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摘要：七彩云南环园列车箱形梁轨道钢结构，是株洲中车特种装备科技有限公司开发的游乐车辆轨道，结构制作安装要求以特装企业标准实施；通过对轨道箱梁的工艺流程分析、重点工序工艺制定、工艺工装措施应用，在生产中得到了良好的效果；
关键词：工艺流程分析、重点工序、工艺措施、工装、工艺参数
随着中国经济近几十年的发展，钢结构在国内工程项目中有着重要的地位，且发展前景广阔，形式多样，公共建筑异形结构越来越多，建筑设计越来越新颖，对钢结构的加工工艺及制作应用的设备提出了更高的要求；本人从事多年的钢结构生产、施工工作，现对非标准薄板平曲钢箱梁制作工艺控制加以剖析、总结；
七彩云南环园列车轨道项目非标薄板平曲钢箱梁是我公司首次生产按车辆轨道标准钢结构形式，是株洲中车特装科技有限公司开发的娱乐车辆轨道，钢结构制作、安装、验收不仅是以娱乐设备标准验收，同时执行的是株洲中车特种装备科技有限公司企业的内部标准；同是钢结构但标准要求不同，要比《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001钢结构制作要求要高。
一、项目的基本情况
对于薄板非标件的制作工艺控制都是难点，本项目结构用板材8mm，10mm，12mm，14mmQ345C钢板，箱梁腹板10mm，顶板及底板12mm，内部加筋板8mm，内隔板间距1200mm，腹板与顶板全熔透一级焊缝，要求表面渗透探伤及超声波探伤；箱梁制作、安装完成后两米2mm连续测量，安装完成整体箱梁跨中平面度高差≤3mm；制作精度参数要求极高；
二、重点工序分析
根据设计图纸技术要求、株洲中车特装科技有限公司车辆运行标准要求结合设备状况进行分析，对于箱梁工工艺控制主要体现在如下几个方面：一、零件加工精度控制；二、装配控制（基准面精度、工装卡具）三、焊接工艺控制（热输入、焊接顺序）；四、防止结构变形的工艺措施（防局部变形及扭曲变形）；五、构件的预拼装检验；
三、制作阶段的工艺实施控制
制作阶段的工艺实施控制分工序控制，每工序的工艺，必须与下道工序工艺相衔接，即下精度偏差是否与装配总差吻合，装配完成，焊接形成成品后，是否满足预拼装构件的偏差，与工艺流程及各工序内部偏差积累有关，必须先进行工艺流程分析，确定工艺流程，后进行重点工序控制；
1、工艺流程分析原则：钢结构的精度最终体现在结构全部完成施工后精度是否达到设计要求及使用的要求，可采用倒推法进行分析，从总体到局部，从整体构件到零部件，还要考虑工序交叉对精度的影响；
2、工艺流程的确定：重点工序是工艺流程的关键节点，主要以下几点：零件加工精度、装配样台的搭设精度、焊接工艺控制、防止结构变形的工艺措施，以及误差积累后的处理措施、校正措施；
3、工艺流程的制定：
四、重点工序的工艺控制分析
重点工序的工艺参数的合理制定是保证最终产品的合格，重点工序直接影响结构精度，因此对重点的工序中可以细致作业，如样台的搭设、下料偏差、端面铣、配钻；构件组合误差积累造成尺寸偏差（箱梁的截面尺寸），可以采用工装卡具固定解决；焊接变形量、焊接热输入，如焊接隔板导致的角向变形以及纵向焊缝连续焊接热输入造成整体寸的变形，是本项目的主要控制要点；
根据工序的分析对以下重点工序的工艺进行控制：
1、样台搭设、下料偏差、腹板坡口：
（1）样台的搭设：样台的搭设必须以保证平面度及刚度两个指标，平面度的精度控制要高于箱形梁的平面度精度，即应≤1mm/2000mm；采用水准仪每两米点固纵向横向测量样台表面支点，合格后，采用水平尺连续测量复核；
（2）下料偏差的控制：根据梁的组合形式，腹板全熔透焊缝，组合后为关键尺寸，板的直线度、宽度是主要指标，由于火焰切割热输入量受作业人员影响较大，且火焰切割热影响区较宽，对钢板板条切割后变形收缩不利，故本项目的精度要求较高，采用等离子切割，以确保板条的侧向变量最小；
（3）腹板坡：腹板的坡口可采用半自动切割机或铣边机实现，半自动切割机由于受人为操作的影响热输入难以控制，双边热输入量可能存在偏差，经验热收缩量在0.07%，可能会造成板的侧向变形，影响装配的精度，因此本项目采用铣边机进行铣边加工坡口；
2、箱梁截面尺寸的控制工艺：箱梁的主要尺寸指标为截面高度，宽度以及腹板的平行度，在梁的长度较大时，传统组装精度控制1mm/2000mm内是很困难的，必须要依靠机加精度较高的工装靠模及夹具提高装配精度；
（1）腹板与顶板垂直度的靠模：按1mm/2000mm精度在对应筋板位置设置腹板定位档块，作为外靠模，配合内部定宽标铁实现底部宽度的统一性，内部标准铁件精度为+0.3mm，機械加工，端部平行度0.15mm.
装配流程：
顶板--隔板--筋板--侧板--端板--垫板--喷涂内面漆--隔板、筋板焊接--装配顶板
（2）腹板与腹板上、下口宽度控制措施：梁外形的主要指标控制面为顶板、腹板平面度以及腹板宽度，梁的拼装为镜向放样，先拼装底板后拼装腹板，再拼装顶板；
3、焊接工艺控制：
（1）焊接参数：焊接参数的选定根据焊接方法选择，筋板、隔板采用手工焊接，腹板与上、下板的焊接采用半自动焊接，手工焊接电流可采用上限，半自动焊接采用下限；
（2）焊接顺序：焊接顺序的要求是考虑了焊接热输入对构件变形的影响及实际必须确定的顺序来焊接所能达到的工艺要求确定的；对于隔板必须跳焊，即间隔一块隔板或几块隔板进行焊接，以免造成波浪变形和扭曲变形；原则是减小热输入的集中，尽量以约束形式，确保构件的不变形；
焊缝采用编号标识，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ数字表示，按编号位置顺序施焊，如图示 Ⅰ隔板焊缝（手工跳焊）Ⅱ隔板侧面焊缝（手工跳焊）Ⅲ筋板侧面焊缝（手工跳焊）Ⅳ筋板底面焊缝（手工跳焊）Ⅴ箱梁主焊缝对称半自动焊接Ⅵ手工焊接
（3）隔板与顶板焊缝Ⅰ的焊接：隔板焊缝Ⅰ是顶板与底板的焊缝，焊缝数量较多，且为双面角焊缝，腹板对顶板虽起到一定的约束，同时焊接仍会引起顶板的角度形，实验梁施工时发现同时焊接隔板与顶板两侧角焊缝，引起的角变形会无法满足要求，因此采用小焊角≥0.7t，t为板厚；由中间向两边同时由两位作业人员进行隔板单面跳焊，隔板的焊缝分四次完成，焊接电流采用180～220A，尽量采用下限焊接，以减少热输入量；
（4）筋板与顶板焊缝Ⅳ焊接：焊接方式与Ⅰ相同。
（5）隔板与腹板的焊缝Ⅱ焊接：隔板焊Ⅱ是顶板与腹板的焊缝，焊缝数量较多且较长，同样为双面角焊缝，顶板对腹板起到一定的约束，但腹板与底板端为自由端，是控制的重点，焊接时将槽梁放平，采用平角焊接，同时内部加设标准铁件进行支撑，采取小焊角≥0.7t，t为板厚；由中间向两边同时由两位作业人员进行隔板单面跳焊，隔板的焊缝分四次完成，焊接电流采用180～220A，尽量采用下限焊接，以减少热输入量；待焊接完成且焊缝冷即至室温进行对向腹板与隔板焊缝的焊接，焊接完成后拆除支撑；
（6）顶板与腹板四条主焊缝Ⅴ的焊接：内部隔板焊接完成，拼装完底板后，进行四条主焊缝的焊接；内部隔板与筋板对钢梁的焊接变形起到一定的约束作用，但四条主焊缝为全熔透坡口焊接，焊接熔敷金属量及热输入量大，为确保构件变形量最小，必须采用对称焊接，并采用尽量小的焊接电流，同时采用多层多道焊接，严格控制层间温度；腹板为10mm，坡口为单边V形35度坡口，分三道焊接，第一层为打底，第二层为中间层，第三层为盖面；层间温度控制在150～200℃之间；焊接顺序如下图：
（7）焊接热输入的计算：顶板与腹板四条主焊缝Ⅴ的焊接可归结为平角焊，箱梁顶板底板焊接热循环在三个方向，由于顶板为自由端，易造成角变形，必须要计算每一层的热输入，与实际验证梁构件变形是否基本吻合，及材料热影响区力学性能，即T形角焊缝的力学性能是否满足设计要求，以确定工艺参数范围；
（注：Q热输入量J/cm，U电弧电压，I焊接电流，V焊接速度cm/s；）
按双向散热平均值为6KJ/cm，焊接后对焊接接头进行力学实验延伸率指标均大于20%，符合设计要求；顶板自由端变形量塞尺检查，变形量单边0.2mm，双边累积≤0.4mm，满足要求；因此制定的焊接电流电压工艺参数以上限控制可保证构在焊接完成后满足工艺要求；
4、梁与梁端连接的工艺控制措施：
（1）梁长度控制：主箱梁焊接完成检验合格后，进行端部固、活枕的拼装，以固枕底座中心线为基准，进行梁总长控制，进行端面铣，控制梁的总长度；安装梳齿板连接板，端铣梳齿板连接板，以固枕端为基准，控制活枕端梳齿板总长度，安装固枕端梳齿板反向定位控制间隙；
（2）梳齿板间隙控制：预拼装相邻轨道梁，配钻活枕端梳齿板连接板，以保证活枕与固枕端连接板的间隙；
5、预拼装的控制要点：预拼装是制作工序成后对多件梁安装综合误差是否满足安装要求，以验证单件构件误差积累，是检验制作工艺合理改进的重要方法，本项目钢梁存在直线梁与曲线梁，主要控制指标及处理措施：
（1）固枕与固枕间距：是保证梁现场安装精度的主尺寸，全尺寸复核；
（2）梁端间隙：梁端间隙包括梳齿板连接板间隙、梳齿板齿间纵向、横向间隙，梁端连接件已确定配钻的工艺措施；
（3）预拼梁顶板平整度：梁的顶板平整度是指接头处梁的误差积累及整体连续测量的平整度，即2mm/2000mm；
五、结束语
对于薄板箱梁结构外形尺寸工艺精度要求较高的情况下，尤其是平面度，每道工序必须严格控制装配及施焊工艺才能保证质量要求，特别是焊接工艺顺序及热输入量，操作稍有违反工艺，对结构引起的扭曲变形影响是无法估量的，可能会造成结构整体装配精度不合格，产生报废的严重后果；加强工艺改进，提高工人操作技能、严格工序检验，持续提高产品质量是新产品开发不变的主題。
（作者单位：十四冶建设集团云南炉窑工程有限公司）
关键词：工艺流程分析、重点工序、工艺措施、工装、工艺参数
随着中国经济近几十年的发展，钢结构在国内工程项目中有着重要的地位，且发展前景广阔，形式多样，公共建筑异形结构越来越多，建筑设计越来越新颖，对钢结构的加工工艺及制作应用的设备提出了更高的要求；本人从事多年的钢结构生产、施工工作，现对非标准薄板平曲钢箱梁制作工艺控制加以剖析、总结；
七彩云南环园列车轨道项目非标薄板平曲钢箱梁是我公司首次生产按车辆轨道标准钢结构形式，是株洲中车特装科技有限公司开发的娱乐车辆轨道，钢结构制作、安装、验收不仅是以娱乐设备标准验收，同时执行的是株洲中车特种装备科技有限公司企业的内部标准；同是钢结构但标准要求不同，要比《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001钢结构制作要求要高。
一、项目的基本情况
对于薄板非标件的制作工艺控制都是难点，本项目结构用板材8mm，10mm，12mm，14mmQ345C钢板，箱梁腹板10mm，顶板及底板12mm，内部加筋板8mm，内隔板间距1200mm，腹板与顶板全熔透一级焊缝，要求表面渗透探伤及超声波探伤；箱梁制作、安装完成后两米2mm连续测量，安装完成整体箱梁跨中平面度高差≤3mm；制作精度参数要求极高；
二、重点工序分析
根据设计图纸技术要求、株洲中车特装科技有限公司车辆运行标准要求结合设备状况进行分析，对于箱梁工工艺控制主要体现在如下几个方面：一、零件加工精度控制；二、装配控制（基准面精度、工装卡具）三、焊接工艺控制（热输入、焊接顺序）；四、防止结构变形的工艺措施（防局部变形及扭曲变形）；五、构件的预拼装检验；
三、制作阶段的工艺实施控制
制作阶段的工艺实施控制分工序控制，每工序的工艺，必须与下道工序工艺相衔接，即下精度偏差是否与装配总差吻合，装配完成，焊接形成成品后，是否满足预拼装构件的偏差，与工艺流程及各工序内部偏差积累有关，必须先进行工艺流程分析，确定工艺流程，后进行重点工序控制；
1、工艺流程分析原则：钢结构的精度最终体现在结构全部完成施工后精度是否达到设计要求及使用的要求，可采用倒推法进行分析，从总体到局部，从整体构件到零部件，还要考虑工序交叉对精度的影响；
2、工艺流程的确定：重点工序是工艺流程的关键节点，主要以下几点：零件加工精度、装配样台的搭设精度、焊接工艺控制、防止结构变形的工艺措施，以及误差积累后的处理措施、校正措施；
3、工艺流程的制定：
四、重点工序的工艺控制分析
重点工序的工艺参数的合理制定是保证最终产品的合格，重点工序直接影响结构精度，因此对重点的工序中可以细致作业，如样台的搭设、下料偏差、端面铣、配钻；构件组合误差积累造成尺寸偏差（箱梁的截面尺寸），可以采用工装卡具固定解决；焊接变形量、焊接热输入，如焊接隔板导致的角向变形以及纵向焊缝连续焊接热输入造成整体寸的变形，是本项目的主要控制要点；
根据工序的分析对以下重点工序的工艺进行控制：
1、样台搭设、下料偏差、腹板坡口：
（1）样台的搭设：样台的搭设必须以保证平面度及刚度两个指标，平面度的精度控制要高于箱形梁的平面度精度，即应≤1mm/2000mm；采用水准仪每两米点固纵向横向测量样台表面支点，合格后，采用水平尺连续测量复核；
（2）下料偏差的控制：根据梁的组合形式，腹板全熔透焊缝，组合后为关键尺寸，板的直线度、宽度是主要指标，由于火焰切割热输入量受作业人员影响较大，且火焰切割热影响区较宽，对钢板板条切割后变形收缩不利，故本项目的精度要求较高，采用等离子切割，以确保板条的侧向变量最小；
（3）腹板坡：腹板的坡口可采用半自动切割机或铣边机实现，半自动切割机由于受人为操作的影响热输入难以控制，双边热输入量可能存在偏差，经验热收缩量在0.07%，可能会造成板的侧向变形，影响装配的精度，因此本项目采用铣边机进行铣边加工坡口；
2、箱梁截面尺寸的控制工艺：箱梁的主要尺寸指标为截面高度，宽度以及腹板的平行度，在梁的长度较大时，传统组装精度控制1mm/2000mm内是很困难的，必须要依靠机加精度较高的工装靠模及夹具提高装配精度；
（1）腹板与顶板垂直度的靠模：按1mm/2000mm精度在对应筋板位置设置腹板定位档块，作为外靠模，配合内部定宽标铁实现底部宽度的统一性，内部标准铁件精度为+0.3mm，機械加工，端部平行度0.15mm.
装配流程：
顶板--隔板--筋板--侧板--端板--垫板--喷涂内面漆--隔板、筋板焊接--装配顶板
（2）腹板与腹板上、下口宽度控制措施：梁外形的主要指标控制面为顶板、腹板平面度以及腹板宽度，梁的拼装为镜向放样，先拼装底板后拼装腹板，再拼装顶板；
3、焊接工艺控制：
（1）焊接参数：焊接参数的选定根据焊接方法选择，筋板、隔板采用手工焊接，腹板与上、下板的焊接采用半自动焊接，手工焊接电流可采用上限，半自动焊接采用下限；
（2）焊接顺序：焊接顺序的要求是考虑了焊接热输入对构件变形的影响及实际必须确定的顺序来焊接所能达到的工艺要求确定的；对于隔板必须跳焊，即间隔一块隔板或几块隔板进行焊接，以免造成波浪变形和扭曲变形；原则是减小热输入的集中，尽量以约束形式，确保构件的不变形；
焊缝采用编号标识，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ数字表示，按编号位置顺序施焊，如图示 Ⅰ隔板焊缝（手工跳焊）Ⅱ隔板侧面焊缝（手工跳焊）Ⅲ筋板侧面焊缝（手工跳焊）Ⅳ筋板底面焊缝（手工跳焊）Ⅴ箱梁主焊缝对称半自动焊接Ⅵ手工焊接
（3）隔板与顶板焊缝Ⅰ的焊接：隔板焊缝Ⅰ是顶板与底板的焊缝，焊缝数量较多，且为双面角焊缝，腹板对顶板虽起到一定的约束，同时焊接仍会引起顶板的角度形，实验梁施工时发现同时焊接隔板与顶板两侧角焊缝，引起的角变形会无法满足要求，因此采用小焊角≥0.7t，t为板厚；由中间向两边同时由两位作业人员进行隔板单面跳焊，隔板的焊缝分四次完成，焊接电流采用180～220A，尽量采用下限焊接，以减少热输入量；
（4）筋板与顶板焊缝Ⅳ焊接：焊接方式与Ⅰ相同。
（5）隔板与腹板的焊缝Ⅱ焊接：隔板焊Ⅱ是顶板与腹板的焊缝，焊缝数量较多且较长，同样为双面角焊缝，顶板对腹板起到一定的约束，但腹板与底板端为自由端，是控制的重点，焊接时将槽梁放平，采用平角焊接，同时内部加设标准铁件进行支撑，采取小焊角≥0.7t，t为板厚；由中间向两边同时由两位作业人员进行隔板单面跳焊，隔板的焊缝分四次完成，焊接电流采用180～220A，尽量采用下限焊接，以减少热输入量；待焊接完成且焊缝冷即至室温进行对向腹板与隔板焊缝的焊接，焊接完成后拆除支撑；
（6）顶板与腹板四条主焊缝Ⅴ的焊接：内部隔板焊接完成，拼装完底板后，进行四条主焊缝的焊接；内部隔板与筋板对钢梁的焊接变形起到一定的约束作用，但四条主焊缝为全熔透坡口焊接，焊接熔敷金属量及热输入量大，为确保构件变形量最小，必须采用对称焊接，并采用尽量小的焊接电流，同时采用多层多道焊接，严格控制层间温度；腹板为10mm，坡口为单边V形35度坡口，分三道焊接，第一层为打底，第二层为中间层，第三层为盖面；层间温度控制在150～200℃之间；焊接顺序如下图：
（7）焊接热输入的计算：顶板与腹板四条主焊缝Ⅴ的焊接可归结为平角焊，箱梁顶板底板焊接热循环在三个方向，由于顶板为自由端，易造成角变形，必须要计算每一层的热输入，与实际验证梁构件变形是否基本吻合，及材料热影响区力学性能，即T形角焊缝的力学性能是否满足设计要求，以确定工艺参数范围；
（注：Q热输入量J/cm，U电弧电压，I焊接电流，V焊接速度cm/s；）
按双向散热平均值为6KJ/cm，焊接后对焊接接头进行力学实验延伸率指标均大于20%，符合设计要求；顶板自由端变形量塞尺检查，变形量单边0.2mm，双边累积≤0.4mm，满足要求；因此制定的焊接电流电压工艺参数以上限控制可保证构在焊接完成后满足工艺要求；
4、梁与梁端连接的工艺控制措施：
（1）梁长度控制：主箱梁焊接完成检验合格后，进行端部固、活枕的拼装，以固枕底座中心线为基准，进行梁总长控制，进行端面铣，控制梁的总长度；安装梳齿板连接板，端铣梳齿板连接板，以固枕端为基准，控制活枕端梳齿板总长度，安装固枕端梳齿板反向定位控制间隙；
（2）梳齿板间隙控制：预拼装相邻轨道梁，配钻活枕端梳齿板连接板，以保证活枕与固枕端连接板的间隙；
5、预拼装的控制要点：预拼装是制作工序成后对多件梁安装综合误差是否满足安装要求，以验证单件构件误差积累，是检验制作工艺合理改进的重要方法，本项目钢梁存在直线梁与曲线梁，主要控制指标及处理措施：
（1）固枕与固枕间距：是保证梁现场安装精度的主尺寸，全尺寸复核；
（2）梁端间隙：梁端间隙包括梳齿板连接板间隙、梳齿板齿间纵向、横向间隙，梁端连接件已确定配钻的工艺措施；
（3）预拼梁顶板平整度：梁的顶板平整度是指接头处梁的误差积累及整体连续测量的平整度，即2mm/2000mm；
五、结束语
对于薄板箱梁结构外形尺寸工艺精度要求较高的情况下，尤其是平面度，每道工序必须严格控制装配及施焊工艺才能保证质量要求，特别是焊接工艺顺序及热输入量，操作稍有违反工艺，对结构引起的扭曲变形影响是无法估量的，可能会造成结构整体装配精度不合格，产生报废的严重后果；加强工艺改进，提高工人操作技能、严格工序检验，持续提高产品质量是新产品开发不变的主題。
（作者单位：十四冶建设集团云南炉窑工程有限公司）