攻克箱形梁焊接管理論文

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摘要：這是我根據(jù)箱型梁的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際操作中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行試驗(yàn)而得，希望能對(duì)廣大的同仁有所幫助。

關(guān)鍵詞：箱形梁焊接變形

一、引言

在電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中經(jīng)常設(shè)計(jì)有箱形結(jié)構(gòu)。特別是蒸汽量為1025噸級(jí)鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中箱形梁結(jié)構(gòu)很多，一臺(tái)鍋爐約有箱形結(jié)構(gòu)梁柱350根。按一年制作三臺(tái)此類鍋爐鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算，一年生產(chǎn)的箱形梁在1000根以上。

箱形梁的角焊縫焊接通常采用船形位置焊接，主要是船形位置焊接工藝成熟，焊縫成形美觀。而國內(nèi)目前將兩條主角焊縫按同一規(guī)范用細(xì)絲斜角焊接方案的很少采用。主要是考慮斜角焊焊縫的成形不如船形焊焊縫成形美觀。

船形角焊焊接工藝方案，四條焊縫分四次焊接完成。容易產(chǎn)生扭

曲變形。一旦產(chǎn)生扭曲變形，現(xiàn)有設(shè)備難以矯正，需用火焰經(jīng)多次矯正，矯正成本很高，甚至于矯正不過來造成產(chǎn)品報(bào)廢。

為此，對(duì)箱形梁的焊接變形難題有必要探索新的思路，創(chuàng)新焊接

工藝。如果將兩條主角焊縫按同一規(guī)范斜角焊一次焊接完成，產(chǎn)生的焊接變形可以互相抵消，可以一定程度消除焊接變形的產(chǎn)生。我們要做的就是通過設(shè)備改造，試驗(yàn)新的斜角焊工藝，將箱形梁的焊接變形消除在焊接過程中。從而徹底解決箱形梁的焊接變形問題。

二、研究試驗(yàn)內(nèi)容

1、設(shè)備資源

系統(tǒng)構(gòu)成：門架式帶雙埋弧焊機(jī)及相關(guān)配套設(shè)施。

硬件選型：無錫華聯(lián)焊割設(shè)備公司成套門架型自動(dòng)埋弧焊機(jī)的行

走及控制系統(tǒng)。其中兩臺(tái)自動(dòng)埋弧焊機(jī)為美國原裝林肯MZ8-2*1000埋弧焊機(jī)。

場地條件：6000*18000場地裝置行走軌道，軌道上裝設(shè)門式行走

系統(tǒng)及相關(guān)控制、回收系統(tǒng)，車間鋼立柱上架設(shè)壓風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制電纜系統(tǒng)。

2主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)：

①以設(shè)備作保障，利用門式埋弧焊機(jī)雙機(jī)頭采用對(duì)稱平行焊接以互相抵消單道焊縫產(chǎn)生的焊接變形。對(duì)焊機(jī)機(jī)頭送絲機(jī)構(gòu)加以改動(dòng)，使之可用于實(shí)際焊接操作。

②對(duì)于角焊縫斜角埋弧焊工藝，先用工藝試板試驗(yàn)，獲得可行的細(xì)絲斜角埋弧焊工藝參數(shù)。

③考慮較細(xì)的焊絲（φ3或φ2）不太常用,利用現(xiàn)有的最細(xì)的φ4焊絲,經(jīng)試驗(yàn)找到合適的焊接規(guī)范。

三、焊接工藝試驗(yàn)

1焊材選用

焊絲H08MnAφ4mm

焊劑HJ431

2焊接工藝參數(shù)

電流

（A）

電壓

（V）

送絲速度

（m/h）

焊接速度

（m/h）

焊縫尺寸及

成形

變形情況

580

32

80

25

焊腳尺寸不夠咬邊嚴(yán)重

變形很小

620

34

82

22

焊腳尺寸夠咬邊嚴(yán)重

變形很小

650

36

85

25

焊腳尺寸夠焊縫側(cè)偏

變形較小

680

38

87

28

焊腳尺寸夠

焊縫側(cè)偏嚴(yán)重

變形較大

640

34

82

26

焊腳尺寸夠焊縫小許側(cè)偏

變形小

640

36

84

26

焊腳尺寸夠焊縫成形好

變形很小

四、工藝流程

1工藝流程比較

改進(jìn)前工藝流程

下料——手工箱型拼裝——角焊縫埋船形焊——旁彎火焰熱矯正——扭曲火焰熱矯正——齊頭——孔劃線——打孔——組焊——涂裝——入庫

改進(jìn)后工藝流程

平板——自動(dòng)下料——手工箱型拼裝——角焊縫埋弧斜角焊——檢驗(yàn)——編程數(shù)控打孔——組焊——涂裝——入庫

2制作流程

2.1材料

（1）主材

以前材料堆放零亂，沒有進(jìn)行分類，既沒有專人保管，又沒有明顯標(biāo)志，用料時(shí)花很多人工和機(jī)械臺(tái)板查找所需材料?，F(xiàn)在所有進(jìn)廠材料均應(yīng)有生產(chǎn)廠家的材質(zhì)證明書，并經(jīng)審核合格后方可入庫，需做復(fù)驗(yàn)的，應(yīng)按相應(yīng)要求復(fù)驗(yàn)合格后，方可投料使用。所有材料均應(yīng)分類擺放，專人保管，標(biāo)記明晰，避免了因馬虎而用錯(cuò)材料。專料專用，嚴(yán)禁私自代用，這樣就不僅能節(jié)約材料，而且能方便成本核算，做到材料零庫存。鋼材入庫前應(yīng)進(jìn)行100%的外觀檢查,不符合立即要求的退貨，避免進(jìn)一步的損失。

（2）焊接材料

以前焊接材料保管不妥，浪費(fèi)嚴(yán)重。現(xiàn)在所有焊材由專職管理人員管理，并分配使用，對(duì)產(chǎn)品所使用的焊接材料牌號(hào)、數(shù)量進(jìn)行核對(duì)后，方可發(fā)放。焊材應(yīng)具有牌號(hào)、規(guī)格、數(shù)量、批號(hào)和檢驗(yàn)編號(hào)等齊備的資料。存入焊接材料的庫房須保持干燥和良好的通風(fēng)環(huán)境。焊材的擺放應(yīng)按牌號(hào)、規(guī)格分類，且標(biāo)識(shí)明顯。焊條的烘焙應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行其烘焙技術(shù)要求。焊條烘焙后，應(yīng)放入保溫筒，隨用隨取，保溫筒溫度宜控制在110℃左右。嚴(yán)禁使用藥皮剝落、變質(zhì)的焊條及嚴(yán)重銹蝕的焊絲，影響焊縫質(zhì)量。

（3）其他材料

高強(qiáng)度螺栓須符合設(shè)計(jì)要求。涂料的牌號(hào)、品種、顏色須符合用戶的要求。涂料應(yīng)存放于干燥、遮陽、避雨的固定場所，環(huán)境溫度控制在0-40℃之間，并編號(hào)分類。

2.2放樣、下料

(1)材料的矯正

為了提高金屬結(jié)構(gòu)件的精度，放樣劃線前須對(duì)變形的鋼板，型鋼進(jìn)行矯正，合格后方可進(jìn)行劃線作業(yè)。鋼板矯正用平板機(jī)，型鋼矯正用型鋼矯正機(jī)。確保鋼板的平面度和型鋼的直線度，提高構(gòu)件聯(lián)接接面的接觸比例。

(2)所有在本工程中使用的量具均須經(jīng)過計(jì)量合格方可使用，不得用不合格的量具，控制構(gòu)件的尺寸誤差。

(3)放樣前首先熟悉、核對(duì)圖紙尺寸，計(jì)算無誤后，由富有經(jīng)驗(yàn)的工人承擔(dān)劃線工作。

(4)切割前應(yīng)將鋼材表面的油污、鐵銹等清除干凈。切割斷面不得有撕裂、分層及大于1mm的鐵棱，并應(yīng)清除干凈熔渣，毛刺等。氣割產(chǎn)生的鋼渣、氧化鐵、熔瘤等用打磨機(jī)磨平。

(5)下料方法比較：

以前工具

現(xiàn)在工具

板條

半自動(dòng)火焰切割機(jī)

九頭自動(dòng)火焰切割機(jī)

隔板

手工火焰割刀/剪板機(jī)

數(shù)控火焰切割機(jī)

板條：以前用半自動(dòng)火焰切割機(jī)，速度慢且因單邊受熱板條容易變形，需要進(jìn)行矯正；現(xiàn)在用九頭自動(dòng)火焰切割機(jī)，速度快且受熱板平均板條不容易變形，不需要進(jìn)行矯正。

節(jié)點(diǎn)板：以前用手工火焰割刀或剪板機(jī)，效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大工作環(huán)境差，材料損耗大：現(xiàn)在用數(shù)控火焰切割機(jī)通過編程，自動(dòng)套料，不僅提高工作效率而且提高材料的利用率。

型鋼：以前用手工火焰切割機(jī)，要靠工人切割的技術(shù)來保證，切割面需用磨光機(jī)進(jìn)行打磨，既工作效率低又提高成本。用帶鋸以后，不僅提高工作效率，且切割面光滑，不需打磨。

2.3箱形梁組裝

（1）隔板下料尺寸復(fù)核

隔板尺寸精確度是保證箱形梁組裝質(zhì)量的關(guān)鍵。隔板的垂直度直接影響組裝的箱形梁的旁彎、扭曲度。所以在組裝前需對(duì)隔板的垂直度等制作公差預(yù)以復(fù)核，使達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）箱形梁組裝

①在上翼板上彈出腹板與其接合線的臘線。并彈出隔板與翼板的接合線。

②將隔板與翼板裝組裝好。

③再將腹板與翼板組裝好。

④檢查隔板的裝配質(zhì)量。

⑤焊接隔板與腹板及翼板的連接焊縫。

⑥覆蓋下翼板，組裝成形。

2.4箱形梁組裝主角焊縫焊接

①兩條主角焊縫同時(shí)焊接，焊槍傾向翼板側(cè)，即與翼板成30度左右。焊接第第一遍。

②焊槍傾向腹側(cè)，即與腹板成30度左右。焊接第第二遍。

2.5箱形梁制孔

提高鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量關(guān)鍵是提高構(gòu)件的穿孔率，提高穿孔率的關(guān)鍵是提高打孔精度，提高打孔精度就要用數(shù)控加工代替落后的鉆模鉆孔。節(jié)點(diǎn)板鉆孔加工以前利用普通鉆床和鉆模配合完成；現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)板鉆孔利用數(shù)控平面鉆床完成。

數(shù)控鉆床制孔的主要優(yōu)點(diǎn)及保證加工精度措施：

1、不需制作大量的鉆模板，節(jié)約材料和減少工作量，縮短前期準(zhǔn)備時(shí)間。

2、沒有劃線工序，沒有置放夾緊鉆模板工作，直接在電腦里編程。避免了劃線誤差及裝夾誤差。

3、液壓自動(dòng)裝夾，打四面孔群時(shí)不需構(gòu)件翻身。用鉆模打孔打一面翻一次身，放一次鉆模，重新找基準(zhǔn)裝夾。

4、只有一個(gè)基準(zhǔn)，沒有重新找基準(zhǔn)帶來的誤差。

5、打孔精度高，打孔速度快。用鉆模打孔在搖臂鉆床操作，不能保證打孔精度，且效率底下。

2.6箱形梁組裝連接板

裝配前首先檢查各部件的記號(hào)，尺寸，材質(zhì)得以確認(rèn)后，再檢查部件的切斷面和加工面是否有不良的地方，檢查完畢后，按照裝配順序，整理好部件。裝配前應(yīng)認(rèn)真熟悉圖紙，了解各零部件間的位置關(guān)系、連接型式、用途及定位基準(zhǔn)等相關(guān)數(shù)據(jù)，并應(yīng)校核裝配尺寸是否有誤。裝配工作一律在經(jīng)檢查合格的拼裝平臺(tái)上進(jìn)行，并必須準(zhǔn)備好必要的工裝夾具，以確保裝配質(zhì)量。使用工裝夾具以防止焊接時(shí)的變形，注意留出焊接所產(chǎn)生的收縮量，使得拼裝焊接后的產(chǎn)品形狀和尺寸達(dá)到制作圖的要求。組裝前應(yīng)對(duì)連接處及兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的鐵銹油污、溶渣、毛刺等清除干凈。對(duì)于H型鋼的組對(duì)，視板厚情況，組對(duì)前應(yīng)先將蓋板進(jìn)行機(jī)械或火焰方法的予變形處理。H型鋼組對(duì)采用自動(dòng)流水線作業(yè)進(jìn)行。

2.7箱形梁焊接

1．焊接的一般事項(xiàng)

參與本工程的所有焊工須持證上崗。焊接技術(shù)員必須具備相應(yīng)的資格證書，并且能夠?qū)こ痰暮附庸ぷ魅娴赜?jì)劃、管理和進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

施焊前首先清除干凈焊縫區(qū)兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等，直至露出金屬光澤。拼裝焊縫及主貼角焊縫須設(shè)置與母材同材質(zhì)、同厚度、同坡口形式的引、熄弧板。不得在非焊縫區(qū)的母材上引弧起焊，由引弧產(chǎn)生的裂紋或表面缺陷要修磨清除缺陷，并進(jìn)行MT。焊接完畢，焊工應(yīng)除去引弧板，并及時(shí)清除焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺。

2．焊接作業(yè)

選擇合適的焊接順序使得構(gòu)件的變形和殘留應(yīng)力等被控制在最小的狀態(tài)。焊接時(shí)，盡量采用水平姿勢焊，以避免仰焊。埋弧自動(dòng)焊時(shí)采用平位置或船形位置。焊接H型鋼，主焊縫采用埋弧自動(dòng)焊。節(jié)點(diǎn)板角焊縫采用CO2氣體保護(hù)焊或手工電弧焊。

2.3箱形梁最終檢驗(yàn)

1．檢驗(yàn)設(shè)備及其校準(zhǔn)

所有的檢測設(shè)備及工具均應(yīng)校準(zhǔn)合格，并做出標(biāo)準(zhǔn)保證完好。各種檢測設(shè)備及量具均應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測、核準(zhǔn)并在有效期內(nèi)。

2．工序檢查

對(duì)劃線工使用的鋼材是否與發(fā)料單和配料單相符；檢查材料移植標(biāo)記是否正確。對(duì)加工部分的劃線、精切、刨邊、板材對(duì)接焊、坡口尺寸、制孔等工序的質(zhì)量進(jìn)行專檢，經(jīng)專檢的檢查人員確認(rèn)合格簽字后方可進(jìn)行下道工序生產(chǎn)。檢查裝配尺寸是否符合施工圖紙要求和施工工藝規(guī)程，不符合的不得施工和進(jìn)入下道工序。檢查焊工上崗合格證；檢查高強(qiáng)度螺栓摩擦面處理是否符合設(shè)計(jì)要求。

3．產(chǎn)品檢查

對(duì)所有成品構(gòu)件的幾何尺寸，包括構(gòu)件的長、寬、高、垂直度、中心偏差、傾斜度和筋板、托架的位置以及表面的質(zhì)量等等，是否符合圖紙和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求；焊縫尺寸、油漆質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求；構(gòu)件標(biāo)號(hào)、發(fā)貨標(biāo)記等是否齊全、正確、清晰。

五試驗(yàn)中的兩點(diǎn)突破

1、利用較粗焊絲（φ4）使用斜角焊工藝。

角接焊縫通常采用船形焊，主要是由于船形焊時(shí)焊絲為垂直狀態(tài)，熔池處于水平位置，容易保證焊縫質(zhì)量。但當(dāng)焊縫間隙大于1.5mm后，則容易焊穿或流溢熔池金屬的現(xiàn)象，幫對(duì)間隙的要求較高。而斜角焊由于焊件太大不易翻轉(zhuǎn)或別的原因，焊件不能在船形位置進(jìn)行焊接時(shí)，才采用焊絲傾斜的斜角焊接。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)間隙的敏感性小，其缺點(diǎn)是單道焊焊腳最大不能超過8mm，只能使用多道焊。另外，焊縫隙的成形與焊件的相對(duì)位置關(guān)系很大。當(dāng)焊絲位置不當(dāng)時(shí)，易產(chǎn)生咬肉或使腹板未焊合。為保證焊縫的良好成形，焊絲與腹板的夾角應(yīng)保持在15°~45°范圍內(nèi)（一般為20°~30°）；電弧電壓不宜太高，這樣可使熔渣減少，防止熔渣流溢。使用權(quán)用細(xì)絲可以減小熔池的體積，以防止熔池金屬的流溢，并能保持電弧燃燒的穩(wěn)定。所以斜角焊工藝國內(nèi)通常采用細(xì)絲工藝。

但是由于公司細(xì)焊絲用得不多，所以我們需通過試驗(yàn)確定粗焊絲（φ4）的斜角焊工藝參數(shù)。獲得了較好的焊接成形。

埋弧焊一般是大功率焊接的，當(dāng)電弧長度發(fā)生變化時(shí)焊接電流的變化很大。例子如弧長增大，焊接電流就減小，焊件上加熱斑點(diǎn)就擴(kuò)大，使能量密度降低；反之，弧長減小，焊接電流就增大，使焊件加熱斑點(diǎn)上的能量密度提高。因此，焊接過程中控制制弧長，是穩(wěn)定焊接規(guī)范，保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。

目前在埋弧焊生產(chǎn)中，弧長控制方法是用等送絲調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電弧自身調(diào)節(jié)作用和。電弧的自身調(diào)節(jié)作用是指在焊接過程中，焊絲等速送進(jìn)，利用焊接電源固有的電特性來調(diào)節(jié)器焊絲熔化速度，以控制電弧長度保持不變，從而達(dá)到焊接過程的穩(wěn)定。

我們選用的埋弧焊電源為美國原裝林肯MZ8-2*1000埋弧焊機(jī)。

為電弧電壓反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)式。當(dāng)電弧電壓升高時(shí)，輸入到晶閘管觸發(fā)器的控制訊號(hào)增大，晶閘管的導(dǎo)通角加大，焊絲送絲速度提高，使用權(quán)電弧電壓又恢復(fù)到原來的數(shù)值，從而起到自動(dòng)穩(wěn)定電流電壓的作用。電弧穩(wěn)定，焊接成形美觀，達(dá)到滿意的焊接效果。

2、分兩層各有側(cè)重分別偏向腹板和翼板焊接成形。

如果一層以45°斜面角焊成形，一是焊腳尺寸不夠，二是焊縫

向腹板一側(cè)傾斜，造成翼板側(cè)咬邊嚴(yán)重。為此我們分兩道焊，第一層以70°傾向腹板側(cè)，第二層以15°傾向翼板側(cè)。從而得到了滿意的焊縫，焊腳尺寸達(dá)到要求，成形良好。

焊槍傾角示意圖如下：

六主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

采用新工藝后，制作每根箱形梁可節(jié)約成本分析如下表

節(jié)省人工

節(jié)約矯正用氧乙炔成本

節(jié)省矯正用起重機(jī)械臺(tái)班

每根梁省去人工6工日。

節(jié)省氧氣4瓶，乙炔2瓶。

節(jié)省10噸行車1.5臺(tái)班

焊接時(shí)間縮短一半，不用矯正時(shí)間

不用矯正

無需矯正起重機(jī)械臺(tái)班。

折算成人民幣計(jì)算如下：

每根節(jié)省:人工50元/工*6工=300元。

氧乙炔4瓶*10元/瓶+2瓶*80元/瓶=220元

起吊臺(tái)班1.5(天)*800元/(臺(tái)班)*0.25(使子用系數(shù))=300元

每根共節(jié)省小計(jì):300+220+300=820元.

每根箱形梁節(jié)約成本約800元。按一年生產(chǎn)1000根箱形梁計(jì)算則可節(jié)約80萬元。即年創(chuàng)造80萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

提高了質(zhì)量，提高了企業(yè)的形象；節(jié)省時(shí)間，提高了工效，能保證按期供貨，取得良好的社會(huì)效益。