反變形胎架自動(dòng)焊設(shè)備改造

黎暉

（中鐵十五局集團(tuán)物資有限公司，河南 洛陽(yáng)471041）

鋼結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要有鋼構(gòu)件組成的一種結(jié)構(gòu)形式，其特點(diǎn)為施工速度快，污染小，重量輕，強(qiáng)度高，抗震性強(qiáng)等。相比其他建筑結(jié)構(gòu)，無論是結(jié)構(gòu)性能、使用功能、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益都具有較大優(yōu)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(qū)榮隆鎮(zhèn)半邊街，鋼結(jié)構(gòu)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(lián)橋。主橋左幅采用28.65m+43m+23.35m三跨一聯(lián)的鋼箱梁；主橋右幅采用23.35m+43m+28.65m 三跨一聯(lián)的鋼箱梁；A、B、C、D 匝道鋼箱梁主梁采用25m+40m+25m 三跨一聯(lián)的鋼箱梁；鋼箱梁材質(zhì)為Q345qC，均在加工場(chǎng)內(nèi)分段預(yù)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(shè)備，提高焊接效率和單元件質(zhì)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(zhì)量對(duì)鋼箱梁整體質(zhì)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(dǎo)致鋼板變形；

2.4 完成質(zhì)量目標(biāo)：提高焊縫一次合格率，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。

3 現(xiàn)狀調(diào)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(jì)59660 米。

3.1 二保焊人工焊接工時(shí)及特點(diǎn)。按一個(gè)焊工每小時(shí)焊接10米，8 小時(shí)為一個(gè)工時(shí)計(jì)算，一個(gè)工時(shí)可焊接80 米，共需要59660÷80=745.75 工時(shí)。人工焊接速度慢，需安排大量焊工，場(chǎng)地?cái)備伱娲螅加么罅寇囬g場(chǎng)地，人工成本高，由于人的長(zhǎng)期作業(yè)不穩(wěn)定因素較高，易出現(xiàn)氣孔咬邊等缺陷，且外觀成型較差。

3.2 埋弧焊焊接臺(tái)班及特點(diǎn)。按每臺(tái)埋弧焊配備一名焊工，每小時(shí)焊接76 米，8 小時(shí)為一個(gè)臺(tái)班計(jì)算，一個(gè)臺(tái)班可焊接608 米，共需要59660÷608=98.12 臺(tái)班。焊接質(zhì)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(diào)整角度等，準(zhǔn)備時(shí)間相對(duì)耗費(fèi)過多，設(shè)定為106 臺(tái)班，工期較長(zhǎng)，設(shè)備成本較高。

4 確定目標(biāo)

為提高焊縫質(zhì)量及焊接效率，確保焊縫質(zhì)量一次成優(yōu)，結(jié)合質(zhì)量、工期、成本等因素，綜合二保焊及埋弧焊的特點(diǎn)，將反變形胎架與二保焊相結(jié)合，改造成反變形胎架自動(dòng)焊設(shè)備，對(duì)頂、底、腹板單元件的角焊縫進(jìn)行焊接。

5 目標(biāo)分析

以本項(xiàng)目頂、底、腹板單元件制作周期為30 天計(jì)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(shí)÷30 天÷2 班=12.43 人,即13 人。設(shè)備配置：二氧化碳保護(hù)焊機(jī)13 臺(tái)。該配置為連續(xù)施工配置，即需在30 天內(nèi)，兩班倒，需保證每天鋪展13 人同時(shí)焊接頂、底、腹板單元件的場(chǎng)地同時(shí)施焊，在實(shí)際生產(chǎn)中為保證工期在后期必須追加人員及設(shè)備，且該方案施工將占用大量加工場(chǎng)地，影響其他作業(yè)有序開展。

5.2 埋弧焊配置。人員配置：98.12 臺(tái)班÷30 天÷2 班=1.64 人，即2 人。設(shè)備配置：埋弧焊機(jī)2 臺(tái)。該配置為連續(xù)施工配置，兩班倒，需配備2 臺(tái)埋弧焊機(jī)，且單獨(dú)使用埋弧焊機(jī)易導(dǎo)致單元件變形，且每焊完一道焊縫需不斷調(diào)整焊接角度，耗費(fèi)時(shí)間。結(jié)合二保焊與埋弧焊特點(diǎn)，綜合兩者優(yōu)點(diǎn)，將二氧化碳保護(hù)焊機(jī)改造為自動(dòng)焊，且同時(shí)多個(gè)焊槍同時(shí)施焊，既能將焊接速度提高，保證工期，又能保證達(dá)到埋弧焊的焊接質(zhì)量，同時(shí)降低成本，減少場(chǎng)地占用。

6 設(shè)備改造的計(jì)劃

根據(jù)鋼箱梁制作圖紙，將焊機(jī)設(shè)立為6 臺(tái)，即滿足6 焊槍同時(shí)施焊。行進(jìn)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(tái)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(huì)有閑置焊機(jī)的情況，預(yù)計(jì)需36 臺(tái)班，每臺(tái)班配備2 名焊工可滿足施焊作業(yè)。

7 設(shè)備改造

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

7.2 設(shè)備的運(yùn)行。通過操控平臺(tái)，啟動(dòng)電源，通過氣缸調(diào)節(jié)焊槍位置，調(diào)節(jié)焊機(jī)的電流電壓和送絲速度，以氣動(dòng)電磁閥、節(jié)流閥等控制焊劑的流量和速度，經(jīng)龍門架的行進(jìn)控制焊接速度，形成焊接。焊接過程中，需配備2 名焊工根據(jù)焊接情況實(shí)時(shí)對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以及監(jiān)控焊機(jī)狀況，并額外配備一臺(tái)焊機(jī)，對(duì)出現(xiàn)缺陷情況進(jìn)行處理，以保證焊接質(zhì)量。

7.3 焊接的試焊。初步焊接參數(shù)設(shè)定為電流200A，電壓25V，焊接速度0.8m/min，經(jīng)試焊接后，焊縫成型較差，主要缺陷表現(xiàn)為：輕度咬邊、燒傷母材、焊腳不足、不美觀。

7.4 設(shè)備參數(shù)調(diào)試。經(jīng)幾番調(diào)試參數(shù)確定為電流180A，電壓23V，焊接速度0.5m/min 后，極大部分焊縫質(zhì)量達(dá)到要求，但會(huì)有個(gè)別輕微缺陷情況，經(jīng)配備的2 名焊工及時(shí)微調(diào)參數(shù)并人工補(bǔ)焊，可滿足質(zhì)量要求，且焊縫整體情況良好，無明顯咬邊，極少出現(xiàn)母材燒傷現(xiàn)象，焊腳高度達(dá)到要求，且焊縫成型美觀，見圖2。

表1 多焊槍半自動(dòng)焊改造主要設(shè)備清單

圖1

圖2

8 設(shè)備改造后的效果檢查

按最終確定的焊接速度0.5m/min 計(jì)算，理論焊接臺(tái)班為：59660m÷0.5m/min÷60min÷6 焊槍÷8h=41.43 臺(tái)班。理論焊接時(shí)間為：41.43 臺(tái)班÷2 班=20.72 天，即21 天。而事實(shí)上，制作期間不可能達(dá)到不間歇施焊，且中間還有更換焊件等時(shí)間損耗，實(shí)際上整個(gè)焊接過程達(dá)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(jì)算理論臺(tái)班，又考慮到一些焊件只能同時(shí)施焊4 或5 道焊縫，綜上所述，改造設(shè)備所需臺(tái)班設(shè)定為44 個(gè)臺(tái)班，每個(gè)臺(tái)班配備2 名焊工。與二保焊人工焊相比較，改造設(shè)備增加了大量投入；但節(jié)省了大量人工，若要達(dá)到改造設(shè)備的焊接工期效果，需長(zhǎng)期配備13 名焊工方能達(dá)到；焊縫一次合格率可達(dá)到99%以上，較人工焊優(yōu)異，且焊縫外觀成型美觀。和埋弧焊相比較，外觀質(zhì)量與埋弧自動(dòng)焊基本一致，設(shè)備投入相較一臺(tái)埋弧焊機(jī)而言，要略多，但改造后設(shè)備工期效果要縮短了一倍多，且節(jié)省了部分人工。

為更直觀了解，三者差異對(duì)比如圖3。

圖3

9 效益分析

綜合二保焊機(jī)與埋弧焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，改造設(shè)備能夠大大提高了角焊縫的焊接效率，同時(shí)保證了加勁肋與主板的角焊縫焊接質(zhì)量與外觀，并且較大的降低了施工成本，且鋼箱梁結(jié)構(gòu)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(shè)備適用于絕大多數(shù)鋼箱梁頂、底、腹板單元件焊接，具有重復(fù)利用性。

9.1 技術(shù)效益。更深入的了解了各種焊接設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，開闊了焊接設(shè)備的創(chuàng)新思路，對(duì)今后類似情形的焊接工作有較大借鑒價(jià)值。

9.2 經(jīng)濟(jì)效益。本文只計(jì)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(jì)算，需13 臺(tái)焊機(jī)，且占用大量焊接場(chǎng)地。設(shè)備：7860 元/臺(tái)×13 臺(tái)=102180 元；人工費(fèi)：745.75 工 時(shí)×300 元/ 工 時(shí)=223725 元；總 成 本：102180+223725=325905 元；9.2.2 埋弧焊自動(dòng)焊。以同等焊接工期計(jì)算，需2 臺(tái)設(shè)備并制作同等胎架。設(shè)備：（125000+46000）×2=342000 元；人工費(fèi)：106 工時(shí)×300 元/工時(shí)=31800 元；總成本：282000+31800=373800 元；9.2.3 多焊槍改造自動(dòng)焊；每工時(shí)需配備2 名焊工。設(shè)備：179366 元（見設(shè)備清單）；人工費(fèi)：44工 時(shí)×2 ×300 元 / 工 時(shí) =26400 元； 總 成 本：179366+26400=205766 元。

9.3 社會(huì)效益：通過設(shè)備改造，保證了工程角焊縫焊接質(zhì)量、縮短了工期，展現(xiàn)了改造能力，獲得業(yè)主的好評(píng)，樹立了公司形象。

結(jié)束語(yǔ)

通過實(shí)踐證明，拓展發(fā)散創(chuàng)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(shí)也暴露出技術(shù)的不完善會(huì)增加很多無用功，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。只有不斷積累經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)多方面人才，科學(xué)規(guī)劃，勇于創(chuàng)新，才能創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，企業(yè)才能屹立在世界，展望未來。