高架钢结构立库立柱焊接变形的控制

蒋秋婵

（广西机械工业研究院，广西 南宁530001）

随着中国经济的飞速发展，城市汽车保有量的剧增，导致城市静态交通问题日趋尖锐。车辆无处停放的问题是城市社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果。当今，停车问题已经引起越来越多的社会关注，如何解决停车难问题也成为人们越来越关心的问题。而采用占地面积小、停车密度高的机械式立体车库，已是趋于共识的选择。

立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。

立体停车设备的发展在国外，尤其在日本，已有近三四十年的历史，无论在技术上还是在经验上，均已获得了成功。

我国也于上世纪90年代初，开始研究开发机械立体停车设备，距今已有近20年的历程。在城市加快发展，资源越来越紧缺的情况下，要解决停车难题，应该多向地下和空间要车位。

立体车库节省空间及土地资源，具有突出的节地优势。如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80%～90%，如果采用地上多层立体式车库的话，就可以大大节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

1 立体车库结构形式分析

目前，由于我国还没有一套完整的立体车库设计规范,立体车库结构形式多种多样，本节针对垂直提升式立体车库结构形式进行分析。垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，与大型企业用来储存、堆垛产品零件的高架立体仓库相似，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（十米或几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，占地却最小。垂直提升式立体车库(多层型)支架采用钢结构，其中立柱采用箱体型钢制结构，横梁多采用H 型钢结构。钢结构和传统的混凝土结构相比，具有跨度大、结构基础要求低、抗震抗风能力强、外表美观、建造周期短、维修费用低等一系列的优点。现在市场上提供的型材原料一般不采用轧制型钢，而大多数都采用焊接型钢，但箱体型钢市场几乎没有。对于有加工能力和加工条件的企业来说,按设计结构要求自行制作立体车库框架比购买标准型材料要合理，同时能降低制作成套设备成本。

2 立体车库焊接变形的有效控制

立体车库的生产制造，主要是控制好钢结构立柱及横梁的焊接加工工艺。立柱及横梁产生变形，无非就是构件在焊接的时候，钢材应力集中造成的，就是焊接处和其他部位的钢材温差太大而引起变形。本节结合本人在实际生产“高架立体仓库”制做过程中，出现焊接变形时进行有效控制的方法，针对现有设施设备，制作垂直提升式立体车库的应用。

“高架立体仓库”曾是柳州汽车厂、河北宣化工程机械厂、天津拖拉机制造厂等大型企业订做的，用来储存、堆垛产品零件的大型设备，该设备机架高达13 m，宽5 m，可在地面轨道上行走，中间导轨使载货台上下移动，用以运送零件。每根立柱重量达700 kg，整个机架的技术要求较高，组装后立柱中心线组成的平面度不大于5 mm，导轨对行走轮中心连线的垂直度不大于7 mm，导轨在纵横两方向的垂直度不大于9 mm（见图1）。

图1 机架图

笔者在两次接受“高架立体仓库机架”生产技术指导任务时，为了保质保量地完成任务。首先对机架图、部件图、零件图进行了认真的审阅，分析影响产品品质的薄弱环节，制定了生产工艺和步骤，到现场指导生产，并对生产过程中出现的问题，提出了改进意见和方案，取得了较好成效。

2.1 解决机架立柱、横梁的变形

机架立柱、横梁都是由4 块长盖板拼接而成（见图2）。

图2 立柱图

上下盖板Ⅰ、两侧盖板Ⅱ厚度为均为10 mm，每块钢板长宽尺寸都在6 000 mm×300 mm 左右，每块盖板净质量在140 kg 左右，既重又长。

在下料前，首先把好原材料采购关，原材料采购时严格控制10 mm 钢板要求开平板。上下盖板Ⅰ采用等离子切割方法，切割速度快，切割品质好（见图3）。

图3 盖板Ⅰ

盖板Ⅱ的切割品质，对构件的装焊质量有很大的影响，故盖板Ⅱ采用剪床下料两件拼接成一件（见图4）。

图4 盖板Ⅱ

控制零件宽度尺寸，保证了两侧B 面的直线度，并且这样拼接，可以提高材料利用率，节省材料损失。

由于板厚较薄，切割或剪切下料后的变形或残余应力，将导致上下盖板Ⅰ、两侧盖板Ⅱ的波浪型变形，侧弯曲变形，变形量都在10～20 mm 左右（见图5）。

图5 盖板Ⅱ扭弯变形、弯曲变形图

拼装前，开好的平板在切割完后，不能直接装焊，必须先消除应力。首先，应去除板条边缘的割渣、割瘤、氧化物，检验两侧盖板Ⅱ波幅变形量达到规范允许范围，对焊缝区域必须打磨，采用校平机校平。除了在校平机上校扭弯变形外，还设计了一长直角形平台（见图6），利用选点火焰加热后迅速水冷却的热胀冷缩反变形方法，解决零件弯、扭变形。

图6 弯曲变形校直图

拼装过程中，严格控制装配间隙不能超标，但在零件装焊成长方形柱件后，发现扭弯变形很大，经分析主要是因为中间隔板采用剪床下料，每一件的长宽尺寸大小不一，装焊时也引起焊件变形，中间隔板加工工艺采用先采用剪床下料，把每一个立柱部件所需的中间隔板件作为一组，叠在一起点固焊，上刨床加工A、B、C 这3个面，在立柱组合焊时利用这3个面作为定位面（见图7），这样大大降低了立柱组合焊的变形。

图7 中间隔板

在外围四面封焊时，纵缝施焊过程中最好调节焊接电流在280～350 A，焊角尺寸不高于6 mm。采用埋弧焊机时，严格控制4 条焊缝的焊接顺序和焊接电流。采用两名操作者同方向相对焊接上焊接面后，再焊下焊接面的焊接工艺（见图8），焊接电流、焊接速度应保持一致，每一道焊缝当天必须焊完，减少了装焊后立柱的弯曲、扭曲变形。

图8 立柱弯曲变形图

2.2 立柱与横梁的校正

由于机架的部件全部为焊接件，焊接后的少量弯曲变形，是很难避免的。因此，焊后部件就需要校正。但这样大型的制件，用手工是无法校正的，经反复阅读了有关焊接校正的资料，提出采用局部火焰加热后，迅速水冷却的热胀冷缩的反变形方法进行校正，同时两头用夹箍夹紧，防止加热时焊件扭曲，解决了焊接变形问题（见图9）。

图9 立柱弯曲校直图

2.3 立柱与横梁两端连接板的封口工艺

图2 所示焊件，两端连接板平面度要求很高，若封两端面时，不能保证品质，会给下一道切削加工工序带来很大困难，如出现切削余量少、连接板倾斜或者会引起两立柱连接时连接板错位（戴帽）现象，更严重时，会使整个制件报废。为了保证制件封面的加工品质，设计了大型加工平台，采用C 面定位（见图10）。

图10 立柱弯曲校直平台

要求的加工工艺，为制件及连接板都需画线分中，制件一端头割平，打磨后用直角测量块测量垂直度，确认垂直后，封一端连接板，再以一端连接板为基准，取长度尺寸，割平，打磨另一端后测量垂直度，确认垂直后，封另一端连接板。这样，保证了两端平面度，避免了废次品的出现，立柱加工工艺流程见图11。支架其它横梁，可参照立柱加工工艺制作。

图11 立柱加工工艺流程图

3 结束语

通过严格控制加工工艺和严把产品品质关，顺利完成了“大型高架立体仓库”22 台套的生产任务，由于严格把关，保证了机架加工品质，实现产值300 万元，利润50 多万元，为企业创造了很大效益，并得到了承接产品厂家的高度赞扬。通过这次生产技术指导，把这些加工工艺方法应用于制造新一代立体车库上，并利用现有的先进工装和设备，一定能使立体车库支架加工工艺更加完善和成熟。

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[K].北京：机械工业出版社，,1992.

[2]俞尚知. 焊接工艺人员手册[K]. 上海：上海科学技术出版社，1991

[3]刘中青，刘 凯.异种金属焊接技术指南[M].北京：机械工业出版社，1997.