攻克箱形梁焊接變形難題

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摘要：這是我根據(jù)箱型梁的特點，結(jié)合實際操作中出現(xiàn)的問題，進行試驗而得，希望能對廣大的同仁有所幫助。
0 G, i/ w# Q+ @. i8 D. |& w% h關鍵詞：箱形梁 焊接 變形
1 Y/ P2 k/ r8 ?# E2 a2 ^, i: P4 i一、引言
在電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中經(jīng)常設計有箱形結(jié)構(gòu)。特別是蒸汽量為1025噸級鍋爐鋼結(jié)構(gòu)中箱形梁結(jié)構(gòu)很多，一臺鍋爐約有箱形結(jié)構(gòu)梁柱350根。按一年制作三臺此類鍋爐鋼結(jié)構(gòu)計算，一年生產(chǎn)的箱形梁在1000根以上。
5 c7 A; p( e* I+ F: H, t) }! ?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)品報廢。為此，對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備改造，試驗新的斜角焊工藝，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。

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研究試驗內(nèi)容
1、設備資源系統(tǒng)構(gòu)成：門架式帶雙埋弧焊機及相關配套設施。
0 ^0 E$ w4 ~* r3 l9 {6 ~硬件選型：無錫華聯(lián)焊割設備公司成套門架型自動埋弧焊機的行系統(tǒng)及相關控制、回收系統(tǒng)，車間鋼立柱上架設壓風系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制電纜系統(tǒng)。
2、主要研究內(nèi)容及關鍵技術：
1）以設備作保障，利用門式埋弧焊機雙機頭采用對稱平行焊接以互相抵消單道焊縫產(chǎn)生的焊接變形。對焊機機頭送絲機構(gòu)加以改動，使之可用于實際焊接操作。
2）、于角焊縫斜角埋弧焊工藝，先用工藝試板試驗，獲得可行的細絲斜角埋弧焊工藝參數(shù)，考慮較細的焊絲（φ3或φ2）不太常用,利用現(xiàn)有的最細的φ4焊絲,經(jīng)試驗找到合適的焊接規(guī)范。
8 ]5 a0 b/ N* w; n0 M6 e一、焊接工藝試驗
1.        焊材選用
- u- U+ i, G# X5 R焊絲  H08MnA   φ4mm；焊劑   HJ431
- a: n) o: d4 N) m1 t2.        焊接工藝參數(shù)
電流
（A）        電壓
6 ]& W- n6 D4 |8 ]3 K（V）        送絲速度
（m/h）        焊接速度
0 s. e0 u/ G/ W0 T" W& R7 {（m/h）        焊縫尺寸及
: {* h6 J# R) ]6 j成形        變形情況
580        32        80        25        焊腳尺寸不夠咬邊嚴重        變形很小
; L0 j! J  _9 x# w0 D6 E; m620        34        82        22        焊腳尺寸夠咬邊嚴重        變形很小
$ v+ v3 b1 v- R7 l4 ~6 f1 D650        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
0 z6 L" R( ]) A焊縫側(cè)偏嚴重        變形較大
640        34        82        26        焊腳尺寸夠焊縫小許側(cè)偏        變形小
- T4 x1 F( c) W& b640        36        84        26        焊腳尺寸夠焊縫成形好        變形很小
一、        工藝流程
4 f6 k) P3 T7 W. f4 c$ C* W1.工藝流程比較
( d6 A; v# I) h0 E" j6 C改進前工藝流程
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
改進后工藝流程
平板——自動下料——手工箱型拼裝——角焊縫埋弧斜角焊——檢驗——編程數(shù)控打孔——組焊——涂裝——入庫
2.制作流程
7 J# E0 \# A) x2 J: q3 f1 ]2.1材  料
! C/ L& d* @. C# H4 e  a7 s（1）主材
以前材料堆放零亂，沒有進行分類，既沒有專人保管，又沒有明顯標志，用料時花很多人工和機械臺板查找所需材料?，F(xiàn)在所有進廠材料均應有生產(chǎn)廠家的材質(zhì)證明書，并經(jīng)審核合格后方可入庫，需做復驗的，應按相應要求復驗合格后，方可投料使用。所有材料均應分類擺放，專人保管，標記明晰，避免了因馬虎而用錯材料。專料專用，嚴禁私自代用，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。鋼材入庫前應進行100%的外觀檢查,不符合立即要求的退貨，避免進一步的損失。
. ^: V2 o8 g5 j5 p. G（2）焊接材料
: W4 y& d  o. I* U以前焊接材料保管不妥，浪費嚴重?，F(xiàn)在所有焊材由專職管理人員管理，并分配使用，對產(chǎn)品所使用的焊接材料牌號、數(shù)量進行核對后，方可發(fā)放。焊材應具有牌號、規(guī)格、數(shù)量、批號和檢驗編號等齊備的資料。存入焊接材料的庫房須保持干燥和良好的通風環(huán)境。焊材的擺放應按牌號、規(guī)格分類，且標識明顯。焊條的烘焙應嚴格執(zhí)行其烘焙技術要求。焊條烘焙后，應放入保溫筒，隨用隨取，保溫筒溫度宜控制在110℃左右。嚴禁使用藥皮剝落、變質(zhì)的焊條及嚴重銹蝕的焊絲，影響焊縫質(zhì)量。
（3） 其他材料
$ ^+ }9 R# E6 v9 `" N8 @高強度螺栓須符合設計要求。涂料的牌號、品種、顏色須符合用戶的要求。涂料應存放于干燥、遮陽、避雨的固定場所，環(huán)境溫度控制在0-40℃之間，并編號分類。
8 b' I/ O9 v5 K" H7 h2.2        放樣、下料
* z! {: F. p7 \, Y& f1 |(1)        材料的矯正
, W: l# p0 {5 T$ F. U0 J% D* q: y為了提高金屬結(jié)構(gòu)件的精度，放樣劃線前須對變形的鋼板，型鋼進行矯正，合格后方可進行劃線作業(yè)。鋼板矯正用平板機，型鋼矯正用型鋼矯正機。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。
' t4 o2 F4 O- q  t( B3 y3 T(2)        所有在本工程中使用的量具均須經(jīng)過計量合格方可使用，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、核對圖紙尺寸，計算無誤后，由富有經(jīng)驗的工人承擔劃線工作。
(4)        切割前應將鋼材表面的油污、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、熔瘤等用打磨機磨平。

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(5)        下料方法比較：
0 X! u4 @* `  l4 j$ W; W) a1 t( g        以前工具        現(xiàn)在工具        現(xiàn)在工具
" @) N5 F" A+ p板條        半自動火焰切割機        九頭自動火焰切割機
隔板        手工火焰割刀/剪板機        數(shù)控火焰切割機
9 `2 Y1 O1 X% P; r* B  @2 u板條：以前用半自動火焰切割機，速度慢且因單邊受熱板條容易變形，需要進行矯正；現(xiàn)在用九頭自動火焰切割機，速度快且受熱板平均板條不容易變形，不需要進行矯正。
0 f0 l6 a$ ]/ }4 O7 @節(jié)點板：以前用手工火焰割刀或剪板機，效率低勞動強度大工作環(huán)境差，材料損耗大：現(xiàn)在用數(shù)控火焰切割機通過編程，自動套料，不僅提高工作效率而且提高材料的利用率。
' |& d0 X1 t5 [. [型鋼： 以前用手工火焰切割機，要靠工人切割的技術來保證，切割面需用磨光機進行打磨，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
( q) S9 g; n. W7 `- `（1）        隔板下料尺寸復核
8 }: Q3 D) s4 N  b! p2 A! r- j隔板尺寸精確度是保證箱形梁組裝質(zhì)量的關鍵。隔板的垂直度直接影響組裝的箱形梁的旁彎、扭曲度。所以在組裝前需對隔板的垂直度等制作公差預以復核，使達到設計要求。
3 ]  f% G! S& H8 q（2）        箱形梁組裝
5 y7 i9 D' B+ S1 Y# b8 \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。
) \/ H' i# ?7 i# T7 ]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 W7 B8 F, ^9 L3 ~7 ~6 p⑥        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。
5 `/ ?# o2 w* n1 |) I②        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
+ {- e2 y9 ?8 t9 C提高鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量關鍵是提高構(gòu)件的穿孔率，提高穿孔率的關鍵是提高打孔精度，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)點及保證加工精度措施：
. z$ w" U# S3 u; k6 I1.        不需制作大量的鉆模板，節(jié)約材料和減少工作量，縮短前期準備時間。
$ n4 E/ o/ C1 o' x, _2 r! G3 G2.        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。避免劃線誤差及裝夾誤差。
3 A# g' o+ Q8 C# x% d8 U% K3.        液壓自動裝夾，打四面孔群時不需構(gòu)件翻身。用鉆模打孔打一面翻一次身，放一次鉆模，重新找基準裝夾。
4.        只有一個基準，沒有重新找基準帶來的誤差。
& |- b$ P% I7 }: {  \+ z5.        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，尺寸，材質(zhì)得以確認后，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。裝配前應認真熟悉圖紙，了解各零部件間的位置關系、連接型式、用途及定位基準等相關數(shù)據(jù)，并應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上進行，并必須準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)品形狀和尺寸達到制作圖的要求。組裝前應對連接處及兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的鐵銹油污、溶渣、毛刺等清除干凈。對于H型鋼的組對，視板厚情況，組對前應先將蓋板進行機械或火焰方法的予變形處理。H型鋼組對采用自動流水線作業(yè)進行。
$ R  ~3 t. D% j2.7        箱形梁焊接
( q0 y% l& y- B/ ^+ W1 v1.焊接的一般事項
參與本工程的所有焊工須持證上崗。焊接技術員必須具備相應的資格證書，并且能夠?qū)こ痰暮附庸ぷ魅娴赜媱潯⒐芾砗瓦M行技術指導。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，并進行MT。焊接完畢，焊工應除去引弧板，并及時清除焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺。
+ p, b0 K* P# ]; d% K2.焊接作業(yè)
選擇合適的焊接順序使得構(gòu)件的變形和殘留應力等被控制在最小的狀態(tài)。焊接時，盡量采用水平姿勢焊，以避免仰焊。埋弧自動焊時采用平位置或船形位置。焊接H型鋼，主焊縫采用埋弧自動焊。節(jié)點板角焊縫采用CO2氣體保護焊或手工電弧焊。
' L" G! b3 J; }4 t% m2.3        箱形梁最終檢驗
1）        檢驗設備及其校準
' a9 z- U: d- N3 b/ Y, {所有的檢測設備及工具均應校準合格，并做出標準保證完好。各種檢測設備及量具均應按相關標準檢測、核準并在有效期內(nèi)。
( I/ U* R. i! L2）        工序檢查
* W; M# U" ?5 f- m$ M對劃線工使用的鋼材是否與發(fā)料單和配料單相符；檢查材料移植標記是否正確。對加工部分的劃線、精切、刨邊、板材對接焊、坡口尺寸、制孔等工序的質(zhì)量進行專檢，經(jīng)專檢的檢查人員確認合格簽字后方可進行下道工序生產(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入下道工序。檢查焊工上崗合格證；檢查高強度螺栓摩擦面處理是否符合設計要求。
3）產(chǎn)品檢查
0 X2 [* d0 w0 P對所有成品構(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標準的要求；焊縫尺寸、油漆質(zhì)量是否符合設計要求；構(gòu)件標號、發(fā)貨標記等是否齊全、正確、清晰。
: m& ^( @+ d9 r/ ^2 F( F* ~五  試驗中的兩點突破
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行焊接時，才采用焊絲傾斜的斜角焊接。其優(yōu)點是對間隙的敏感性小，其缺點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位置關系很大。當焊絲位置不當時，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。使用權用細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)通常采用細絲工藝。

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但是由于公司細焊絲用得不多，所以我們需通過試驗確定粗焊絲（φ4）的斜角焊工藝參數(shù)。獲得了較好的焊接成形。
5 T/ `. f' x8 J: F/ F( L埋弧焊一般是大功率焊接的，當電弧長度發(fā)生變化時焊接電流的變化很大。例子如弧長增大，焊接電流就減小，焊件上加熱斑點就擴大，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，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。為電弧電壓反饋自動調(diào)節(jié)式。當電弧電壓升高時，輸入到晶閘管觸發(fā)器的控制訊號增大，晶閘管的導通角加大，焊絲送絲速度提高，使用權電弧電壓又恢復到原來的數(shù)值，從而起到自動穩(wěn)定電流電壓的作用。電弧穩(wěn)定，焊接成形美觀，達到滿意的焊接效果。
! v4 `) I( z% n9 X; E2.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，焊腳尺寸達到要求，成形良好。
2 h( ?$ Z9 [9 Q/ G- [6 ]+ w+ N焊槍傾角示意圖如下：
六  主要經(jīng)濟技術指標
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
* B! ^4 Q+ S3 Q+ {7 d- [+ }


; x/ Z- S: n5 l+ e節(jié)約矯正用氧乙炔成本


$ l/ T/ j5 ~6 V5 k) `節(jié)省矯正用起重機械臺班
; q% M( Y" g" P' P9 G: C
, W8 D2 j) l# Q  Y3 C/ s* t2 _         每根梁省去人工6工日。

" \' n% V7 J3 x- k
7 d+ L& H2 e0 U) D
節(jié)省氧氣4瓶，乙炔2瓶。

; t2 Z, E$ r) a0 t8 X6 U
節(jié)省10噸行車1.5臺班
5 ]; ?  ]7 Q; a4 J$ `0 t) ^

. }/ X+ x# w! Y, m% f+ j0 e         焊接時間縮短一半，不用矯正時間
! w7 j1 [( P; j% w! R
5 j8 d: H% C1 ^7 T不用矯正
* a) Y8 D0 {5 G, ]8 [- o5 H

1 e9 G( M7 m8 \) V0 z/ P無需矯正起重機械臺班。
折算成人民幣計算如下：
, z% _$ O4 w& s$ L7 r& Y4 ?' q每根節(jié)省: 人工      50元/工*6工=300元。
: V$ |1 U, ]1 W! ]- G氧乙炔    4瓶*10元/瓶+2瓶*80元/瓶=220元
2 x2 ~1 }) R- o% n5 x+ I/ L起吊臺班  1.5(天)*800元/(臺班)*0.25(使子        用系數(shù))=300元
. m. L0 |# e! r1 E" C: x每根共節(jié)省小計:  300+220+300=820元
6 ?- v  |- l5 _8 U6 b每根箱形梁節(jié)約成本約800元。按一年生產(chǎn)1000根箱形梁計算則可節(jié)約80萬元。即年創(chuàng)造80萬元的經(jīng)濟效益。
8 {9 y% I: k; D% @7 H提高了質(zhì)量，提高了企業(yè)的形象；節(jié)省時間，提高了工效，能保證按期供貨，取得良好的社會效益。

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很好的工藝性文件,做焊接工藝的朋友可以來學習下.

huangqi

學習學習，長知識了！

炎松

學習學習，長知識

ndy

做焊接工藝的朋友多來學習參考.

劉家忠

謝了樓主。

龍迪

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