李彬

摘要：七彩云南環(huán)園列車箱形梁軌道鋼結(jié)構(gòu)，是株洲中車特種裝備科技有限公司開發(fā)的游樂車輛軌道，結(jié)構(gòu)制作安裝要求以特裝企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實施；通過對軌道箱梁的工藝流程分析、重點工序工藝制定、工藝工裝措施應(yīng)用，在生產(chǎn)中得到了良好的效果；

關(guān)鍵詞：工藝流程分析、重點工序、工藝措施、工裝、工藝參數(shù)

隨著中國經(jīng)濟近幾十年的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)工程項目中有著重要的地位，且發(fā)展前景廣闊，形式多樣，公共建筑異形結(jié)構(gòu)越來越多，建筑設(shè)計越來越新穎，對鋼結(jié)構(gòu)的加工工藝及制作應(yīng)用的設(shè)備提出了更高的要求；本人從事多年的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、施工工作，現(xiàn)對非標(biāo)準(zhǔn)薄板平曲鋼箱梁制作工藝控制加以剖析、總結(jié)；

七彩云南環(huán)園列車軌道項目非標(biāo)薄板平曲鋼箱梁是我公司首次生產(chǎn)按車輛軌道標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)形式，是株洲中車特裝科技有限公司開發(fā)的娛樂車輛軌道，鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝、驗收不僅是以娛樂設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)驗收，同時執(zhí)行的是株洲中車特種裝備科技有限公司企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)；同是鋼結(jié)構(gòu)但標(biāo)準(zhǔn)要求不同，要比《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001鋼結(jié)構(gòu)制作要求要高。

一、項目的基本情況

對于薄板非標(biāo)件的制作工藝控制都是難點，本項目結(jié)構(gòu)用板材8mm，10mm，12mm，14mmQ345C鋼板，箱梁腹板10mm，頂板及底板12mm，內(nèi)部加筋板8mm，內(nèi)隔板間距1200mm，腹板與頂板全熔透一級焊縫，要求表面滲透探傷及超聲波探傷；箱梁制作、安裝完成后兩米2mm連續(xù)測量，安裝完成整體箱梁跨中平面度高差≤3mm；制作精度參數(shù)要求極高；

二、重點工序分析

根據(jù)設(shè)計圖紙技術(shù)要求、株洲中車特裝科技有限公司車輛運行標(biāo)準(zhǔn)要求結(jié)合設(shè)備狀況進行分析，對于箱梁工工藝控制主要體現(xiàn)在如下幾個方面：一、零件加工精度控制；二、裝配控制（基準(zhǔn)面精度、工裝卡具）三、焊接工藝控制（熱輸入、焊接順序）；四、防止結(jié)構(gòu)變形的工藝措施（防局部變形及扭曲變形）；五、構(gòu)件的預(yù)拼裝檢驗；

三、制作階段的工藝實施控制

制作階段的工藝實施控制分工序控制，每工序的工藝，必須與下道工序工藝相銜接，即下精度偏差是否與裝配總差吻合，裝配完成，焊接形成成品后，是否滿足預(yù)拼裝構(gòu)件的偏差，與工藝流程及各工序內(nèi)部偏差積累有關(guān)，必須先進行工藝流程分析，確定工藝流程，后進行重點工序控制；

1、工藝流程分析原則：鋼結(jié)構(gòu)的精度最終體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)全部完成施工后精度是否達到設(shè)計要求及使用的要求，可采用倒推法進行分析，從總體到局部，從整體構(gòu)件到零部件，還要考慮工序交叉對精度的影響；

2、工藝流程的確定：重點工序是工藝流程的關(guān)鍵節(jié)點，主要以下幾點：零件加工精度、裝配樣臺的搭設(shè)精度、焊接工藝控制、防止結(jié)構(gòu)變形的工藝措施，以及誤差積累后的處理措施、校正措施；

3、工藝流程的制定：

四、重點工序的工藝控制分析

重點工序的工藝參數(shù)的合理制定是保證最終產(chǎn)品的合格，重點工序直接影響結(jié)構(gòu)精度，因此對重點的工序中可以細(xì)致作業(yè)，如樣臺的搭設(shè)、下料偏差、端面銑、配鉆；構(gòu)件組合誤差積累造成尺寸偏差（箱梁的截面尺寸），可以采用工裝卡具固定解決；焊接變形量、焊接熱輸入，如焊接隔板導(dǎo)致的角向變形以及縱向焊縫連續(xù)焊接熱輸入造成整體寸的變形，是本項目的主要控制要點；

根據(jù)工序的分析對以下重點工序的工藝進行控制：

1、樣臺搭設(shè)、下料偏差、腹板坡口：

（1）樣臺的搭設(shè)：樣臺的搭設(shè)必須以保證平面度及剛度兩個指標(biāo)，平面度的精度控制要高于箱形梁的平面度精度，即應(yīng)≤1mm/2000mm；采用水準(zhǔn)儀每兩米點固縱向橫向測量樣臺表面支點，合格后，采用水平尺連續(xù)測量復(fù)核；

（2）下料偏差的控制：根據(jù)梁的組合形式，腹板全熔透焊縫，組合后為關(guān)鍵尺寸，板的直線度、寬度是主要指標(biāo)，由于火焰切割熱輸入量受作業(yè)人員影響較大，且火焰切割熱影響區(qū)較寬，對鋼板板條切割后變形收縮不利，故本項目的精度要求較高，采用等離子切割，以確保板條的側(cè)向變量最??；

（3）腹板坡：腹板的坡口可采用半自動切割機或銑邊機實現(xiàn)，半自動切割機由于受人為操作的影響熱輸入難以控制，雙邊熱輸入量可能存在偏差，經(jīng)驗熱收縮量在0.07%，可能會造成板的側(cè)向變形，影響裝配的精度，因此本項目采用銑邊機進行銑邊加工坡口；

2、箱梁截面尺寸的控制工藝：箱梁的主要尺寸指標(biāo)為截面高度，寬度以及腹板的平行度，在梁的長度較大時，傳統(tǒng)組裝精度控制1mm/2000mm內(nèi)是很困難的，必須要依靠機加精度較高的工裝靠模及夾具提高裝配精度；

（1）腹板與頂板垂直度的靠模：按1mm/2000mm精度在對應(yīng)筋板位置設(shè)置腹板定位檔塊，作為外靠模，配合內(nèi)部定寬標(biāo)鐵實現(xiàn)底部寬度的統(tǒng)一性，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)鐵件精度為+0.3mm，機械加工，端部平行度0.15mm.

裝配流程：

頂板--隔板--筋板--側(cè)板--端板--墊板--噴涂內(nèi)面漆--隔板、筋板焊接--裝配頂板

（2）腹板與腹板上、下口寬度控制措施：梁外形的主要指標(biāo)控制面為頂板、腹板平面度以及腹板寬度，梁的拼裝為鏡向放樣，先拼裝底板后拼裝腹板，再拼裝頂板；

3、焊接工藝控制：

（1）焊接參數(shù)：焊接參數(shù)的選定根據(jù)焊接方法選擇，筋板、隔板采用手工焊接，腹板與上、下板的焊接采用半自動焊接，手工焊接電流可采用上限，半自動焊接采用下限；

（2）焊接順序：焊接順序的要求是考慮了焊接熱輸入對構(gòu)件變形的影響及實際必須確定的順序來焊接所能達到的工藝要求確定的；對于隔板必須跳焊，即間隔一塊隔板或幾塊隔板進行焊接，以免造成波浪變形和扭曲變形；原則是減小熱輸入的集中，盡量以約束形式，確保構(gòu)件的不變形；

焊縫采用編號標(biāo)識，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ數(shù)字表示，按編號位置順序施焊，如圖示

Ⅰ隔板焊縫（手工跳焊）Ⅱ隔板側(cè)面焊縫（手工跳焊）Ⅲ筋板側(cè)面焊縫（手工跳焊）Ⅳ筋板底面焊縫（手工跳焊）Ⅴ箱梁主焊縫對稱半自動焊接Ⅵ手工焊接

（3）隔板與頂板焊縫Ⅰ的焊接：隔板焊縫Ⅰ是頂板與底板的焊縫，焊縫數(shù)量較多，且為雙面角焊縫，腹板對頂板雖起到一定的約束，同時焊接仍會引起頂板的角度形，實驗梁施工時發(fā)現(xiàn)同時焊接隔板與頂板兩側(cè)角焊縫，引起的角變形會無法滿足要求，因此采用小焊角≥0.7t，t為板厚；由中間向兩邊同時由兩位作業(yè)人員進行隔板單面跳焊，隔板的焊縫分四次完成，焊接電流采用180～220A，盡量采用下限焊接，以減少熱輸入量；

（4）筋板與頂板焊縫Ⅳ焊接：焊接方式與Ⅰ相同。

（5）隔板與腹板的焊縫Ⅱ焊接：隔板焊Ⅱ是頂板與腹板的焊縫，焊縫數(shù)量較多且較長，同樣為雙面角焊縫，頂板對腹板起到一定的約束，但腹板與底板端為自由端，是控制的重點，焊接時將槽梁放平，采用平角焊接，同時內(nèi)部加設(shè)標(biāo)準(zhǔn)鐵件進行支撐，采取小焊角≥0.7t，t為板厚；由中間向兩邊同時由兩位作業(yè)人員進行隔板單面跳焊，隔板的焊縫分四次完成，焊接電流采用180～220A，盡量采用下限焊接，以減少熱輸入量；待焊接完成且焊縫冷即至室溫進行對向腹板與隔板焊縫的焊接，焊接完成后拆除支撐；

（6）頂板與腹板四條主焊縫Ⅴ的焊接：內(nèi)部隔板焊接完成，拼裝完底板后，進行四條主焊縫的焊接；內(nèi)部隔板與筋板對鋼梁的焊接變形起到一定的約束作用，但四條主焊縫為全熔透坡口焊接，焊接熔敷金屬量及熱輸入量大，為確保構(gòu)件變形量最小，必須采用對稱焊接，并采用盡量小的焊接電流，同時采用多層多道焊接，嚴(yán)格控制層間溫度；腹板為10mm，坡口為單邊V形35度坡口，分三道焊接，第一層為打底，第二層為中間層，第三層為蓋面；層間溫度控制在150～200℃之間；焊接順序如下圖：

（7）焊接熱輸入的計算：頂板與腹板四條主焊縫Ⅴ的焊接可歸結(jié)為平角焊，箱梁頂板底板焊接熱循環(huán)在三個方向，由于頂板為自由端，易造成角變形，必須要計算每一層的熱輸入，與實際驗證梁構(gòu)件變形是否基本吻合，及材料熱影響區(qū)力學(xué)性能，即T形角焊縫的力學(xué)性能是否滿足設(shè)計要求，以確定工藝參數(shù)范圍；

（注：Q熱輸入量J/cm，U電弧電壓，I焊接電流，V焊接速度cm/s；）

按雙向散熱平均值為6KJ/cm，焊接后對焊接接頭進行力學(xué)實驗延伸率指標(biāo)均大于20%，符合設(shè)計要求；頂板自由端變形量塞尺檢查，變形量單邊0.2mm，雙邊累積≤0.4mm，滿足要求；因此制定的焊接電流電壓工藝參數(shù)以上限控制可保證構(gòu)在焊接完成后滿足工藝要求；

4、梁與梁端連接的工藝控制措施：

（1）梁長度控制：主箱梁焊接完成檢驗合格后，進行端部固、活枕的拼裝，以固枕底座中心線為基準(zhǔn)，進行梁總長控制，進行端面銑，控制梁的總長度；安裝梳齒板連接板，端銑梳齒板連接板，以固枕端為基準(zhǔn)，控制活枕端梳齒板總長度，安裝固枕端梳齒板反向定位控制間隙；

（2）梳齒板間隙控制：預(yù)拼裝相鄰軌道梁，配鉆活枕端梳齒板連接板，以保證活枕與固枕端連接板的間隙；

5、預(yù)拼裝的控制要點：預(yù)拼裝是制作工序成后對多件梁安裝綜合誤差是否滿足安裝要求，以驗證單件構(gòu)件誤差積累，是檢驗制作工藝合理改進的重要方法，本項目鋼梁存在直線梁與曲線梁，主要控制指標(biāo)及處理措施：

（1）固枕與固枕間距：是保證梁現(xiàn)場安裝精度的主尺寸，全尺寸復(fù)核；

（2）梁端間隙：梁端間隙包括梳齒板連接板間隙、梳齒板齒間縱向、橫向間隙，梁端連接件已確定配鉆的工藝措施；

（3）預(yù)拼梁頂板平整度：梁的頂板平整度是指接頭處梁的誤差積累及整體連續(xù)測量的平整度，即2mm/2000mm；

五、結(jié)束語

對于薄板箱梁結(jié)構(gòu)外形尺寸工藝精度要求較高的情況下，尤其是平面度，每道工序必須嚴(yán)格控制裝配及施焊工藝才能保證質(zhì)量要求，特別是焊接工藝順序及熱輸入量，操作稍有違反工藝，對結(jié)構(gòu)引起的扭曲變形影響是無法估量的，可能會造成結(jié)構(gòu)整體裝配精度不合格，產(chǎn)生報廢的嚴(yán)重后果；加強工藝改進，提高工人操作技能、嚴(yán)格工序檢驗，持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量是新產(chǎn)品開發(fā)不變的主題。

（作者單位：十四冶建設(shè)集團云南爐窯工程有限公司）