反變形胎架自動焊設備改造

黎暉

（中鐵十五局集團物資有限公司，河南 洛陽471041）

鋼結構是指結構系統主要有鋼構件組成的一種結構形式，其特點為施工速度快，污染小，重量輕，強度高，抗震性強等。相比其他建筑結構，無論是結構性能、使用功能、經濟效益、社會效益都具有較大優越性。

1 工程概況

開元樞紐互通式立體交叉鋼箱梁位于重慶市位于潼南縣榮昌區榮隆鎮半邊街，鋼結構橋梁包括主線橋左右幅、A 匝道橋、B 匝道、C 匝道、D 匝道共六聯橋。主橋左幅采用28.65m+43m+23.35m三跨一聯的鋼箱梁；主橋右幅采用23.35m+43m+28.65m 三跨一聯的鋼箱梁；A、B、C、D 匝道鋼箱梁主梁采用25m+40m+25m 三跨一聯的鋼箱梁；鋼箱梁材質為Q345qC，均在加工場內分段預制，其中包含大量加勁肋與頂、底、腹板的連接。

2 改造目的

通過改造焊接設備，提高焊接效率和單元件質量，降低成本。其具體如下：

2.1 施工要求：焊接量大、工期緊；

2.2 提高加勁肋與頂、底、腹板的焊接質量對鋼箱梁整體質量起著重要作用；

2.3 防止在制作頂、底、腹板單元件過程中大量的焊接導致鋼板變形；

2.4 完成質量目標：提高焊縫一次合格率，提高工作效率，降低生產成本。

3 現狀調查

本工程鋼箱梁制作過程中含大量加勁肋與頂、底、腹板角焊縫，共計59660 米。

3.1 二保焊人工焊接工時及特點。按一個焊工每小時焊接10米，8 小時為一個工時計算，一個工時可焊接80 米，共需要59660÷80=745.75 工時。人工焊接速度慢，需安排大量焊工，場地攤鋪面大，占用大量車間場地，人工成本高，由于人的長期作業不穩定因素較高，易出現氣孔咬邊等缺陷，且外觀成型較差。

3.2 埋弧焊焊接臺班及特點。按每臺埋弧焊配備一名焊工，每小時焊接76 米，8 小時為一個臺班計算，一個臺班可焊接608 米，共需要59660÷608=98.12 臺班。焊接質量及外觀良好，但因頂、底、腹板尺寸較大，門式埋弧焊不能滿足焊接空間要求，需要制作反變形胎架，且每焊完一道焊縫需調整角度等，準備時間相對耗費過多，設定為106 臺班，工期較長，設備成本較高。

4 確定目標

為提高焊縫質量及焊接效率，確保焊縫質量一次成優，結合質量、工期、成本等因素，綜合二保焊及埋弧焊的特點，將反變形胎架與二保焊相結合，改造成反變形胎架自動焊設備，對頂、底、腹板單元件的角焊縫進行焊接。

5 目標分析

以本項目頂、底、腹板單元件制作周期為30 天計算，分析各類焊接方法。

5.1 二保焊焊接配置。人員配置:745.75 工時÷30 天÷2 班=12.43 人,即13 人。設備配置：二氧化碳保護焊機13 臺。該配置為連續施工配置，即需在30 天內，兩班倒，需保證每天鋪展13 人同時焊接頂、底、腹板單元件的場地同時施焊，在實際生產中為保證工期在后期必須追加人員及設備，且該方案施工將占用大量加工場地，影響其他作業有序開展。

5.2 埋弧焊配置。人員配置：98.12 臺班÷30 天÷2 班=1.64 人，即2 人。設備配置：埋弧焊機2 臺。該配置為連續施工配置，兩班倒，需配備2 臺埋弧焊機，且單獨使用埋弧焊機易導致單元件變形，且每焊完一道焊縫需不斷調整焊接角度，耗費時間。結合二保焊與埋弧焊特點，綜合兩者優點，將二氧化碳保護焊機改造為自動焊，且同時多個焊槍同時施焊，既能將焊接速度提高，保證工期，又能保證達到埋弧焊的焊接質量，同時降低成本，減少場地占用。

6 設備改造的計劃

根據鋼箱梁制作圖紙，將焊機設立為6 臺，即滿足6 焊槍同時施焊。行進速度與埋弧焊基本一致，理論上施焊效率為埋弧焊的3倍，需59660÷304÷6=32.71 臺班，考慮到部分頂、底、腹板上只存在4 或5 條加勁肋，施焊過程中會有閑置焊機的情況，預計需36 臺班，每臺班配備2 名焊工可滿足施焊作業。

7 設備改造

7.1 設備的安裝。根據實際焊接組件尺寸及設備配置需求，制作特制龍門架，安裝氣缸、變頻器、焊劑回收機、漏電保護、空氣開關等，連接空壓機，接通線路形成操控平臺，在龍門架上架設焊機并將焊槍固定于氣缸，并根據焊接組件，制作胎架。主要設備清單及安裝情況如表1，圖1。

7.2 設備的運行。通過操控平臺，啟動電源，通過氣缸調節焊槍位置，調節焊機的電流電壓和送絲速度，以氣動電磁閥、節流閥等控制焊劑的流量和速度，經龍門架的行進控制焊接速度，形成焊接。焊接過程中，需配備2 名焊工根據焊接情況實時對各種參數進行調整以及監控焊機狀況，并額外配備一臺焊機，對出現缺陷情況進行處理，以保證焊接質量。

7.3 焊接的試焊。初步焊接參數設定為電流200A，電壓25V，焊接速度0.8m/min，經試焊接后，焊縫成型較差，主要缺陷表現為：輕度咬邊、燒傷母材、焊腳不足、不美觀。

7.4 設備參數調試。經幾番調試參數確定為電流180A，電壓23V，焊接速度0.5m/min 后，極大部分焊縫質量達到要求，但會有個別輕微缺陷情況，經配備的2 名焊工及時微調參數并人工補焊，可滿足質量要求，且焊縫整體情況良好，無明顯咬邊，極少出現母材燒傷現象，焊腳高度達到要求，且焊縫成型美觀，見圖2。

表1 多焊槍半自動焊改造主要設備清單

圖1

圖2

8 設備改造后的效果檢查

按最終確定的焊接速度0.5m/min 計算，理論焊接臺班為：59660m÷0.5m/min÷60min÷6 焊槍÷8h=41.43 臺班。理論焊接時間為：41.43 臺班÷2 班=20.72 天，即21 天。而事實上，制作期間不可能達到不間歇施焊，且中間還有更換焊件等時間損耗，實際上整個焊接過程達到了25 天，提前完成工期，但無論哪種方式，上述情況都存在，本文只計算理論臺班，又考慮到一些焊件只能同時施焊4 或5 道焊縫，綜上所述，改造設備所需臺班設定為44 個臺班，每個臺班配備2 名焊工。與二保焊人工焊相比較，改造設備增加了大量投入；但節省了大量人工，若要達到改造設備的焊接工期效果，需長期配備13 名焊工方能達到；焊縫一次合格率可達到99%以上，較人工焊優異，且焊縫外觀成型美觀。和埋弧焊相比較，外觀質量與埋弧自動焊基本一致，設備投入相較一臺埋弧焊機而言，要略多，但改造后設備工期效果要縮短了一倍多，且節省了部分人工。

為更直觀了解，三者差異對比如圖3。

圖3

9 效益分析

綜合二保焊機與埋弧焊機的優點，改造設備能夠大大提高了角焊縫的焊接效率，同時保證了加勁肋與主板的角焊縫焊接質量與外觀，并且較大的降低了施工成本，且鋼箱梁結構大同小異，頂、底、腹板單元件基本都是縱向加勁肋形式，改造設備適用于絕大多數鋼箱梁頂、底、腹板單元件焊接，具有重復利用性。

9.1 技術效益。更深入的了解了各種焊接設備的優缺點，開闊了焊接設備的創新思路，對今后類似情形的焊接工作有較大借鑒價值。

9.2 經濟效益。本文只計算差異成本，忽略其他差異不大條件。

9.2.1 二保焊手工焊。以同等焊接工期計算，需13 臺焊機，且占用大量焊接場地。設備：7860 元/臺×13 臺=102180 元；人工費：745.75 工 時×300 元/ 工 時=223725 元；總 成 本：102180+223725=325905 元；9.2.2 埋弧焊自動焊。以同等焊接工期計算，需2 臺設備并制作同等胎架。設備：（125000+46000）×2=342000 元；人工費：106 工時×300 元/工時=31800 元；總成本：282000+31800=373800 元；9.2.3 多焊槍改造自動焊；每工時需配備2 名焊工。設備：179366 元（見設備清單）；人工費：44工 時×2 ×300 元 / 工 時 =26400 元； 總 成 本：179366+26400=205766 元。

9.3 社會效益：通過設備改造，保證了工程角焊縫焊接質量、縮短了工期，展現了改造能力，獲得業主的好評，樹立了公司形象。

結束語

通過實踐證明，拓展發散創新思維，采取行之有效的施工措施，能夠取得更加良好的施工效果。同時也暴露出技術的不完善會增加很多無用功，費時費力。只有不斷積累經驗，培養多方面人才，科學規劃，勇于創新，才能創造出更高的經濟、社會效益，企業才能屹立在世界，展望未來。