,严格各工序质量要求,做到严谨、科学、合理,本文通过轮胎式集装箱场桥大梁的制作,阐述薄壁箱型梁的制作工艺。
关键词:薄壁箱型梁焊接制作工艺1 轮胎式集装箱场桥大梁制作的特点及难点轮胎式集装箱场桥的结构件主要包括大梁、支腿、鞍梁等,其结构形式都为箱型梁,且材料板厚一般在6mm～14mm,因此称为薄壁箱型梁结构。
场桥的结构件中尤以大梁的制作难度最大,主要技术要求:如表1所示,约25m长的箱型梁的扭曲、旁弯、翼缘板和腹板波浪度等要满足规范要求,同时,按工艺要求两根大梁的拱度(二次曲线)在同截面高差不得超过2mm,所以对大梁的变形和拱度的控制更是轮胎式集装箱场桥结构件制作的难点。
2 轮胎式集装箱场桥大梁制作工艺2.1 下料箱型梁的结构尺寸偏差,一般有两种:一是在装配时各板的装配误差;二是焊接顺序不正确。
因此为避免出现累积变形,必须严格控制各工序质量。
零部件下料的精度将直接影响箱体装配时的误差,因此必须在设备和工艺角度严格控制下料尺寸偏差。
2.1.1 放样对结构件的面板、腹板及底板等在下料前进行放样,将焊接收缩余量、大梁拱度及焊缝位置布置等因素预先加以考虑,以保证成品结构件的尺寸满足设计及规范要求。
(1)收缩余量放置:面板、腹板及底板按1.2‰～1.3‰放焊接收缩余量。
(2)大梁拱度放置:按照设计要求,大梁成品拱度要求35mm(以本次制作为例),且必须为二次曲线。
在放样和下料时必须充分考虑将大梁的自重拱度(由结构自重引起的下挠值)与焊接收缩预拱度(由焊接顺序等的原因使结构收缩不均而引起的弯曲度),也即,大梁的制作拱度=成品拱度+自重拱度+焊接收缩预拱度。
大梁的自重拱度可以通过计算得到,而焊接收缩预拱度的取值决定于大梁的结构形式、焊缝位置分布、焊接顺序和焊接工艺等,只能按照经验取值。
采用本文所阐述工艺进行施工,本次大梁结构件的制作拱度取为60mm。
(3)盖板、底板与腹板的拼缝应相互错开200mm以上,与隔板、横向加劲筋和折角线等也错开150mm以上,在放样前对下料的尺寸及焊缝的布置即予以考虑,同时考虑对接焊缝收缩余量2mm。
(4)放样完成后,画出面板、底板与腹板的拼板图、大梁拱度图和各零部件的放样图,图中标明对应的件号、板厚、形位尺寸、收缩余量、中心线等。
2.1.2 号料(1)号料时在钢板上划出检查线、中心线、弯曲线,并注明接头处的字母记号、坡口型式等。
(2)号料后在钢材表面注明图号、件号,以便于零部件分类、查找和材料跟踪。
(3)号料时对钢板的原始边缘应留有切割余量10mm～15mm。
(4)盖板、底板与腹板的长度必须在两端部各预留余量50mm,在结构件焊接成型或总装时确定构件实际长度后予以切除,保证构件长度尺寸。
2.1.3 下料(1)大梁腹板下料时做好拱度标志及拼缝标志,以免组对时方向装配错误。
(2)各零部件下料后打磨边缘毛刺,按规范要求检验各零件的尺寸。
2.2 预制2.2.1 面板、底板和腹板的预制(1)根据放样的拼板图拼板。
拼板即根据拼板图将组成面板、底板和腹板的几个零部件按要求对接起来。
拼板应在水平胎架上进行,首先确认各零部件的尺寸和方向,然后确认坡口的方向是否与放样工作图和拼板图相符,再进行拼接。
拼接完成后进行焊接,焊接方法采用双面埋弧自动焊,并按要求对焊缝内部质量进行超声波探伤(UT)检测和X射线探伤(RT)检测。
(2)面板和腹板划线。
面板和腹板划线及焊接加强筋均在水平胎架上进行。
在盖板和腹板上划出中心线、隔板装配线及纵向加强筋的装配线,大梁腹板加强筋的走向需和拱度走向趋于一致,隔板装配线间距按1.2‰放焊接收缩余量。
(3)底板划线及焊接加强筋。
在底板上划出底板中心线、腹板、隔板、纵向加强筋等的装配线,隔板装配线间距按1.2‰放焊接收缩余量。
安装底板纵向加强筋,并焊接。
焊接采用正反间断焊(焊缝长度120mm,焊缝间距100mm,端部包角焊),焊接方法为二氧化碳气体保护焊。
2.2.2 大梁隔板预制大梁隔板不允许拼接,为整板下料。
由于隔板的尺寸偏差将直接影响箱体结构腹板的垂直度、直线度等控制项目,所以隔板的尺寸必须严格控制。
2.2.3 隔板检查所有隔板均需检查对角线及垂直度,其中对角误差不超过2mm,垂直度误差不超过1mm,如有误差可适当打磨修整或火焰矫正,但杜绝水冷却。
2.3 胎架制作大梁胎架为拱度胎架。
由于从大梁的结构断面上看,大梁上部的焊接量比下部的要大得多,为更好的控制变形,将上部的焊接直接安排在装配胎架上进行,所以大梁的装配胎架为下挠型,拱度采用反向制作。
拱度胎架的制作方法可以采用在水平胎架上加焊不同高度的板条,并用水准仪校对各板条的高差同大梁制作拱度相应位置高差。
待上部的焊接结束,大梁需翻身焊接下部的焊缝,同样为更好的控制焊接变形,制作大梁的翻身胎架。
翻身胎架的做法同拱度胎架。
2.4 装配箱型梁的装配一般有两种方法:第一种是在三面装配成型后即焊接,焊后再上盖板并焊接;第二种是直接四面装配成型后,再进行焊接。
因为大梁的内部空间较大,同时,考虑四面成型后结构的整体性较三面成型时好,有利于对焊接变形的控制,所以为确保箱体的制作精度宜采用第二种方法进行装配。
(1)底板固定,将底板与胎架用卡加固牢靠。
(2)安装隔板。
根据底板上的隔板装配线将隔板吊装到位,调整隔板垂直于水平面后点焊。
(3)安装腹板。
由于大梁腹板的长度太大,为保证腹板在装配过程中不变形,用两台行车或配备专用吊具1台行车吊装腹板,并根据底板上的腹板装配线定位,定位时腹板中心与底板中心线保持一致,由中心向两侧方向定位,同时,将隔板与腹板上的隔板装配线对应。
腹板在与底板和隔板装配要求结合紧密。
(4)安装盖板。
将面板吊装定位,将三面成型后的腹板与隔板同面板上的腹板、隔板装配线对应,定位由中心向两侧依次进行。
(5)大梁端板的装配。
由于大梁在焊接过程中会产生收缩和扭曲变形,为保证大梁的总体结构尺寸,大梁端板的装配必须在大梁焊接结束并矫正完成后,再根据大梁的实际长度以大梁中心为基准截至设计尺寸,并装焊大梁端板。
2.5 焊接(1)焊接顺序(如图2)。
(2)焊接方法。
结构件的主要材料为Q345C,焊接材料:手工焊采用E5015;自动焊焊丝采用H08MnA,焊剂采用HJ350;二氧化碳气体保护焊时,焊丝采用药芯焊丝712C,焊丝直径为1.2mm。
(3)结构件开始焊接前必须要检测底板与胎架之间的码板是否牢固,底板与胎架之间的结合面不能留有间隙。
如果出现了间隙,需要调整并重新检查腹板垂直情况。
(4)大梁两端1500mm范围内的腹板与下翼缘板的焊缝要求焊透,需开坡口按照对接焊缝的程序和要求进行施焊,焊接完成24小时以后进行100%UT检测。
(5)三面焊接结束后,将大梁翻转180°,放置到上拱胎架上,检测腹板直线度,将大梁与胎架用卡板固定后施焊。
2.6 矫正和修整2.6.1 结构件的检测与矫正结构件焊接结束后,需按规范要求对各检测控制项目进行测量。
虽然焊前和焊接过程中都采取了减少焊接变形的措施,但最终的焊接变形仍然难以避免,比如旁弯、翼缘板和腹板平直度、拱度、扭曲度等都可能超标,所以需要进行矫正。
矫正一般有外力矫正和火工矫正两种,或两种方法结合。
(1)旁弯度的矫正。
箱体的旁弯,可以通过火工予以矫正,火焰加热的位置选择在腹板上的隔板位置,火焰加热的温度和区域的大小视弯曲变形的大小而定,一般温度在300℃～500℃之间,加热区域如图3所示。
(2)翼缘板、腹板平直度的矫正。
翼缘板、腹板平直度的超标主要是由结构件内部加强筋及隔板的焊接引起的,所以一般以加强筋和隔板的焊缝为边界向内凹陷变形,可以采用如图4所示的方法进行矫正(火焰加热路径曲折前进)。
(3)拱度的矫正。
大梁的拱度,按照设计及规范的要求,必须满足成品拱度要求的同时,还必须对配对的两个大梁的拱度进行矫正,以满足两个大梁同截面拱度差值不大于2mm。
大梁的拱度可以通过火工予以矫正,火焰加热的位置选择在翼缘板和腹板上的隔板位置,火焰加热的温度、位置和区域的大小视拱度的大小而定,一般温度在300℃～600℃之间,加热区域如图5所示。
(4)扭曲度的矫正。
扭曲变形是箱体比较常见也矫正比较困难的一种变形,可先将结构件放置在水平胎架上,将结构件两端的三个角与胎架固定牢固,再将向下扭曲的一个角用千斤顶顶起,然后在结构件内部的隔板上加热以释放应力,这种方法可交替重复两到三次进行,直到工件符合要求,如图6所示。
2.6.2 箱体的修整由于结构件内部在装配过程中,会留下一些点焊码板的疤痕、挖肉、表面擦伤、焊渣、飞溅、药皮等,结构件焊接过程中,也会产生一些焊接缺陷,如咬边、气孔、焊瘤等,为保证结构件的强度和外观,必须将以上缺陷修补或清除。
同时,为保证后续涂装施工油漆附着力,所有结构件零部件阳角都由直角打磨成圆角。
3 结语本文以轮胎式集装箱场桥的大梁构件制作,总结了薄壁箱型梁构件制作从下料、预制、装配到焊接的工艺,主要针对薄壁箱型梁变形控制进行了详细的阐述,同时,根据批量制作的实践经验对构件焊接成型后的变形矫正提出了自己的见解,对同类构件的制作具有一定的指导作用。
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