管沟梁制造工艺

管沟梁制造工艺

作者：胡永强

来源：《城市建设理论研究》2013年第06期

摘要：大型箱型构件的制作焊接中，控制焊接结构的残余变形是关系产品质量的关键，构件的制作即要保证外形尺寸又要使构件成型后存在较小的残余应力，装配、焊接的顺序是影响焊接结构残余变形的主要因素之一，采用恰当的装配、焊接顺序可以有效减少残余应力的存在并减小焊接结构的变形，即使是对于不对称的焊接结构，采用科学的装配顺序、合理的焊接顺序可以在保证满足产品质量的前提下，使构件内残余应力较小，减少变形。 关键字：装配、变形、焊接顺序

中图分类号：P755.1文献标识码： A 文章编号：

管沟梁是唐山港曹妃甸港区矿石码头三期工程水工结构工程中码头前沿的排水设施。管沟梁为箱型构件，整体结构由H型钢和钢板焊接而成，高度1960mm，两侧腹板宽度为1920mm，腹板上下安装翼板,该梁共15榀，构件材料为Q235B，单重约33吨，长度24米，以13#管沟梁为例（如图1）。 图1 13#管沟梁 1、焊接变形分析

该构件的制作中存在较多的横向对接、纵向的角焊缝，这些主要焊缝也是影响构件成型的关键焊缝。

1.1 纵向焊接变形

焊后产生的纵向变形主要是纵向缩短，焊缝的纵向收缩量一般是随焊缝的长度增加而增加。

焊缝纵向收缩近似值：（mm/m）

注：表中所表示的数据是在宽度为15倍板焊缝区域的纵向收缩量。适用于中等厚度的低碳钢板。

当多层焊时，第一层引起的收缩量最大。这是因为焊第一层时，焊后的刚度较小；第二层的收缩量大约是第一层收缩量的20%；第三层大约是第一层的5%～10%；最后几层更小。 1.2 横向焊接变形

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

焊后产生的横向变形主要是横向缩短。随着板厚的增加，横向收缩量也增加，另外，同样板厚，坡口角度越大，横向收缩量也越大。[1] 焊缝横向收缩近似值/mm 2、作业设备、焊材

手工电弧焊机、CO2气体保护焊机[2]、气刨设备，选用实心焊丝ER50-6 Ф1.2 mm 。 3、拼接要求

该梁主焊缝为上下翼板、腹板的横向对接焊缝、纵向通长的角焊缝，中间间隔

1250/1500mm存在H型钢和隔板，在拼接过程中要保证相互拼接的翼板、腹板的横向对接口相互错开200mm以上[3]，因为焊接收缩变形情况极其复杂，考虑焊接收缩的影响，长度方向留有焊接收缩余量，按照1/1000考虑，长度方向留有30mm的余量。翼板和腹板的横向对接焊缝采用单面V型剖口，反面清根的方式进行操作并全部焊接完，所留余量待最终制作完成后再按照实际外形尺寸将多余部分切除。翼板腹板的拼接后焊缝处产生较大变形，进行火工矫平，再检查各板的外形尺寸和焊缝外观。对接焊缝进行超声波探伤（UT）检测，检测比例100%，焊缝等级Ⅰ级。焊缝检测合格后，打磨清除掉飞溅、油、水、超声波检测耦合剂以免焊道锈蚀。临时装焊的码子必须在切除后打磨干净，严禁伤及母材。 4、组装顺序

4.1 下部腹板组对、T字梁的制作

在平台上布置板条间距1米，并用水准仪进行找平，将隔板的顶部水平度控制在0～1mm以内，然后将拼接好的腹板放到平台上，（如图2）并用卡码固定，同时进行T字梁（如图3）的焊接，因为T型梁的焊接为单面受热，焊前加临时支撑，并采用中间向两端分段跳焊的方式，焊接结束后整体有变形，调整变形，采用校火的方式，翼板角变形的调整是在T型梁的背面100mm宽的范围内进行，对于T型梁的变曲采用三角法调整根据变形情况取点。 图2图3 4.2 安装H型钢

安装时从一端开始逐步进行，用线坠测量H型钢的垂直度，有偏差的用楔子调整，位置确定后进行点焊固定，安装过程中保证H型钢的间距，偏差控制在3mm以内，以及H型钢端部的高度差、和H型钢侧面需要安装翼板位置的平面度都要控制在3mm以内（如图4）。 图4

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

4.3 安装T字梁

将焊接完毕的T字梁吊到位置后，从梁的一端开始，千金顶和手拉葫芦进行逐步定位，并将位置确定的板进行点焊固定，逐步进行，直到全部就位（如图5）。 图5

4.4 上部H型钢组装

将上部H型钢进行逐个安装，保证该层H型钢与下部H型钢对中，并保证与T字梁的垂直，逐一安装直到全部安装完毕。 图6

4.5上部腹板的组装

在安装之前，首先将H型钢和T字梁的上面保证平面度误差在3mm以内，对于高点和低点进行适当的处理，待达到要求后，安装上部腹板，定位方式依然是从一段开始逐步进行，安装完毕后，

4.6 安装上下翼板

翼板为窄长板，下料时，由于受热不均匀存在旁弯，采取加外力并调火的方式进调火区域应选适当，防止因为外力的影响而产生波浪变形。安装时从一端开始，逐步进行（如图7）。 图7 5、整体焊接 5.1焊接参数与方法

该构件为箱型构件，焊角尺寸为10mm，需要焊接3遍。内部隔板支撑较多，整体焊接量较大，并有通长的24m焊缝14道，均为连续角焊缝，并且内部H型钢和隔板的共有19道，选择合理的焊接顺序对整梁的成型起着直接的作用。施焊时，避免焊接过热，遵循从里向外的原则施焊，优先焊接通长的角焊缝，因为通常角焊缝的收缩相对隔板和H型钢的焊接来说收缩较小（如图8）。分段跳焊次序：1-2-3-4-5 电流:200～250A；电压：24～26V；CO2流量：10~15L/min

图8 分中分段跳焊 5.2焊接顺序

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

焊接顺序对构件成型的影响很大，焊缝在结构上位置的不对称，往往是造成焊接结构整体弯曲变形的主要因素。对大的焊接构件来说，往往在整个焊接结构的中性轴两侧都有许多焊缝，但是由于两侧焊缝的数目各不相同，而且焊缝距中性轴的距离也各不相同，因此也会使焊接结构发生整体的弯曲变形，针对这一特点施焊就要遵循对称施焊的原则。

构件的刚度对焊接变形也有较大的影响，焊接结构的刚性是在装配、焊接过程中逐渐增大的，结构整体的刚性总比它的零件或部件的刚性大。管沟梁截面较为对称，焊缝布置也对称，采用先装配成整体，然后再焊接的顺序进行生产，可以减少变形。

该梁在车间制作，起重条件较好，由于其本身焊接量较大所以整体考虑采用翻身的方式将仰焊变为平焊。

本构件的焊接遵循由里向外，优先焊接收缩量大的主焊缝A，紧跟着焊接B、C，待A、B、C都焊完后，因此时的T字梁也已经焊接完毕，所以整个大梁的刚度增大，对焊接其余的焊道起到了很好的约束作用，防止了进一步的变形，然后完成D、E的焊接，紧跟着要进行上部腹板与筋板的焊接F，然后焊接G、H的焊接。主焊缝的焊接顺序：A、B、C、D、E、F、G、H。每道焊缝的焊接都要遵循跳焊的要求，整体先完成1遍打底。如图9 图9

完成上部工作后，紧接着对主焊道的反面进行打底完成第一遍焊接，顺序为：A`、B`、C`、D`、E`、F`、G`，并将隔板和H型钢与腹板的焊缝进行打底焊接。如图10 图10

然后完成该工位的平焊的2、3遍焊接，焊接顺序依然是A、B、C、D、E、F、G、H，待全部完成之后进行翻身，如图11，并完成该工位的平焊，焊接时依然遵循由里向外的顺序，焊接层次是整体一遍一遍进行，直到焊满10mm的焊角。 图11 图12

将梁翻身使梁处于（图12）位置，焊接时依然遵循由里向外的顺序，焊接层次是整体一遍一遍进行，直到焊满10mm的焊角，将该工位的平焊全部完成，达到设计要求，并对翼板的变形进行火攻校正。最后成型时翼板平面度控制在2mm以内，腹板平面度控制在5mm以内，整梁直线度控制在8mm以内，成型较好。 参考文献：

[1]陈路.工程焊接技术与质量实验检测评定标准实用手册.北京电子出版物出版中心.2003，4：27-44

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[2]陈祝年.焊接工程师手册.机械工业出版社.2002.1：411-429

[3]中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范.2002.1.10，：28-30