攻克箱形梁焊接變形難題

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摘要：這是我根據箱型梁的特點，結合實際操作中出現(xiàn)的問題，進行試驗而得，希望能對廣大的同仁有所幫助。
& H0 t6 a) v, U關鍵詞：箱形梁 焊接 變形
% w: ]& x$ c! u5 g' R一、引言
在電廠鍋爐鋼結構中經常設計有箱形結構。特別是蒸汽量為1025噸級鍋爐鋼結構中箱形梁結構很多，一臺鍋爐約有箱形結構梁柱350根。按一年制作三臺此類鍋爐鋼結構計算，一年生產的箱形梁在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。容易產生扭曲變形。一旦產生扭曲變形，現(xiàn)有設備難以矯正，需用火焰經多次矯正，矯正成本很高，甚至于矯正不過來造成產品報廢。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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研究試驗內容
1、設備資源系統(tǒng)構成：門架式帶雙埋弧焊機及相關配套設施。
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)。
/ X) Z+ L$ {! x' J2、主要研究內容及關鍵技術：
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生的焊接變形。對焊機機頭送絲機構加以改動，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，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,經試驗找到合適的焊接規(guī)范。
一、焊接工藝試驗
1.        焊材選用
焊絲  H08MnA   φ4mm；焊劑   HJ431
2.        焊接工藝參數
電流
4 X( k. G9 s! T（A）        電壓
（V）        送絲速度
（m/h）        焊接速度
) F- J8 x. h$ ^. t" ?; d$ g（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重        變形很小
1 U2 l' \" T: ]3 q  s  ~620        34        82        22        焊腳尺寸夠咬邊嚴重        變形很小
, l1 V& a/ ~% S1 v" f650        36        85        25        焊腳尺寸夠焊縫側偏        變形較小
680        38        87        28        焊腳尺寸夠
# I* a1 L8 G3 `焊縫側偏嚴重        變形較大
7 Q. J# V0 E3 y1 Y. f640        34        82        26        焊腳尺寸夠焊縫小許側偏        變形小
- r) J; Z3 z1 E- o: `640        36        84        26        焊腳尺寸夠焊縫成形好        變形很小
5 V3 O5 Y' T9 U6 ?1 A( g& y" m) M一、        工藝流程
1.工藝流程比較
. }1 L3 N5 E% Q9 v; Z1 a: w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
$ J) M1 }0 w" a+ O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——編程數控打孔——組焊——涂裝——入庫
2 E6 g- s5 i  o% `/ d2.制作流程
8 c5 \" O8 V7 B: s* r% z2.1材  料
（1）主材
# B1 I4 S3 j: v6 J' r2 P1 g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。現(xiàn)在所有進廠材料均應有生產廠家的材質證明書，并經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。
（2）焊接材料
$ p( @" I% E+ I6 e- V- {以前焊接材料保管不妥，浪費嚴重。現(xiàn)在所有焊材由專職管理人員管理，并分配使用，對產品所使用的焊接材料牌號、數量進行核對后，方可發(fā)放。焊材應具有牌號、規(guī)格、數量、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、變質的焊條及嚴重銹蝕的焊絲，影響焊縫質量。
（3） 其他材料
3 h. k0 x* s, F" \7 _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。
3 f0 `7 L  `( b9 G7 G( `2.2        放樣、下料
(1)        材料的矯正
為了提高金屬結構件的精度，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過計量合格方可使用，不得用不合格的量具，控制構件的尺寸誤差。
(3)        放樣前首先熟悉、核對圖紙尺寸，計算無誤后，由富有經驗的工人承擔劃線工作。
0 n& m8 n5 v: c7 Q0 d/ o6 Q(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：
        以前工具        現(xiàn)在工具        現(xiàn)在工具
. h% B0 j9 e' ~! i4 e5 s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        數控火焰切割機
9 M; @6 ]* A, \  ?, \/ U6 x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。
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。
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。
5 h+ L7 J7 ^8 D  I% n* c7 s2.3        箱形梁組裝
（1）        隔板下料尺寸復核
隔板尺寸精確度是保證箱形梁組裝質量的關鍵。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。
（2）        箱形梁組裝
5 l& V8 a. s% E' r8 N, {2 \+ L①        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。
5 [9 X) i: o# b# H: ^+ r: W③        再將腹板與翼板組裝好。
④        檢查隔板的裝配質量。
⑤        焊接隔板與腹板及翼板的連接焊縫。
3 u& t, v6 c# h, ?2 t3 |% W⑥        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，即與翼板成30度左右。焊接第第一遍。
②        焊槍傾向腹側，即與腹板成30度左右。焊接第第二遍。
( z7 q# [$ D6 j/ L* i6 E2 \, v! @2.5        箱形梁制孔
提高鋼結構的質量關鍵是提高構件的穿孔率，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)點板鉆孔利用數控平面鉆床完成。
數控鉆床制孔的主要優(yōu)點及保證加工精度措施：
# ^% f$ O* U% N6 T1 Z6 }+ y8 U1.        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。
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。避免劃線誤差及裝夾誤差。
3.        液壓自動裝夾，打四面孔群時不需構件翻身。用鉆模打孔打一面翻一次身，放一次鉆模，重新找基準裝夾。
+ @# u  e2 Z9 @; r3 o4.        只有一個基準，沒有重新找基準帶來的誤差。
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。
& z4 T/ t4 q1 G6 A+ X& B; ~* m2.6        箱形梁組裝連接板
4 v2 O  {) g- y3 d: V- G裝配前首先檢查各部件的記號，尺寸，材質得以確認后，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據，并應校核裝配尺寸是否有誤。裝配工作一律在經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，以確保裝配質量。使用工裝夾具以防止焊接時的變形，注意留出焊接所產生的收縮量，使得拼裝焊接后的產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各50mm范圍內的鐵銹油污、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。
( j# a1 x: v! f# T. @2.7        箱形梁焊接
2 `" [4 r8 m4 I% R' E2 C1 K( ^% W1.焊接的一般事項
  O$ A1 V) Z) [$ S% R; V% [! v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，并且能夠對工程的焊接工作全面地計劃、管理和進行技術指導。施焊前首先清除干凈焊縫區(qū)兩側各50mm范圍內的油污、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、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的飛濺。
. g  q9 X6 W: ^* M2.焊接作業(yè)
選擇合適的焊接順序使得構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。
% s" z5 g5 ^9 A2.3        箱形梁最終檢驗
, K1 B0 J- b! q4 F: v& w9 k1）        檢驗設備及其校準
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。
0 g. o0 k8 S1 X" H2）        工序檢查
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、制孔等工序的質量進行專檢，經專檢的檢查人員確認合格簽字后方可進行下道工序生產。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）產品檢查
對所有成品構件的幾何尺寸，包括構件的長、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量等等，是否符合圖紙和技術標準的要求；焊縫尺寸、油漆質量是否符合設計要求；構件標號、發(fā)貨標記等是否齊全、正確、清晰。
/ E* _! ?! C6 m1 c) M7 o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（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。獲得了較好的焊接成形。
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，保證焊縫質量的關鍵。
" K/ R/ x% v1 u- N目前在埋弧焊生產中，弧長控制方法是用等送絲調節(jié)系統(tǒng)的電弧自身調節(jié)作用和。電弧的自身調節(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。
$ L. Q; d1 Z; M- Y3 h% {, X2.分兩層各有側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傾斜，造成翼板側咬邊嚴重。為此我們分兩道焊，第一層以70°傾向腹板側，第二層以15°傾向翼板側。從而得到了滿意的焊縫，焊腳尺寸達到要求，成形良好。
焊槍傾角示意圖如下：
六  主要經濟技術指標
; g" c8 g# S" r3 K6 o采用新工藝后，制作每根箱形梁可節(jié)約成本分析如下表
2 N0 ~  m1 c& d' L" y節(jié)省人工
5 h. x& S( w/ V6 V2 c$ u4 C

  ?( J  l& K5 F; t
  Z) |$ v6 {4 @& W3 q# w3 i節(jié)約矯正用氧乙炔成本


3 a" D' r  N, c+ u1 B$ E  J) F節(jié)省矯正用起重機械臺班

        每根梁省去人工6工日。
; e& e. D, e' i& ^, ~, c
% q5 z9 B4 g; k) U2 D- l% l

  C, ?/ [, g) ~節(jié)省氧氣4瓶，乙炔2瓶。


% }* f( M: e  k1 q) w) N1 C節(jié)省10噸行車1.5臺班
5 }2 h: P- H) ?0 z% K

        焊接時間縮短一半，不用矯正時間

不用矯正
8 Q. m. v8 N+ s( o% c
$ R; \2 ]) X* k/ n
1 N5 f. I8 T; B0 D: a0 J' d7 O無需矯正起重機械臺班。
0 z* o% c5 P* e0 J折算成人民幣計算如下：
5 `6 m* W# ]0 K每根節(jié)省: 人工      50元/工*6工=300元。
2 F3 o% @7 P( N0 F, y1 E+ w氧乙炔    4瓶*10元/瓶+2瓶*80元/瓶=220元
起吊臺班  1.5(天)*800元/(臺班)*0.25(使子        用系數)=300元
每根共節(jié)省小計:  300+220+300=820元
每根箱形梁節(jié)約成本約800元。按一年生產1000根箱形梁計算則可節(jié)約80萬元。即年創(chuàng)造80萬元的經濟效益。
提高了質量，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。

杭州學徒

很好的工藝性文件,做焊接工藝的朋友可以來學習下.

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學習學習，長知識了！

炎松

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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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