TTYJA900運架一體機U型箱梁焊接變形控制

肖雪艷 趙小杰 周志強

（秦皇島天業通聯重工科技有限公司，河北秦皇島 066000）

TTYJA900運架一體機主要用于高速鐵路、客運專線32m、24m、20m雙線整孔箱形混凝土梁從預制場臺座內的起吊、梁場至假設工地間箱梁運輸。

與傳統的架橋設備相比，本機具有提梁、運梁、架設三合一集成模式；無需下導梁及整機以外的任何輔助機具即可以順利架梁，自重輕，形式簡單，作業程序簡便；運梁作業時，可提運雙線整孔箱梁順利通過250km/h和350km/h隧道，并且可在隧道口和隧道內架梁；方便進行橋梁的首末孔架設；架梁過程中，任何部位均不需要錨固，減少了架梁作業量，提高了作業安全性等特點。

主梁是運架一體機的主體金屬結構。全長80余m，截面高4.5m。其箱型截面，常分為5個節段，考慮便于運輸、吊裝等個方面考慮，各節段截面分為上下兩部分，節段之間及截面上下兩部分之間采用節點板精制螺栓連接。每個節段由蓋板、腹板、隔板、底板構成結構截面。節段梁在組拼、焊接過程中常因異常受力引起較大變形。引起后期修復困難或影響整個主梁結構性能。

1.U型箱梁焊接變形原因

U型箱梁屬于半開口型箱梁（如圖1所示），因其半開口結構形式比起常規箱梁更容易受變形影響。常見的變形原因為：

圖1 箱梁主結構及變形部位

（1）焊接時受熱應力變形；主要是焊接時不均勻受熱或不均勻冷卻過程。箱型梁焊接時焊縫處受熱較高，金屬發生熱膨脹現象，與周圍常溫狀態下的金屬結構抑制，造成主梁壓縮性和塑性變形。

（2）焊接受到外力影響變形；通常是組拼過程中受到過渡載荷或碰撞造成的異常變形[1]。

2.傳統組焊工藝模式

（1）腹板開口先進行預切割，只焰切圓弧處，待主梁箱型組焊后在焰切出孔。然后組焊鑲圈。

（2）隔板需拼接，開V形坡口，背部清根，熔透焊。同一位置的上、下隔板及角鋼需按所處位置的尺寸組焊拼接成一個整體。

（3）待箱型整體組對焊接完成后進行蓋板上下軌道焊接。

（4）按照圖紙隔板位置尺寸組對各隔板，定位焊后整體進行焊接。

3.焊接變形控制方法

3.1 U型箱梁組焊工藝優化

（1）腹板開口及鑲圈焊接，先對腹板進行下料開口，然后在進行鑲圈焊接，保證鑲圈焊后腹板整體平面度，避免后焊鑲圈造成箱型梁整體變形。

（2）蓋板軌道、補強板焊接，先對蓋板補強板、軌道單件進行焊接，焊接后修整平面度。避免箱型梁時焊接造成整體變形增加返修難度。

（3）隔板整體組對焊接，蓋腹板隔板依次組對，加固后焊接隔板焊縫。

控制措施實施前后，變形位置（如圖2所示）。

圖2 控制前后變形位置對比

3.2 坡口尺寸選擇

（1）經對鑲圈焊縫重新計算，焊縫尺寸由原來12mm×12mm更改為10mm×10mm，大大減少了鑲圈的焊接變形（如圖3、圖4所示）。

圖3 鑲圈結構

圖4 鑲圈焊接過程

（2）原腹板與蓋板為單面坡口CO2焊接，經過工藝優化更改無坡口自動埋弧焊接。

3.3 焊接方法選擇

（1）較長直的線性焊縫采用自動埋弧焊接，不僅可以提高焊接效率，焊接質量也較為穩定。

（2）坡口及復雜角焊縫宜采用手工CO2焊接。

3.4 選用CO2焊接方式時的關重點

（1）焊接人員個正確姿勢；焊槍和工件的位置關系；焊槍移動速度。

（2）對于大坡口多層多道焊接應控制層間溫度避免連續焊接造成熱變形。

（3）對于箱型工件應采用對稱同方向焊接，可有效避免焊接變形。

（4）隔板支撐較少的角焊縫應采用多段跳焊，可有效減少焊接變形[2]。

3.5 選用自動埋弧焊焊接方式時的關重點

（1）埋弧焊接應調整好焊接電流，避免電流過大造成燒穿、電流過小熔深過小的情況發生。

（2）埋弧焊劑應與焊絲牌號匹配，使用前先對焊劑進行烘干處理[3]。

4.其他產品焊接變形控制思路

（1）對于復雜結構工件可采用單元化、模塊化焊接，分散焊接變形，局部變形修整后在進行整體焊接，可以減少成型后在焊接其他部件帶來的變形。

（2）優化焊接順序，如工件較長可先進行斷續焊接，在連續焊接；對稱結構工件可采用多人同方向焊接；隔板鑲圈類工件焊接可先對四角進行斷續焊接，在進行連續焊接。

（3）利用反變形進行焊接也可有效減少焊接變形。

（4）增加輔助防變形拉條，也可降低焊接變形。

（5）控制焊接層間溫度，避免連續焊接熱量增大產生變形。

5.結語

在對于U型梁實施焊接時，要充分分析考慮不同部位的焊接變形原因，特別是變形方向和變形量的預估。采取上述防變形方法減少焊接變形，不僅提高生產效率減少返工返修，還能改善梁體主結構熱應力狀態、提高整個設備結構性能。箱梁主結構及設備主體如圖5、圖6所示。

圖5 箱型梁主結構

圖6 設備主體實物