高架鋼結構立庫立柱焊接變形的控制

蔣秋嬋

（廣西機械工業研究院，廣西 南寧530001）

隨著中國經濟的飛速發展，城市汽車保有量的劇增，導致城市靜態交通問題日趨尖銳。車輛無處停放的問題是城市社會、經濟、交通發展到一定程度產生的結果。當今，停車問題已經引起越來越多的社會關注，如何解決停車難問題也成為人們越來越關心的問題。而采用占地面積小、停車密度高的機械式立體車庫，已是趨于共識的選擇。

立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。

立體停車設備的發展在國外，尤其在日本，已有近三四十年的歷史，無論在技術上還是在經驗上，均已獲得了成功。

我國也于上世紀90年代初，開始研究開發機械立體停車設備，距今已有近20年的歷程。在城市加快發展，資源越來越緊缺的情況下，要解決停車難題，應該多向地下和空間要車位。

立體車庫節省空間及土地資源，具有突出的節地優勢。如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80%～90%，如果采用地上多層立體式車庫的話，就可以大大節省有限的土地資源，并節省土建開發成本。

1 立體車庫結構形式分析

目前，由于我國還沒有一套完整的立體車庫設計規范,立體車庫結構形式多種多樣，本節針對垂直提升式立體車庫結構形式進行分析。垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，與大型企業用來儲存、堆垛產品零件的高架立體倉庫相似，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（十米或幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，占地卻最小。垂直提升式立體車庫(多層型)支架采用鋼結構，其中立柱采用箱體型鋼制結構，橫梁多采用H 型鋼結構。鋼結構和傳統的混凝土結構相比，具有跨度大、結構基礎要求低、抗震抗風能力強、外表美觀、建造周期短、維修費用低等一系列的優點。現在市場上提供的型材原料一般不采用軋制型鋼，而大多數都采用焊接型鋼，但箱體型鋼市場幾乎沒有。對于有加工能力和加工條件的企業來說,按設計結構要求自行制作立體車庫框架比購買標準型材料要合理，同時能降低制作成套設備成本。

2 立體車庫焊接變形的有效控制

立體車庫的生產制造，主要是控制好鋼結構立柱及橫梁的焊接加工工藝。立柱及橫梁產生變形，無非就是構件在焊接的時候，鋼材應力集中造成的，就是焊接處和其他部位的鋼材溫差太大而引起變形。本節結合本人在實際生產“高架立體倉庫”制做過程中，出現焊接變形時進行有效控制的方法，針對現有設施設備，制作垂直提升式立體車庫的應用。

“高架立體倉庫”曾是柳州汽車廠、河北宣化工程機械廠、天津拖拉機制造廠等大型企業訂做的，用來儲存、堆垛產品零件的大型設備，該設備機架高達13 m，寬5 m，可在地面軌道上行走，中間導軌使載貨臺上下移動，用以運送零件。每根立柱重量達700 kg，整個機架的技術要求較高，組裝后立柱中心線組成的平面度不大于5 mm，導軌對行走輪中心連線的垂直度不大于7 mm，導軌在縱橫兩方向的垂直度不大于9 mm（見圖1）。

圖1 機架圖

筆者在兩次接受“高架立體倉庫機架”生產技術指導任務時，為了保質保量地完成任務。首先對機架圖、部件圖、零件圖進行了認真的審閱，分析影響產品品質的薄弱環節，制定了生產工藝和步驟，到現場指導生產，并對生產過程中出現的問題，提出了改進意見和方案，取得了較好成效。

2.1 解決機架立柱、橫梁的變形

機架立柱、橫梁都是由4 塊長蓋板拼接而成（見圖2）。

圖2 立柱圖

上下蓋板Ⅰ、兩側蓋板Ⅱ厚度為均為10 mm，每塊鋼板長寬尺寸都在6 000 mm×300 mm 左右，每塊蓋板凈質量在140 kg 左右，既重又長。

在下料前，首先把好原材料采購關，原材料采購時嚴格控制10 mm 鋼板要求開平板。上下蓋板Ⅰ采用等離子切割方法，切割速度快，切割品質好（見圖3）。

圖3 蓋板Ⅰ

蓋板Ⅱ的切割品質，對構件的裝焊質量有很大的影響，故蓋板Ⅱ采用剪床下料兩件拼接成一件（見圖4）。

圖4 蓋板Ⅱ

控制零件寬度尺寸，保證了兩側B 面的直線度，并且這樣拼接，可以提高材料利用率，節省材料損失。

由于板厚較薄，切割或剪切下料后的變形或殘余應力，將導致上下蓋板Ⅰ、兩側蓋板Ⅱ的波浪型變形，側彎曲變形，變形量都在10～20 mm 左右（見圖5）。

圖5 蓋板Ⅱ扭彎變形、彎曲變形圖

拼裝前，開好的平板在切割完后，不能直接裝焊，必須先消除應力。首先，應去除板條邊緣的割渣、割瘤、氧化物，檢驗兩側蓋板Ⅱ波幅變形量達到規范允許范圍，對焊縫區域必須打磨，采用校平機校平。除了在校平機上校扭彎變形外，還設計了一長直角形平臺（見圖6），利用選點火焰加熱后迅速水冷卻的熱脹冷縮反變形方法，解決零件彎、扭變形。

圖6 彎曲變形校直圖

拼裝過程中，嚴格控制裝配間隙不能超標，但在零件裝焊成長方形柱件后，發現扭彎變形很大，經分析主要是因為中間隔板采用剪床下料，每一件的長寬尺寸大小不一，裝焊時也引起焊件變形，中間隔板加工工藝采用先采用剪床下料，把每一個立柱部件所需的中間隔板件作為一組，疊在一起點固焊，上刨床加工A、B、C 這3個面，在立柱組合焊時利用這3個面作為定位面（見圖7），這樣大大降低了立柱組合焊的變形。

圖7 中間隔板

在外圍四面封焊時，縱縫施焊過程中最好調節焊接電流在280～350 A，焊角尺寸不高于6 mm。采用埋弧焊機時，嚴格控制4 條焊縫的焊接順序和焊接電流。采用兩名操作者同方向相對焊接上焊接面后，再焊下焊接面的焊接工藝（見圖8），焊接電流、焊接速度應保持一致，每一道焊縫當天必須焊完，減少了裝焊后立柱的彎曲、扭曲變形。

圖8 立柱彎曲變形圖

2.2 立柱與橫梁的校正

由于機架的部件全部為焊接件，焊接后的少量彎曲變形，是很難避免的。因此，焊后部件就需要校正。但這樣大型的制件，用手工是無法校正的，經反復閱讀了有關焊接校正的資料，提出采用局部火焰加熱后，迅速水冷卻的熱脹冷縮的反變形方法進行校正，同時兩頭用夾箍夾緊，防止加熱時焊件扭曲，解決了焊接變形問題（見圖9）。

圖9 立柱彎曲校直圖

2.3 立柱與橫梁兩端連接板的封口工藝

圖2 所示焊件，兩端連接板平面度要求很高，若封兩端面時，不能保證品質，會給下一道切削加工工序帶來很大困難，如出現切削余量少、連接板傾斜或者會引起兩立柱連接時連接板錯位（戴帽）現象，更嚴重時，會使整個制件報廢。為了保證制件封面的加工品質，設計了大型加工平臺，采用C 面定位（見圖10）。

圖10 立柱彎曲校直平臺

要求的加工工藝，為制件及連接板都需畫線分中，制件一端頭割平，打磨后用直角測量塊測量垂直度，確認垂直后，封一端連接板，再以一端連接板為基準，取長度尺寸，割平，打磨另一端后測量垂直度，確認垂直后，封另一端連接板。這樣，保證了兩端平面度，避免了廢次品的出現，立柱加工工藝流程見圖11。支架其它橫梁，可參照立柱加工工藝制作。

圖11 立柱加工工藝流程圖

3 結束語

通過嚴格控制加工工藝和嚴把產品品質關，順利完成了“大型高架立體倉庫”22 臺套的生產任務，由于嚴格把關，保證了機架加工品質，實現產值300 萬元，利潤50 多萬元，為企業創造了很大效益，并得到了承接產品廠家的高度贊揚。通過這次生產技術指導，把這些加工工藝方法應用于制造新一代立體車庫上，并利用現有的先進工裝和設備，一定能使立體車庫支架加工工藝更加完善和成熟。

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊[K].北京：機械工業出版社，,1992.

[2]俞尚知. 焊接工藝人員手冊[K]. 上海：上海科學技術出版社，1991

[3]劉中青，劉 凱.異種金屬焊接技術指南[M].北京：機械工業出版社，1997.