淺談箱型空間彎扭構(gòu)件制作精度控制

摘 要：本文通過對箱型彎扭構(gòu)件制作的重點、難點分析，介紹了箱型彎扭構(gòu)件空間定位坐標值的確定、胎膜制作、構(gòu)件的組裝和焊接、質(zhì)量檢查，以及彎扭構(gòu)件的質(zhì)量保證措施，解決了空間箱型扭曲構(gòu)件制作精度難以控制的問題，為今后類似構(gòu)件制作提供參考。

關(guān)鍵詞：箱型彎扭構(gòu)件；確定空間坐標；胎膜制作；拼裝與焊接；質(zhì)量保證措施

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0046-01

1工程概況

濟南市西客站座落在濟南西部，東廣場北綜合體混凝土結(jié)構(gòu)的B樓三個入口均設(shè)計為鋼結(jié)構(gòu)古代 “酒樽”的形狀，樽俯視圖為正方形，底部小，往上從中間開始逐漸加大，通過圓弧形過渡，有“把酒相迎四方客”的含義，既具有現(xiàn)代美感又不失復(fù)古神韻，以圣人孔子所倡導(dǎo)和推崇的禮樂文化為構(gòu)思靈感和設(shè)計理念。

樽投影邊長為31.743m，設(shè)計高度為25.450m，每個樽由45根箱型彎扭幕墻柱組成。箱型彎扭幕墻柱截面形式為□600x200x20x20，材質(zhì)均為Q345B，重量約7000kg。彎扭構(gòu)件以其優(yōu)美的弧線造型給人以立體視覺贏得當前鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢，研發(fā)、應(yīng)用彎扭構(gòu)件制作工藝技術(shù)確保構(gòu)件制作質(zhì)量及精度控制顯得非常必要。

2 箱型彎扭構(gòu)件制作重點、難點分析

（1）彎扭構(gòu)件各部位坐標定位及坐標控制是本工程能否滿足設(shè)計要求的關(guān)鍵點，是本工程構(gòu)件制作的難點及重點。（2）利用三維建模坐標點確定板件成形及胎膜制作質(zhì)量是箱體彎扭成形質(zhì)量控制的重點。（3）箱體焊接規(guī)范及焊接方向是確保箱體外觀成形的關(guān)鍵，這也是箱型構(gòu)件制作的重點。

3 彎扭構(gòu)件各工序的制作控制要點

3.1 利用Tekla軟件三維建模確定空間坐標

彎扭構(gòu)件各點空間三維坐標至少有兩個基本點變量，利用Tekla軟件對彎扭構(gòu)件的面板、部件進行空間定位，從而確保構(gòu)件制作精度。

首先，利用施工詳圖提供的坐標采用Tekla軟件建三維線型模，并與原設(shè)計圖中的數(shù)據(jù)作比較，確保Tekla軟件深化設(shè)計圖中坐標值正確性；按設(shè)計圖紙輸入零件的詳細信息，軟件自動生成空間定位模式；其次，選定空間定位坐標（見圖1）：a、在同一個平面內(nèi)標定彎扭構(gòu)件的中心線位置、與彎扭構(gòu)件連接部位的坐標位置、內(nèi)隔板安裝位置的坐標，其他部位原則上每隔1000mm設(shè)置一組坐標；b、標出構(gòu)件兩端的截面尺寸，便于精度控制；c、考慮到運輸及安裝方便，較長構(gòu)件分節(jié)時斷面須在法平面內(nèi)；同時，應(yīng)標定對接部位，以免在制作、安裝時調(diào)錯方向。

3.2 彎扭板件下料、卷制成形

3.2.1板件下料

翼、腹板的下料，要嚴格按照排版圖選擇合適的鋼板，采用數(shù)控切割機進行。下料時根據(jù)圖紙尺寸先在數(shù)控切割機上按照排版圖進行設(shè)置，同時對數(shù)控程序隨時調(diào)整其運行軌跡，確保下料尺寸的準確性。

3.2.2 板件成形

板件組裝前采用三輥卷板機對板材進行彎扭卷制，局部配以油壓機整形，使其符合構(gòu)件的彎扭模式，便于保證箱體成形質(zhì)量，消除箱體內(nèi)應(yīng)力；同時，箱體組裝前須用靠板對加工成型后的板材進行校驗，不合格的經(jīng)矯形后重新校核。

3.3 胎膜制作

利用Tekla軟件空間坐標進行胎膜的制作。制作時，在坐標部位設(shè)置H100*100立桿，用水準儀測量各部位標高，保證模板上口線形與構(gòu)件表面外形的一致性，在制作過程中隨時對構(gòu)件進行變形及精度監(jiān)控；同時，兩側(cè)立桿之間設(shè)置剪刀撐，增加構(gòu)件焊接過程中抗焊接變形的臨時剛度。

3.4 箱型彎扭構(gòu)件的組裝

組裝時，先鋪設(shè)箱體下翼板、再組裝兩側(cè)腹板板，借助卡具、千斤項將翼板與胎架、翼板與腹板貼緊。箱體內(nèi)部對應(yīng)橫梁部位設(shè)有內(nèi)隔板，此處為質(zhì)量控制關(guān)鍵點，組裝時應(yīng)檢查定位坐標值。U形箱體組裝完成后對內(nèi)部焊縫施焊完畢經(jīng)必要的超聲波檢查后再蓋上翼板，完成箱體的組裝。為保證箱體截面尺寸，箱體高度方向尺寸須按設(shè)計尺寸+2.0mm，寬度方向尺寸按設(shè)計尺寸，在箱體焊接完成后由于焊接收縮確保其外觀截面尺寸滿足規(guī)范要求。

3.5 構(gòu)件焊接

3.5.1主焊縫焊接

主焊縫焊接采用CO2氣體保護焊。根據(jù)設(shè)計要求，彎扭構(gòu)件兩端200mm范圍內(nèi)及隔板上下區(qū)域600mm范圍內(nèi)的4條縱縫為二級焊縫，采取加襯板的坡口熔透焊，其它為部分熔透焊縫。為了保證彎扭構(gòu)件外形尺寸，有效控制焊接變形，先在胎架上打一遍底確保箱型彎扭構(gòu)件的整體性，再吊裝到其他平臺上焊接。打底焊時沿主拱從中間向兩端多人對稱按500/500間斷焊接，以便減小構(gòu)件的焊接內(nèi)應(yīng)力，防止過大的焊接變形；填充、蓋面焊時應(yīng)從一端到另一端，保證焊縫外形勻稱、連續(xù)。

3.5.2 內(nèi)隔板電渣焊接

內(nèi)隔板采用電渣焊機焊接。電渣焊時，在隔板處預(yù)留焊孔，選用規(guī)格Φ10*3.0、400mm長的熔化嘴、焊材為H10Mn2+HJ431。連接好各部分接線及銅引弧塊，然后調(diào)整好焊絲、熔嘴與焊道邊緣相距2～3mm。焊接頂部100mm收尾時加入少量焊劑，并減少焊接電流，將焊縫引到熄弧套筒上收弧。最后切割引弧及熄弧部分，用砂輪打磨平整。

3.6 構(gòu)件質(zhì)量檢查

由于構(gòu)件彎扭成形而不便檢查，本體檢查時須將焊接完成的構(gòu)件再吊回到原有胎架上進行復(fù)核，根據(jù)構(gòu)件與胎架的貼合情況確定成形質(zhì)量。對于局部地方偏差超標的，借助大型油泵及火焰矯正的方法進行矯正，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

4 箱型彎扭構(gòu)件焊縫及外觀成形控制措施

4.1內(nèi)隔板擋板與兩翼板貼合的邊緣應(yīng)進行銑邊處理

使之與兩翼板的接觸面間隙控制在0.8mm以內(nèi)，下翼板與其相鄰擋板應(yīng)進行連續(xù)圍焊；同時隔板與擋板另一側(cè)應(yīng)用CO2氣體保護焊進行通長滿焊，以免電渣焊熔池泄漏。

4.2 提高板材的成形和構(gòu)件的組裝精度

選擇正確的焊接工藝，可有效地控制彎扭本體的各種焊接變形。

4.3 彎扭構(gòu)件的曲線控制

構(gòu)件組裝完成后，應(yīng)吊到焊接支架上進行。焊接支架各支架點的標高應(yīng)與構(gòu)件的彎扭尺寸相吻合，確保構(gòu)件在焊接過程中因自身重力而影響曲線光滑度。在焊接完成24h后，檢查人員用吊裝帶吊到拼裝胎架上復(fù)核檢查，發(fā)現(xiàn)曲線不吻合的，可用火焰+機械外力矯形。

5 結(jié)語

通過對濟南西客站箱型彎扭構(gòu)件制作實例分析，以周密的制作工藝，對箱體各部位空間坐標值的確立、板件下料、箱體組裝、焊接以及質(zhì)量檢查各個細節(jié)進行質(zhì)量控制，解決了箱型空間彎扭構(gòu)件制作的難題，該技術(shù)為今后類似工程提供參考。