大截面箱型梁防变形制作工艺研究

张卓 李东洋

摘要：随着我国机械工业的不断发展，越来越多的大型箱型构件已经成为机械工业生产的重要结构。本文主要研究大截面箱型梁制作過程中，防变形工艺这一关键环节，进而解决大型箱型梁结构的生产制造问题，为机车制造工业提供有力的支持。

关键词：大截面箱型梁;变形;预防;预挠

一、焊接变形预测

箱型梁焊接工程量大，焊接变形难以控制，出现变形后不易矫正。箱型梁的变形其主要原因就是焊接变形，所谓焊接变形是指箱型梁在焊接过程中，由于施焊过程不均匀的加热与冷却引起的变形以及焊接完成后在构件中的焊接变形现象。针对焊接变形对焊件结构影响的不同层次，焊接变形可分为整体变形和局部变形;而从焊接变形特点的不同来看，局部变形又可分为：波浪变形和角变形;而整体变形又可分为扭曲变形、收缩变形、弯曲变形。

二、防止焊接变形的对应措施

（一）角变形

角变形主要体现在箱型梁的腹板与底板在组焊的时候角度发生变化，主要是因为我们在用单面外坡口焊接变形会导致腹板与底板的角度变大。此类变形结合箱型梁的构造采取合理的制作工艺，我们将组装顺序设计为：下盖板→隔板→腹板→上盖板，这种方式可以有效的缓解角变形对箱型梁外观尺寸的影响。

（二）弯曲变形

弯曲变形主要体现在上、下盖板及左右腹板在焊接后产生面弯曲，下盖板和左右腹板的弯曲变形可以采用合理的焊接工艺控制其变形过程。首先箱型梁的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行，该平台应确保所受的自重压力的程度足够大，不会出现钢构件失稳和下沉的现象，以满足构件组装的基本要求。我们针对隔板与三个面的焊接采用双面坡口，并且进行对称焊接，这样的工艺过程可以较大幅度的减少面弯曲;采用刚性支撑方钢，支撑方钢在箱型梁的纵向排布间隔距离不能大于1.5米，高度方向排布间隔距离不能大于400，采取这样的措施可以最大限度的减少左右腹板的弯曲变形。

（三）收缩变形

收缩变形体现在箱型梁的各个焊接部位，但是在箱型梁中体现较为突出的是箱型梁隔板和下盖板的焊接，如果不采取措施焊接完成后隔板或盖板鼓起的现象非常明显，这样我们在隔板或盖板的两侧均采用刚性固定的方式减少收缩变形量，通过对箱型梁隔板的上下面均采用刚性固定的方式可以完全有效的防止收缩变形量过大。

（四）扭曲变形

扭曲变形主要体现箱型梁在焊后产生整体变形，造成箱型梁扭曲变形的主要原因就是箱型梁的主要焊缝节点分布不对称的原因。焊缝较长的焊件可以采用分中对称焊法、交替焊法，为防止箱型梁发生整体变形，我们专门设计四个主要焊缝的位置，保证高度对称，以减小焊后箱型梁发生扭曲变形。

（五）波浪变形

波浪变形主要发生在箱型梁的盖板与隔板焊接时采用电焊局部热量过大发生不连续的变形，为防止这种变形，在焊接盖板与隔板之前先将盖板与两腹板进行焊接3～4层后，并在盖板与隔板焊接部位的上表面以焊缝为中心加焊肋条，肋条的厚度不能低于45mm，且肋条间距不能低于100mm，通过这种措施可以缓解电焊所产生的波浪变形，加强每个工艺环节的过程控制，合理的搭配组装与焊接工艺，以上所述的整体及局部变形均得到了很好的控制。

三、组装工艺优化设计

优化后的组装顺序：先放置下盖板，接着组装隔板并定位焊接，紧接着组装腹板，然后进行隔板焊接，最后组装上盖板。组装之前，上下盖板、两侧腹板、中间隔板应分别对其进行平直校正。

（一）隔板与下盖板组装及隔板定位焊

首先在平台上将下盖板放置妥当，然后在下盖板上根据图纸将隔板位置的中心线划出，以中心线为基准，分别向两端画线，定位各个隔板的尺寸位置，保持隔板与基准面垂直，隔板垂直度检验合格后定位焊接。与此同时，下盖板与各个隔板之间设置临时支撑并点固。

（二）腹板的组装

大型而较长的箱型梁，如机车底架中梁等，腹板、下盖板和上盖板都是由两段或三段拼接起来的;首先在平台上画出三条直线，分别是两腹板和下盖板的拼接（直线度）基准线。

箱型梁的腹板、下盖板和上盖板拼接完后，加引弧板施定位焊接。在焊接时要做好反变形的预防措施，应在焊接部位下方加垫板，垫板高度应稍微大于所要焊接的板材厚度，通常是底板厚度的1.5～2倍（相对大型梁）。三条中心点的重合，是组对箱型梁最主要的质量保证;防止箱型梁扭曲最有效的措施，就是在点焊腹板时，一定要保证左右两腹板在水平面上的平行。

（三）隔板的焊接

在这个过程中，只能对隔板与下盖板、两侧腹板之间进行焊接，焊接方法采用CO2气体保护焊，并要求焊接为全熔透性焊形式，根据板厚的不同，隔板跟下盖板之间以及隔板与两侧腹板之间的焊缝焊接若干遍，构件达到一定稳定刚性后，将箱型梁左右翻转90°，将两侧腹板与隔板之间的焊缝进行焊接，上下翻转箱型梁，根据焊接要求，完成隔板与下盖板、两侧腹板连接的三个面焊缝的焊接工作。

（四）上盖板的组装与焊接

组装上盖板相对来讲非常的简单，将已调校好的板料盖上就大功告成，上盖板放置到位之后，用直角尺检测上下盖板平行度及截面对角线。截面对角线不大于2㎜。选用CO2气体保护焊的焊接方法对两侧腹板与上盖板之间的主焊缝完成打底焊接，然后再对主焊缝采用多道焊接方式。这样，箱型梁的整个组装工序便宣告完成。焊接箱型梁是由四名电焊工从箱型梁中心点开始，分别向两侧焊接，焊接规范和焊接速度要保持一致。防止焊接受热不均所带来的焊接变形。对于大型较长的箱型梁，在组对焊接完成后，必须有一定的挠度，根据不同箱型梁结构要有不同的挠度，一般情况下，挠度值应保持L/1000高度。

四、焊接工艺优化设计

针对于箱型梁构件上下盖板与两侧腹板构成的四条主焊缝，在确保焊接质量的条件下，主焊缝坡口形式选用的是小角度坡口，焊接量的减小，从而产生线能量输入降低的效果，对焊接变形能够有效的控制，焊接坡口的角度最小可降低到35°，为了方便组对，确保组对精度，采用机械加工焊接坡口，这样可产生均匀的组对间隙，为后续焊接变形的有效控制提供便利条件。

结束语

1）材料加工前优化设计，尽可能减少焊缝并对称分布，定尺备料，避免拼接缝，原则上箱型柱的盖板、腹板不拼接，若不得已拼接，必须先拼接，经校平后再下料。下料尺寸必须精确，最终净尺寸机械加工为佳;主焊缝坡口选用45°坡口，坡口加工采用机械加工。这是防变形工艺的第一步。

2）严格控制组装顺序及组装精度，特别是组装精度，必须按照组装精度要求执行，确保组对间隙的均匀性;组装后的箱梁整体直线度不得大于2 mm，各部件彼此的垂直度必须达标，并按工艺要求加设方钢提高箱梁刚性。此为防变形工艺的第二步。

3）箱型梁的挠度一般都是利用氧-乙炔焰加热钢结构部件的方法来实现的。预烧挠度时，采用三角形加热法，要在箱型梁中心线向外两端300㎜左右位置上，呈正三角形，由尖点向底面逐渐烧烤，同时加热相应部位的下翼缘板。火焰温度要掌握在500～720度左右，火焰颜色呈微黄。预烧挠度时要避免箱型梁局部位置凸起或凹陷现象，箱型梁直线方向要平缓过渡，以保证产品达到技术要求所规定的挠度。此为防变形工艺的第三步。

参考文献：

[1]雷党刚，梁宁，杨靖辉，等.某型雷达车架箱梁的焊接工艺[C]/安徽省2012年焊接技术交流会.2012

[2]朱卓成，张海军.上海石化六期改造项目反再框架[J].城市建设理论研究：电子版，2012（2）：48.