焊接整体节点承插部位尺寸精度控制

焊接整体节点承插部位尺寸精度控制

安友理

(中铁航空港集团第三工程有限公司，天津300122)

摘要：焊接整体节点承插部位尺寸精度作为被我国广泛重视,本文针对焊接整体节点承插部位尺寸精度控制探究。

关键词：焊接；工艺措施；尺寸精度

前言

焊接整体节点与腹杆的连接方式多为插入式连接，这就对承插部位的尺寸精度提出很高的要求。范文理等在对高强螺栓连接静力承载力的研究中发现：当摩擦面总间隙为3mm时，高强螺栓连接副的抗滑移系数降低率为23.7%。因此，焊接整体节点制造过程中必须严格控制承插板的间距。

南环线钢桁梁柔性拱桥采用焊接整体节点，同时腹杆基本截面形式为H型，存在大量的插入式连接接头。本文通过阐述南环线钢桁梁焊接整体节点制造过程中所采用的研究方法和工艺措施，试图找出控制承插板间距精度的有效方法。

1影响承插板尺寸精度的原因分析

影响承插板尺寸精度的原因主要有三点：一是拼装精度，二是承插板与顶板之间焊缝的横向收缩，三是承插板与顶板之间焊缝的角变形。

1.1拼装精度对承插板尺寸精度的影响

拼装精度对承插板尺寸精度的影响主要体现在两个方面：第一是组装尺寸误差直接影响承插板间距，第二是拼装间隙影响焊接收缩量。薛长利等在对焊缝收缩规律的研究中发现：随着组装间隙的增加，焊缝收缩量也相应增加。因此，必须采取措施提高组装精度并减小组装间隙。

1.2焊缝横向收缩对承插板尺寸精度的影响

在焊缝收缩方面对承插板间距影响较大的是内侧节点板与顶板之间的全熔透十字角焊缝。由于箱型内侧刚度比外侧大，因此焊缝横向收缩造成节点板间距有缩小的趋势。

1.3焊缝角变形对承插板尺寸精度的影响

焊缝角变形实质上是不同焊道之间的横向收缩造成的，如图1所示：

外侧节点板为部分熔透焊缝，角变形趋势向内；内侧节点板理论上为对称焊缝，但由于箱型内侧刚度大，外侧刚度小，仍有一个趋向于内侧的角变形，并且同时拉动上盖板伸出肢上翘。

焊接时，焊道1、2、3先后冷却收缩，收缩应力使T型接头翼板发生变形，变形从焊缝根部开始，到焊缝面层变形量达到最大，B区仍保持直线状态，延伸至节点板上端表现出节点板开口尺寸比理论值小200mm。

采用火焰矫正方法进行矫正时，只能在B区加热，无法逆转A区已经形成的变形，因此矫正结果如图3所示：B1与B2均可达到允许偏差范围内，但B必然小于理论值，并且试制件测量结果显示，B值较设计值小4mm。见图2。

因此，必须采用节点板预变形的方法控制焊缝角变形。

2工艺措施

2.1盖板和隔板的精加工

在大生产条件下，精密火焰切割工艺一般能将误差控制到±1mm内，而机加工可以很轻松就达到±0.2mm。

为提高组装精度，减小组装间隙，我们采取对横隔板和上、下盖板进行机加工处理的方式，拼装时以横隔板为内胎，将两侧腹板顶紧到横隔板上，以保证组装精度。

2.2上盖板和节点隔板预留焊接收缩量

对于内侧节点板与上盖板之间的焊缝收缩，我们通过厂内经验数据，初步判定收缩量为1-2mm。经验数据是在通过对有刚性约束的T型接头试验数据汇总得出的。根据经验数据，增加刚性约束只能减小焊缝横向收缩，不能完全消除，因此，为消除内侧节点板与上盖板之间的焊缝收缩对节点板间距的影响，必须通过预留焊缝收缩量的方法。在开制上盖板槽口时，将槽口位置向箱型外侧偏移2mm。

2.3承插板预变形

（1）预变形位置的确定

焊缝角变形是从外侧焊道根部开始的，因此，承插板预变形的位置设置在外侧焊缝根部，见图3。

（2）预变形量的确定

承插板的预变形量通过试制件实测确定,根据经验数据对节点板进行预弯，焊接前后测量距顶板100mm处节点板间距，见图3（b）。焊前测得B2为1112mm，焊后为1096mm。较理论值1100mm小4mm。后加大预弯量，使焊前B2值达到1116mm，开始进行小批量生产，并在生产中跟踪测量，测量数据如表3（a）。

由表1可以看出，在坡口深度稳定时，设置B2为1116mm可以有效控制承插板间距，但当坡口深度增加至22mm时，焊缝收缩量进一步增加，原有预弯量无法满足制造精度的要求。制造时必须对工艺进行调整：对于承插板与顶板的十字角焊缝，通过改变坡口形式，采用双面坡口并保证外侧坡口深度在20mm以下。对于外侧承插板，根据坡口深度，适量增加预变形量。

通过改进工艺，在后续生产中，E14-E18及E0-E9的45根下弦杆件中仅有1根杆件承插板间距超差。经查，是由于节点板与承插板焊缝返修，并且返修深度较大造成的。

3结语

在生产前通过理论分析影响承插板间距的因素和产生原因，拟定控制措施，通过试制杆件验证控制措施是否合理。其后在小批量生产中跟踪统计，以发现控制措施中的缺漏，从而进一步优化控制措施，最后形成完善的工艺措施。在随后的批量生产中，有效的控制了产品质量。