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(tǒng)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(jīng)濟效益、社會效益都具有較大優(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(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(chǎn)成本。

3 現(xiàn)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(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(yōu)，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(xù)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(chǎn)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(yè)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(xù)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(yōu)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(jù)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(yè)。

7 設備改造

7.1 設備的安裝。根據(jù)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(jù)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(jié)焊槍位置，調節(jié)焊機的電流電壓和送絲速度，以氣動電磁閥、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)焊接情況實時對各種參數(shù)進行調整以及監(jiān)控焊機狀況，并額外配備一臺焊機，對出現(xiàn)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(shù)設定為電流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 設備參數(shù)調試。經(jīng)幾番調試參數(shù)確定為電流180A，電壓23V，焊接速度0.5m/min 后，極大部分焊縫質量達到要求，但會有個別輕微缺陷情況，經(jīng)配備的2 名焊工及時微調參數(shù)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(xiàn)母材燒傷現(xiàn)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(jié)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(yōu)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(jié)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(yōu)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(shù)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(yōu)缺點，開闊了焊接設備的創(chuàng)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(jīng)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(xiàn)了改造能力，獲得業(yè)主的好評，樹立了公司形象。

結束語

通過實踐證明，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(jīng)驗，培養(yǎng)多方面人才，科學規(guī)劃，勇于創(chuàng)新，才能創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟、社會效益，企業(yè)才能屹立在世界，展望未來。