斜腿钢构箱形钢桥制造工艺.docx
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斜腿钢构箱形钢桥制造工艺
斜腿钢构箱形钢桥制造工艺
一般栓焊桁梁,工厂生产多采用一系列胎型样板,按工序控制各部尺寸及精度,最后可以达到杆件互换,工地安装十分方便。
这套办法实行较久也比较成熟。
至于钣梁,无论上承或下承都没采取上述的办法,必要时,最多也只是作几个样板,用划线办法来控制尺寸,至于箱形梁,制作较少,还没有比较成熟的经验。
早在68年,试制过一孔32m整孔箱形简支梁,77年生产过一孔40m分段箱形简支梁,分三段组成,都基本没有采用什么工装,也不存在什么互换问题。
由于箱形梁与其他梁有许多特殊之处,现行规范与技术条件还很少有这方面的内容,没有适应其特点的规定和要求,因此工艺上也没有适应其特点的相应措施,还处在摸索经验的阶段。
汉江桥的生产试制成功,为箱形梁生产工艺打下了初步基础,但仍尚待于在继续实践中修改完善。
一、工艺原则
斜腿刚构汉江桥由四部分组成:
主梁,隅节点,斜腿,附属设备。
分述如下;
1.主梁:
主梁为箱形梁,上下分层,纵向分段,层高2.2m,段长10~12m,组成56+3×64+56m五跨连续梁。
截面轮廓尺寸与3×64m西延线东王河桥三跨连续箱形梁相同。
早在76年时,为3×64m箱形梁的试制,曾设计制造了一套工装,主要胎型,有下列五种。
①xz01纵梁纵肋钻孔胎型
②xp02盖钣单元组装定位胎型(盖钣组装纵肋纵梁)
③xz02盖钣单元钻孔定位胎型(钻盖板工地拼接孔)
④xpz01腹板单元组装,钻孔胎型(
)
⑤xp03箱型整体组装胎型(组装箱形整体梁段)
至78年时,用上述胎型试制了3×64m梁段中G2一段,作为试验段,通过试验,最后确定东王河桥工艺,并修改胎型。
此时汉江桥已开始进入准备阶段,于是将汉江桥主梁部分一并考虑进去,同时修改,所以在78年代末东王河桥投产后,开始汉江桥准备工作时,主梁部分工艺已大致确定。
所以当时重点是放在隅节点,斜腿及横杆的工艺上。
由于试验段只有一段,又处在当时历史条件下,工艺执行极不严肃,所得数据较少,很难说具备何种程序的代表性,一些问题原来指望在东王河桥生产中可以得到弥补。
可是到79年初,东王河桥停产,汉江桥突出到第一位,从而暂时隐蔽了许多未知因素,基本上按东王河桥工艺制造。
即用全套胎型样板,分单件、单元、整体三步。
在样板中计入收缩量,单元时,即全部钻足孔,然后控制相对位置,拼焊整体。
如果预计符合实际,梁段制成后可以互换。
2.隅节点:
隅节点为梁腿结合部,上部为主梁段,下部为斜腿段,因腿与梁连接有三次转角,因此构造十分复杂,加上板厚,焊缝大,空间小,施工条件很差,为此作出模拟试验。
原则上工艺按主段与斜腿段分别执行,另外增加铣头(G16、G17、G24~G29均采用机加工端面)装焊法兰,试装节点等工艺细节及相应装备,待隅节点整体组装后,再将隅撑定位,最后编号拆开,分别再加工,工地安装时,对号入座。
3.斜腿:
斜腿亦为箱形,轴线长:
上段为10633mm末段为2800mm,中部为5×1200mm,共7段,全宽1475mm,全长不变,高度从上部408mm减至下部1500mm,除上两段为分层箱形,层高2~1.75m外,其余均整体箱形。
因无现成胎型可资利用,按常规专作一套,又利用率不高,因此采用划线办法,用线定样板,用线拼装,代替胎型,仍分三步施工,在单元时钻孔。
盖板单元可以利用xpz01一次钻成;腹钣单元则用划线挂样板,在小端钻足孔,在大端钻部分螺孔(Φ17小孔),相应内拼接钣同,外拼接钣除与腹板对应为Φ17小孔外余均足孔,以便总装后投扩。
小孔投扩的目的,是考虑到划线的误差将比胎型拼钻的结果要大,一头小孔则留有调整的余地,即令如此,全长的精度也难保证。
因此,另外在G23~G24之间留一个接口,(即拼接钣留一半不钻孔。
后改至G22~G23间)到全长试装量测合格后,配制拼接钣投扩孔。
这样可以较有把握的保证长度公差,但是工地安装时要对号入座,不能互换。
4.附属设备。
按一般产品制造,不赘。
二、工艺准备:
在编制工艺前绘制施工图的同时,进行了一系列的施工准备工作,给工艺创造条件,给生产打下基础,简要介绍如下:
1.材料试验
①国产16mnq按冶标YB168-70进行理化试验,按炉罐号每十炉抽验一组。
②日本SM53CN按日本规范JISG3106复验并按16mnq标准复验,各项性能指标需满足不低于16mnq的要求。
③对于较小角钢,钢厂证明无冲击值的,还要铺作冲击试验。
④一部分16Mn料(因源问题,部分角钢无16Mnq,只有16Mn)也要补做冲击试验,选择达到16Mnq标准的才能使用。
2.焊接试验:
①不同材质不同构造的焊接试验
②角接焊缝熔深试验。
③G12斜隔板施焊模拟试验。
④SM53CM焊接性能试验。
⑤施焊规范选定。
⑥予热温度选定。
3.工艺装备:
除前述5个大型胎型外又加了:
①上盖板人字坡组焊胎型。
②隔板钻孔支架。
③梁腿整体拼装后,扩钻孔支架。
④隅节点试装胎型。
⑤单双腿总组装胎型及布置。
⑥主梁组装支凳布置。
⑦各种钻,拼焊矫工作平台及支凳,共计大小胎型20个大小样板150个。
4.铣头设备:
斜腿两端头腿段及横杆两端,均有不同角度的端切面,需要整体组焊后铣头,用现有设备落地镗,加铣削刀盘,改制成移动铣头机,上下左右并用,不同高度的钢枕,在平面与立面两方向,组成不同角度的床面,固定杆件,使铣头面与刀盘平行按划线进行机加工。
划线在平台上进行,因工作物较大较长,在传统划线用具划线盘,板尺,地规之外,配合水平仪找平,划水平线,经纬仪延长线段,划垂直线。
工作时首先找出杆件中线,划出断面腰线,在腰线上按坐标尺寸定出铣头线上各点,然后连接成铣头线。
在铣头线里侧(加工面的对侧)相距5~8mm处作平行线,是为看线(检查线)以便加工后检查铣面精度之用。
5.技术交底:
开工前对有关人员(生产及检查从而)进行技术交底,先介绍总的情况,结构特点、构造、数量、钢材、焊接、各部分采用的工艺方法及主要胎型,对技术要求,质量标准作了说明,并强调了该桥在工艺上的特殊之处,零件形状尺寸复杂,精度要高,往返作业多,调直次数多,焊接空间狭窄等难点,要有足够的思想准备。
然后分批分项,对各工组详细介绍工艺及标准。
6.焊工考试:
对焊接工人除了交底外,还进行短期培训,通过理论与实际操作,考试合格,才能参加汉江桥的焊接施工,人员调整时,重新补试,先后进行了五批54人。
三、技术条件,制造工艺的编制:
施工前经过反复研究与修改,专为汉江桥制订了技术条件与制造工艺(细则)。
因为部颁:
铁路钢桥制造规则“过于一般化,对箱形梁,特别是像斜腿刚构这样的复杂结构,没有涉及,这样就没有一个可以遵循的标准,制造就没有目标,因此必须有一个适合其特征的相应的要求。
达到什么程度才算合格,在起草该技术条件时,以”铁路钢桥制造规则“及铁路钢桥产品技术条件”(TB574-75)为主要依据,根据构造特点及现阶段制造工艺及水平,并参照国外(主要是日本)同类产品的质量标准,结合“箱形梁试验段的”具体实践进行编制,条件订高了达不到,将会挫伤对新桥式的积极性,条件订低了,又降低了中国桥梁在国际的水平,因此,几乎是逐条讨论,两上两下,最后才定稿,把标准定在努一把力,甚至需要很大的努力,而可以达到的水平上。
不可否认,从现阶段看,标准并不低,某些要求高于日本同南斯拉夫。
(如梁高,平直度,焊缝缺陷,角焊熔深等)为达到梁高公差,我们按盖钣实厚配腹板高度。
同时编制了制造工艺,(细则)按工序、按步骤、详细地规定了施工方法和顺序,使用的样板和胎型,及胎型样板对某个件的使用方法。
以补充一段产品只编工艺过程及流程的不足,并作为施工过程中的依据,避免出错,有力的保证了施工秩序。
四、绘制施工图:
车间生产根据施工图制造,在绘制施工图前,需将设计主要尺寸及数量核对一遍,防止出错,当这些问题落实和消除以后,再绘施工图,一般情况下,到进行施工图绘制时,问题基本解决。
但汉江桥不同,由于斜腿三次转角隅节点与斜腿及横杆部分,不能从设计图上,直接得到所需要的尺寸,所有另件的长宽或平行四边形关系尺寸,厚度方向的坡口大小同方向,均需根据转角来计算,所以有些问题,在绘施工图时才能发现。
因此准备工作工作的时间相应的要长些。
据不完全统计,一般图面差错约二百余处(错字,笔误,数量,焊缝标记,尺寸不闭合等)。
由于我们大家的重视,细心谨慎,不厌其烦的计算校核,发现矛盾现象不放过,终于取得收效,发现几处较大错误如:
1.支坐底板平面转角,将9°54'12"误为10°10′09"。
这样除了影响G24与G30的正确关系,造成G24底坐构造错误处还影响支坐上摆的方向。
2.G24与底板的连接面不是矩形,钝角应为90°16′10"否则影响支座螺栓位置。
3.横杆与斜腿连接面不应是矩形问题,提出后改为钝角为90°+1°37'10"经过我们一再校核应为90°+1°40′05",这个将影响横杆法兰的位置。
4.横杆盖板端头角应为9°44′56.7",因考虑斜腿转角10°02′以后,横杆也相应的有转动,不再保持原来未转前的9°27′44"不变,这点将影响横杆端头与法兰不贴。
以上两点还影响横杆边棱长度(杆长)
5.隅撑G37,在横杆两侧的弯折角不等,方向也各异,(不对称)单分左右不够,应增加编号G38,再分左右。
6.隅撑G31~G36也有折角反向与钉线不对等情况,影响安装。
7.安装杆件联角尺寸有误影响标高等。
8.还有一些构造和焊接上的问题。
以上这些都在专院认真负责的情况下逐步得到解决,还为我们提供了许多有用的数据,给我们以有力的支持。
除此之外我们在计算零件尺寸与隅节点组装,整腿组装中,都遇到许多计算上的困难,零件尺寸的复杂,莫过于G12的斜隔板(三个方面都是平行四边形)组装尺寸的复杂,莫过于整腿组装胎型(斜腿变断面斜线置于水平面,上下两端与地面有三向角度,找法兰,底钣及控制点在地面的关系)这些都是经过一而再,再而三,最后才得出正确数据,费时较长,但却是关键,事后证明通过考验,也给制造创造了有利的条件,汉江桥能比较顺利的完成任务,施工图的作用是很重要的一环。
五、制造施工:
从1980.7开始施工,按架设顺序,先斜腿,隅节点后主梁,一开始问题比较多,进度很慢。
因为从自由松散状态一下转到处处按要求办,有那么多文件与规定,有些工人很不适应,甚至不敢放手工作,怕出错。
即使一般问题,也迟迟不得解决。
又加上一部分材料尚未落实,部分焊缝尺寸尚未统一,设计还有些小的改变,工艺还有些不适应,各方面矛盾都逐步暴露出来了。
为便于及时处理各种出现的技术质量问题,九月份工厂成立“汉江桥技术组”,配合车间生产。
十月份,厂党委决定抽出总工专门负责汉江桥下设生产组,综合技术组两个机构,由总工一人统一抓,既抓进度,也抓质量,还抓围绕汉江桥的其他准备工作的实现。
情况开始好转。
但是进度仍很慢。
中间出现过一些较大的技术问题:
⑴G23单元收缩过大,超过工艺规定,相应修改工艺(改热矫为冷调)
⑵G22单元漏掉焊前予热,三个单元9条焊缝。
⑶G16+G17划铣头线不闭合,铣头不闭合。
⑷G16法兰端头铣头前坡口切反。
⑸箱形角焊不熔透部分不能满足技术条件的规定。
⑹部分零件不合格或尚未加工完毕即进行组装造成返工。
⑺双层箱形中间水平联结钣钉孔错位。
⑻箱形盖腹钣相对错位(不准)
⑼主梁工艺变更(总装投扩孔)
⑽部分盖板单元纵肋割焊后裂纹(原材料重皮)-5条
(11)法兰不平,G12下盖不平。
。
(12)G12下水平联结板端头焊缝摔裂。
再加上一些客观原因:
1.G12主梁段总装工艺在执行中有不同意见。
2.调直温度难以控制,测温笔不准,测温表不灵,比色法有倾向性,工人不满意。
3.单元热矫正效率太低,少者半天,多者2~3天。
4.盖板单元组装胎型与梁段整体胎型共用底座,拆装太频。
5.喷锌喷铝尚未定案。
6.车间任务有矛盾,保那一头有犹豫。
尽管通过各方面的努力,都得到解决妥善处理。
但问题迁涉面较广,意见有分岐,以至迟迟不能解决,延误了时间。
总之表现出信心不足,干劲不大,截至81年末,一年半时间只完成了一半(半成品),到今年二月安康会议上,扭转了局面,规定了时间,工厂自上而下才积极行动起来,经过四个月的备战,终于按工地要求分批发出,六月末全部竣工。
产品质量基本合格。
六、总组装:
①先单腿,箱形腿段依次放平台上,抄平对中,(箱形四面的中心对齐)带上拼接板,(一边大孔一边小孔)测量全长,(棱长及平面对角线长)用G22~G23间的拼接为调整节,待调整到允差以内把紧接口螺栓,进行投扩孔。
四腿最后达到:
盖板中心线偏差±0.75~±20,腹板中心线偏差-0.5~+3.0,棱长偏差-4.4~-7(0.06‰~0.1‰)。
②后装双腿,双腿亦躺倒组装,将两腿各自转角,放置在特制试装台上(胎型),找好相互几何关系,完成“∧”字定位,(张角及节点距离)然后放置最下一根横杆G30,调整定位完成“A”字,再依次放置G29~G25。
最后结果:
顶端斜面(法兰内面)不平为1.5,对应点高差2.0。
顶端两腿接合线(内腹板)偏离理论中心2.5。
支座底钣不在同一平面的误差0~2.5,两底钣对应点高差0~1.5,两底钣中心及其他对应点间距离误差0~-5。
横杆中心偏移4.5~5.0(一处12.5)。
顶端法兰中心偏移一腿4.5,一腿10.5。
2.组装隅节点:
首先量测G12下盖钣不平及G16+G17,法兰不平,分别加垫(分段分条)然后进行组装,组装后对局部缝隙超过4.0mm处进行了调整,使最大不超过2.0,量测结果,组合法兰面不平0~15,G12下盖板不平0~5,隅节点组装后:
法兰中心与梁段中心偏差1~3mm,两腿劈开距离,离根部12950处偏差AB+15、CD-17,两腿段夹角中心分解线偏3~7.5,两腿与梁两对角线差7~13。
3.主梁组装:
分三批组装,先中孔,次64m边孔,最后56m边孔。
将梁段依次置于平台上,按计算拱度支垫,各节点(拼装口)带上拼接钣,然后抄平,调整长度,复核节点标高(起拱)拧紧螺栓进行投扩孔,最后结果:
中孔梁拱度及傍弯在允差3mm以内(上盖不稳,较大、上下中心偏移也较大,全长在允差5mm以内,梁高在2mm内,宽在1mm内,对角线差一端好,一端超差2mm。
边跨大致如此,但第四孔长度超差3.0。
七、分析总结:
1.工艺方法:
首先可以肯定,工艺是可行的,制造的产品基本达到技术条件的要求。
但是从上述几部分生产情况同质量情况看来,主梁同其他部分并不特别,同样是整体组装后投扩拼接孔,对号入座,没有发挥胎型优势,与原订工艺有较大出入。
其原因是我们没有充分掌握它的变形收缩规律,因而予留收缩量不准(偏少)。
待G23单元焊矫以后,发现问题较大,纵横向收缩超过予留一倍,特别是横向,居然占纵向收缩的一半。
其原因是由热矫引起的。
检查一下,焊接引起的纵向收缩只占全部收缩量的50%不足,横向甚微;热矫引起的纵向收缩量占到全部收缩量的50%以上,横向几乎相等,(这与加热的温度面积,方向遍数有关,无规律)这将使先孔法杆件孔心距尺寸受到影响,为稳妥可靠,于是立即修改工艺,改热矫为冷矫(辊压),以解决此一问题。
同时将单件焊前加工,改在单元焊矫后进行,得以保证尺寸。
但主梁单元较大,没有冷矫条件,因此不得不决定作较大修改。
除了改先加工为后加工外,钻孔也只一头钻足,一头小孔,给总装留出余地,其结果是有一整套样板,只能是起到保证外型尺寸,而没有达到互换目的。
今后如无可靠的变形收缩数据,就不宜采用先孔法,没有必要制作大型成套工装。
但必不可少的样板、平台、卡具等还是需要的。
再说,大型桥梁也无互换的要求,所以划线组装对号入座是比较适用的。
对比较复杂的桥梁尤其如此。
2.变形规律:
单元以前,我们记录了大量数据,但单元以后却因赶工关系缺少人手没有继续完成,因而不够全面,在此基础上,统计分析:
主梁:
盖板单元纵向收缩0.2‰腹板单元纵向收缩0.4‰,梁段整体纵向收缩0.2‰,横向收缩0.2~0.8‰(变化较大)
斜腿:
盖板单元纵向收缩0.33~0.40‰,横向0.4~0.9‰,腹板单元纵向收缩0.45~0.63‰,横向0.48~1.06‰,腿段整体纵向0.17~0.23‰,横向微量。
从变形趋势看有规律,但变形大小却出入较大,主要是因为断面大小,材质,焊缝尺寸,施焊规范,热矫正加热的温度范围,遍数不同因而数值各异,关键是热矫影响很大而又最无规律性,存在这样一个不定因素,使数据分析增加困难,而且与车间的配合上也存在一定困难,尚需进一步继续研究。
才有指导意义。
3.严重的考验:
开始以来,信心并不是那足的,把握性不大,在准备工作过程中,技术人员首先受到考验,但由于思想重视,尽管人手不足,也能准备得比较充分,特别是工期的延迟,为我们争取了时间,使我们能安下心来,一遍又一遍的计算(在这方面花的时间是相对太多了)能在生产前发现一些较大的错误,及时避免了事故,给生产带来顺利条件,但是我们工作仍不够,带到生产中去的毛病还不少,由于在工艺上留有余地,充分考虑到某些不可见因素,到最后整体组装扩孔时都基本消除了。
投产以后,矛盾也是很大的,这是第二次考验,工人、干部思想上很不适应,一种思想认为没啥,满不在乎,一种思想害怕,怕出错,缩手缩脚。
因此头一年半,完成得很少,问题也最多,最后半年,安康会议以后,局领导亲自促进来厂指导,情况有了变化,工人也有了底数,条件也具备了,一鼓作气,四个月拿下了全部工程,质量在整体上是基本合格的,保证了工地架设,但在局部上还存在一些缺陷,这其中有一部分很难避免,而有一部分是可以避免的,我们完全有可能作得更好些。
由于老工人连续退休,新工人比重大,平均等级2.3级,在这样水平上,不能不是一次严重的考验,对我们今后生产新型桥梁打开了局面,增强了信心。
4.今年的努力:
薄壁箱形梁生产最大的问题是变形,以往有个法宝就是烤(火焰矫正),无论跷曲扭转还是不平,都是这套办法,但在箱形梁上,却不能完全解决问题,你可以用它解决跷曲或扭转,但是随之而来的是不平或高低宽窄小,或断面对角线超差。
总之它只能使矛盾转化却不能使矛盾消失,在运用上受到很大限制,举例说明:
组装边跨时,G11段跷脚,为了解决这一矛盾,用火焰烤隔钣,但由于烤得过份,跷脚治好了,而腹板间中心距又小了(约10mm),要治间距,烤是不行了,于是切开重新换料接上,尽管用顶镐撑住,焊后还是收回去了,最终腹板间矩还是小了10mm。
在G16+17划线时也有类似问题。
在平台上跷脚,烤隔板以后出现腹钣倾斜,隔钣对角线超差等,例子很多,靠矫来把关是不行的,重要的是避免过大的变形,因此在零件时,尺寸要精,组装时,尺寸要准,消灭先天的毛病,情况会好得多。
然后在焊,翻身等作业中,都在平台上放平着实,勿令局部悬空,这样工作物的状况就会好得多,焊后的矫正量也将小得多。
可惜我们在这方面总是注意不够。
实质上有一些变形,是先天的,在组装时就已经存在,怎么可能在焊接以后消除呢。
至于保持零件精度,除现有机加工外,要运用数控下料,使隔板达到内胎的精度。
至于先孔后孔,要视变形控制如何而定,不能盲目追求效率。
在本桥中我们是混合运用的。
4.结构细节的选定:
本桥在细部上,有许多可以斟酌之处:
①盖钣纵肋间距要加大,便于施焊,最好考虑自动焊小车能通过。
尽管可以间距大些,但比间距小些用半自动焊好。
②上部隔板弯钣上端,竖肋盖钣上端最好不到头,留出翼缘焊缝,可以自动施焊。
③上下层用水平钣联结莫如用拼接板联结比较主动方便,也便于控制梁高,保证孔眼质量。
④G24箱形杆要增加横隔板两处防止断面变形,主梁段端部距隔钣3m者,亦应增加隔钣一处。
⑤隔板不与纵肋焊联,缺口加大,纵肋自由通过。
⑥焊缝一般要采用最小焊肢,避免无根据地加大,认为大些保险的想法,反而降低了质量,特别是当角焊有坡口时,坡口不宜太大,填角焊肉不宜过多。
⑦隅节点联结面不平,不可避免,只能减少,如在施焊方法上采取措施,是可以办到的。
但最终还是要加垫才能找平。
可否将隅节点作成整体,在尺寸上缩短一些,(梁段与腿段长度减半)控制重量不超过25t前提下,将G12下、G16、G17三部份作成一个整体,四面拼接(在直线段拼接),而且腹板、斜隔钣厚度要适当减少,焊缝、焊肢要适当减少和减小。
假如焊缝和焊肢比目前状况减少和减小的话,法兰与下盖不平的程度将会大大降低,隅节点组将会较为容易。
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