大跨度鋼箱梁焊接變形控制研究

趙燦宏

摘要；在本文中我們主要是結(jié)合大量的工程實(shí)例來對大跨度鋼結(jié)構(gòu)箱梁焊接變形的狀況進(jìn)行研究和說明，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步的給出控制的方法和手段，提出合理的鋼箱梁焊接變形控制方案，并對鋼箱梁的整體焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)踐證明，這樣一種優(yōu)化和處理在實(shí)際的實(shí)踐過程中是有著非常好的應(yīng)用效果的。在實(shí)際的控制過程中，選擇采用專用的工裝和胎架夾具，并具體結(jié)合一些有效的預(yù)防措施來對焊接過程中的變形，使得工程整體能夠在控制精度上達(dá)到要求從而整體的質(zhì)量也符合要求。本文的最后對完工以后的鋼箱梁進(jìn)行了檢測和分析，認(rèn)為其各項具體的指標(biāo)都是符合設(shè)計要求的，這也就意味著，我們所提出的各項措施在實(shí)際的工程實(shí)踐中是有應(yīng)用價值的。

關(guān)鍵詞；大跨度鋼箱梁焊接變形控制

中圖分類號；TG42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼；A 文章編號；1672-3791（2012）08（c）-0034-02

1大跨度鋼箱梁焊接變形的控制研究背景分析

我們在進(jìn)行大跨度鋼箱梁的制造以及安裝時所面臨的最為主要的技術(shù)問題就是對焊接變形的有效控制，如果能夠在這樣一個問題上得到較好的突破的話，鋼箱梁的制造與安裝就走入了一個全新的紀(jì)元和時代。這樣一種狀況的形成主要是因?yàn)橄湫土簝?nèi)往往空間都比較小，因此在進(jìn)行焊接的時候最后一條焊縫就面臨著較大的困難，這一點(diǎn)已經(jīng)成為了厚壁鋼箱梁制造中一個關(guān)鍵性的技術(shù)難題，針對于此，國內(nèi)外已經(jīng)相繼提出了多種解決方法，到目前為止，使用最多且最為常見的一種就是使用熔咀電渣焊接方法來解決。但是這樣一種方法在應(yīng)用的過程中尚存在著多方面的不足，主要就是因?yàn)槿劬纂娫附臃椒ㄖ猩婕暗降脑O(shè)備相當(dāng)昂貴，且在使用的過程中也存在著明顯的阻礙，包括操作復(fù)雜、耗電量極大、投資的成本較大等狀況，這就使得這樣一種技術(shù)在實(shí)際的工程中技術(shù)、資金以及實(shí)際的施工條件都會不允許，因此在國內(nèi)熔咀電渣焊的應(yīng)用還是在一定程度上受到了限制的。本文在討論的過程當(dāng)中結(jié)合了一系列的工程實(shí)際，通過生產(chǎn)實(shí)踐的狀況，從焊接工藝本身的角度來對施工過程中的變形量控制以及焊接方法進(jìn)行了說明以及進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計。在施工的過程當(dāng)中，涉及到的工藝主要有埋弧自動焊工藝、結(jié)構(gòu)變形預(yù)拱計算、工裝、焊接方法的優(yōu)化設(shè)計、焊接接頭坡口形式的設(shè)計、焊接變形的控制方案、胎夾具的應(yīng)用設(shè)計以及鋼箱梁關(guān)鍵部位的變形控制措施等，在對這樣一些方面做好控制工作以后，基本上就能夠保證得到最初預(yù)料的效果。

2理想模型大跨度鋼箱梁焊接變形控制方案說明

我們在對大跨度鋼箱梁焊接變形控制方法與技術(shù)進(jìn)行說明和分析的時候，首要構(gòu)造出一個符合討論要求的工程實(shí)際模型來，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的討論。在進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置時，基本上保證其關(guān)鍵參數(shù)的到位即可，因此其建筑形式可以由梁、檁條以及支撐這樣三個主要的部分所共同組成，其中最為主要的是左中右三點(diǎn)的支撐，在設(shè)計與施工的過程中就設(shè)計成為160m長的兩段大跨度鋼箱梁，卻每一段又具體的劃分為六個分段進(jìn)行建造，建造完成以后再在現(xiàn)場進(jìn)行總裝并應(yīng)用到實(shí)際的工程建設(shè)中去。由其在整體中的結(jié)構(gòu)位置以及作用就能夠看到，鋼箱梁在施工過程中的變形控制對于整個工程而言都是非常關(guān)鍵和重要的，必須在施工的過程當(dāng)中予以良好的把握。

2.1 角變形控制

我們在進(jìn)行設(shè)計和施工的時候，為了保證所設(shè)計長方形箱梁整體以及局部的剛性以及穩(wěn)定性，就在其內(nèi)部安裝了一系列的隔板，希望通過這樣一種途徑來提升其自身的穩(wěn)定程度。但這樣一種設(shè)計帶來的直接問題就是在對箱內(nèi)四條縱向角焊縫進(jìn)行雙面埋弧自動焊的時候面臨著較大困難。為在實(shí)際的施工過程中較好的解決這樣一種困難并減少箱內(nèi)的焊接工作量，我們最終選擇單V型鋼襯墊坡口，并在其外部進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打底、埋弧焊自動角焊填充以及蓋面組合焊接工藝。

2.2 整體變形控制

我們在工程進(jìn)行的過程中必然需要掌握和控制好鋼箱梁的整體變形狀況，這主要是因?yàn)閯傁淞阂坏┰谑┕さ倪^程中發(fā)生不良的變形或者其他狀況在后續(xù)的工藝操作中是很難再回復(fù)到原狀的，也就是具有破壞的不可恢復(fù)性。這其中具體的破壞形式就包括撓曲變形、扭曲變形和畸變變形，不難看出，這樣一些變形都是上文中所描述的難以控制和恢復(fù)性，甚至在實(shí)際的工程環(huán)境下條件極度不利的狀況下還使得整體的結(jié)構(gòu)最終報廢，這樣一種結(jié)果無疑是非常嚴(yán)重的。

我們在對整體變形進(jìn)行控制的時候，實(shí)際上是具有多方面的控制指標(biāo)的，包括控制構(gòu)建制造和組裝過程中的精度以及焊接過程的正確與否這樣一些具體的過程來實(shí)現(xiàn)的。在這樣一種狀況下，如果我們在進(jìn)行構(gòu)件的制造或者是組裝時對翼板或者腹板等旁彎或者是波浪變形不經(jīng)過必要的校正就強(qiáng)行進(jìn)行組裝會使得鋼箱梁在組裝過程完成以后具有較大的組裝應(yīng)力，這樣一種狀況從本質(zhì)上來說是非常不良的，這主要是因?yàn)檫@樣一種狀況會使得鋼箱梁在焊接的過程中或者是焊接完成以后由于應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生扭曲變形或者是撓曲變形，基于此我們才提出在腹板或者是翼板等位置進(jìn)行組裝的時候要控制好相關(guān)方面的尺寸，盡量保證其精準(zhǔn)，接頭間的空隙同樣不能夠太大，否則就是使得焊縫在焊接完成以后存在著較大的變形，并因?yàn)闂l件的原因而使得變形逐漸的增加，這同樣不是我們所希望看到的。對于這樣一種狀況，本文中所選擇的是采用單面焊鋼襯墊坡口型式，在進(jìn)行施工安裝的時候需要按照既定的步驟和程序來進(jìn)行，首先就是要將腹板和鋼襯墊進(jìn)行組裝，這樣一個組裝完成以后才能夠進(jìn)行焊接，并在焊接后沿著襯墊板的長度方向進(jìn)行刨邊，刨邊的要求就是要保證箱梁縱向角接頭坡口處的組裝絕對精度，這樣主要是不希望在施工的過程中出現(xiàn)變形不一致的狀況。圖1中我們給出了鋼襯墊組裝以后進(jìn)行焊接的具體程序。

我們在對鋼箱梁的整體進(jìn)行變形控制的時候，需要考慮到的最主要的因素就是工程中長方形鋼箱梁四條縱向T型接頭處的焊接工藝，這樣一個點(diǎn)位處的焊接工藝對于整個焊接質(zhì)量的影響同樣是非常關(guān)鍵的。在施工的過程中采用船型焊接的時候，一般情況下一次就只能焊接出一條焊縫來，這樣一種狀況在實(shí)際的施工環(huán)境下就很容易引起箱體的扭曲變形，我們在進(jìn)行設(shè)計和思考的時候就需要將這樣一個問題切實(shí)的處理和解決好，下文中較為詳盡的給出我們的設(shè)計思路。本文中采用的方法是；將箱型柱的腹板平直的擱放在擱架上，這一過程中做需要保證的就是縱向焊角焊縫處的水平位置，這一點(diǎn)是非常有必要的，主要是希望能夠保證左右兩條焊縫之間可以直接由兩臺埋弧自動焊接機(jī)同時的進(jìn)行焊接。采用埋弧自動焊機(jī)進(jìn)行焊接的時候要注意一系列的問題，主要就是在焊接開始以前要先用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打好兩層底，這樣一種操作的目的主要是為了防止鋼襯墊被焊穿。在進(jìn)行焊接的過程中，需要將埋弧自動焊接機(jī)小車置放在腹板面的軌道上，這樣就可以在焊接進(jìn)行的過程當(dāng)中實(shí)時的通過對機(jī)頭的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)焊絲給送機(jī)構(gòu)的角度問題，最好是保持焊絲側(cè)傾5°左右并保持指向坡口根部即可。經(jīng)過實(shí)際的工程實(shí)踐證明，這樣一種處理是有著多方面的好處和優(yōu)勢的，主要說來，就是能夠較好的提高焊接的效率，并在焊接的過程當(dāng)中盡可能的減少翻動焊件的次數(shù)，這對于我們焊接過程的進(jìn)行一級變形控制的要求來說都是非常理想的，主要就是因?yàn)檫@樣一種控制能夠較好的防止彎曲和扭曲變形的出現(xiàn)。

2.3 結(jié)構(gòu)變形控制

通過上文中一系列的分析我們就可以看到，我們在進(jìn)行施工的過程中最不希望看到的就是完全變形和扭曲變形的出現(xiàn)，因此我們就需要采取一定的措施處理之，在目前的施工背景和前提下我們采用的是預(yù)熱的方式。預(yù)熱同樣也是有相應(yīng)的操作規(guī)格和操作規(guī)范的，在長期的實(shí)踐過程中我們同樣總結(jié)出了一套行之有效的方式來進(jìn)行預(yù)熱工作，其主要的思路和方法就是對四條焊縫同時進(jìn)行加熱和焊接，其中先焊的焊縫預(yù)熱溫度控制在100℃～150℃之間，而后焊的焊縫預(yù)熱溫度則需要相應(yīng)的增加50℃～80℃之間，這樣一種處理就能夠保證整個焊接過程中的溫度一致性，能夠最大程度的減小焊接的應(yīng)力和焊接的變形控制。

3大跨度鋼箱梁焊接變形控制

3.1 鋼箱梁分段制造的控制要點(diǎn)

我們在進(jìn)行板單元的制造以及拼裝時最為主要的一點(diǎn)就是要保證好整個板面的平面度，最好是能夠保持整個拼板的接錯變量控制在1mm以內(nèi)，腹板單元件在反變形胎架先焊縱肋，并在縱肋的焊接工作全部完成以后才進(jìn)一步的在平面胎架上進(jìn)行橫肋的裝配和焊接。在安裝與拼接的過程中同樣要注意多方面的問題和要點(diǎn)，主要就是要控制好銷軸孔的加工精度以及其實(shí)際的同心度，這從本質(zhì)上來將都是非常重要和關(guān)鍵的，在我們的設(shè)計方案和規(guī)劃里，這樣一些部件的安裝原則就是要在其他部件都安裝完成以后再進(jìn)行必要的整體機(jī)加工軸孔，根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)我們也發(fā)現(xiàn)這樣一種處理完全是可取的。分段制造的過程中還需要注意的就是對腹板單元件的控制，這主要是包括單元件自身的線性以及鋼梁端口的實(shí)際尺寸，總而言之，在這樣一個控制和制造的過程中，最為核心的部分就是鋼箱梁的線性制造。在進(jìn)行箱型焊接的過程中，要嚴(yán)格的按照焊接的工藝規(guī)定來進(jìn)行，以此來避免箱型扭曲以及旁彎的發(fā)生。

3.2 主要的工藝方案

我們在進(jìn)行大跨度鋼箱梁的焊接變形控制時，還需要根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行批量的控制與管理，具體來說，就是要在施工與管理的過程中采用以單元件為中間產(chǎn)品來進(jìn)行必要的托盤管理，在管理的過程中采用先進(jìn)技術(shù)來有效的組織批量生產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上按工序來相應(yīng)的工作人員、設(shè)備以及作業(yè)對象，包括工藝方案以及場地都需要在這樣一種基礎(chǔ)上來進(jìn)行確定。下文中就多個方面來對這樣一些具體的問題予以說明和分析；一是在雙鋼梁的制造過程中采用單元件的分段制造、預(yù)制裝制造以及工地的拼裝制造，這樣一種施工工藝方案是后續(xù)所有工作進(jìn)行的大前提和基礎(chǔ)；二是在零件下料的時候保證采用補(bǔ)償料下料的工藝方案；三是保證在施工的過程中板的單元件在專用的平胎架上進(jìn)行制造；四是鋼梁在制造的過程中采用分段單節(jié)以腹板為基準(zhǔn)臥裝的制造工藝方案，在此過程中，帶下懸梁鋼梁的胎架控制線性與加放預(yù)拱以后設(shè)計線性保持一致，這樣就能夠保證在后續(xù)的施工中鋼柱鋼梁的胎架控制線性與設(shè)計線性保持絕對的一致；五是在施工的過程中盡量保證鋼梁的預(yù)拼裝采用分段匹配技術(shù)正裝預(yù)拼裝工藝方案來進(jìn)行，檁條裝焊是直接貫穿整個鋼梁的，因此應(yīng)當(dāng)保證其在焊接的過程中與鋼梁的預(yù)拼裝保持在同一個胎架上完成，帶下的懸梁鋼梁預(yù)拼裝縱向控制線性則需要與加放預(yù)拱值設(shè)計線性保持一致；六是在板對接縫的位置處應(yīng)當(dāng)襯墊藥芯焊絲，并采用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行保護(hù)焊打底，采用埋弧自動焊技術(shù)與蓋面焊接技術(shù)的組合應(yīng)用。

3.3 分段工藝流程

下文中我們對分段工藝的流程做一個簡單的說明和介紹；首先就是進(jìn)行胎架的制造；然后依次進(jìn)行第六分段、第五分段以及第四分段的定位，并匹配各個分段之間的端口，以此來對實(shí)際的線性進(jìn)行調(diào)整；再次就是進(jìn)行檁條和附件的安裝，并分段的安裝臨時連接件，在臨時連接件上做出標(biāo)識；上述工作完成以后就可以將四、五、六以此從胎架上直接拆離，并將各個分段都放到涂裝間內(nèi)進(jìn)行涂改和存放。上文過程的進(jìn)行基本上就能夠保證分段工藝流程的良好進(jìn)行與實(shí)施。在每一個步驟進(jìn)行的過程中以及進(jìn)行以后都要進(jìn)行必要的工藝合格，只有在上一個工藝合格的情況下才能夠進(jìn)入到下一個工藝當(dāng)中去，否則就需要針對實(shí)際的情況并根據(jù)需求進(jìn)行必要的調(diào)整。

3.4 預(yù)拼裝以及制造的控制要點(diǎn)

通過上文中的分析我們就可以看到，整個工程在進(jìn)行的過程當(dāng)中鋼梁分段拼裝胎架的模板線性與鋼梁下端面線型是一致的，這也就是說，帶鋼柱的鋼梁分段預(yù)拼裝線性與設(shè)計的線性是一致的；帶下線梁的鋼梁分段分段預(yù)拼裝以后要保持與加放預(yù)拱值的一致。胎架以及地面上的部分都需要做好相應(yīng)的中心線、軸線以及定位的標(biāo)記。在總拼裝進(jìn)行以后，就要將所有的組成分段定位的部分與地面的固定標(biāo)記表示絕對的一致，這是希望能夠避免誤差積累的發(fā)生。

4結(jié)語

鋼箱梁結(jié)構(gòu)的制造以及安裝過程中的變形控制都是非常復(fù)雜的工藝，大跨度鋼箱梁的變形控制變形精度的控制則更是這樣一個過程中的關(guān)鍵所在。本文正是針對于這樣一個方面的問題展開了分析和論述，希望能夠?qū)Υ罂缍蠕撓淞汉附幼冃蔚目刂破鸬揭欢ǖ淖饔谩?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 戴智華.144m大跨度空間桁架屋蓋施工[J].鋼結(jié)構(gòu)，2001（4）.

[2] 白玲.大型鋼箱梁焊接收縮變形及其控制[J].鋼結(jié)構(gòu).

[3] 何志標(biāo).鋼結(jié)構(gòu)大樓中箱型柱的制造工藝[J].鋼結(jié)構(gòu).

[4] 梁肇偉.廈門海滄大橋鋼箱梁的裝配焊接[J].鋼結(jié)構(gòu).

[5] 陳倩清.大跨度鋼箱梁焊接變形控制研究[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報，2007（3）.