深圳市金鑫钢结构建筑安装工程有限公司
摘要：现代设计越来越向着错综复杂的多维空间发展。新技术、新材料与新观念的结合，构成了前所未有的设计艺术新思潮。自国家体育馆“鸟巢”钢结构工程、深圳湾“春茧”钢结构工程、深圳市春花天桥钢结构工程等工程中出现扭曲方通构件，一些钢结构设计、深化、制作工艺、焊接工艺应运而生。本文主要对变截面厚板弯扭箱体构件制作施工工法进行研究分析。
关键词：变截面厚板；弯扭箱体；施工工法
1工法特点
利用Rhinoceros4.0软件实现弯扭箱型构件零件板展开，翼缘板、腹板零件板坐标放样图，弯扭箱型构件坐标放样图。
采用弯扭箱型构件最低势能的基础上四条棱线上的控制点的相对坐标制作胎架。
采用翼缘板、腹板单板校正与胎架吻合，再采用L型胎架拼装弯扭箱型构件。
采用四轴压力机、卷板机机械校正、手拉葫芦与火焰校正相结合校正单板及弯扭箱型。
采用较小的热输入量、构件多次翻身、从中间向二边、分段跳焊等方法有效的控制构件焊接变形。
2工艺原理
扭曲箱型四块壁板均为空间弯扭形状，为控制放样下料精度，壁板的展开尤其重要，壁板展开若采用手工放样展开，一则放样速度较慢，二则展开精度得不到控制，为此，壁板展开必须采用计算机软件精确放样，发现Rhinoceros4.0软件可较好地满足扭曲壁板的展开。利用犀牛软件中的样条曲线拟合出弯扭箱型构件的四条棱边线，通过箱型截面的双轨扫掠生成扭曲箱型实体，在弯扭箱型的棱线上添加N个控制点，通过控制点的相对坐标来描述弯扭箱型的图纸，通过“曲面”工具将扭曲箱型四块壁板展平，通过数控软件FASTCAM将弯扭箱型的四块壁板展开图转化为数据文件。
3施工工艺流程及操作要点
3.1施工工艺流程
拟合扭曲箱型实体→棱线上添加控制点→给控制点编编号→ 建立扭曲箱体最低势能坐标系→整理四条棱线上控制点的坐标值→将添加好控制点编号扭曲箱型及控制点的坐标值整理成构件图纸。
3.2操作要点
3.2.1扭曲构件加工对深化设计图的特殊要求
为便于弯扭箱体壁板的成形和检测，深化设计还应提供每块壁板的坐标系统。原则：每块壁板以水平放置状态提供坐标，且下壁板坐标同构件组装时下壁板的坐标。扭曲箱形四块壁板均为空间弯扭形状，为控制放样下料精度，壁板的展开尤其重要，壁板展开加工厂暂时没有办法采用人工放样，为此，壁板展开必须采用计算机精确放样，本公司采用成熟软件Rhinoceros4.0可较好地满足扭曲壁板的展开。该软件根据扭曲箱形构件四条棱线形成的双曲面，将四块壁板形成的双曲面展开，就可自动生成壁板的展开图。
3.2.2壁板成形加工和检测
根据壁板展开图、加工工艺及原材料尺寸进行排版，采用FASTCAM软件将排版图转换为数据文件，在转换数据的过程中防止切割变形主要考虑零件板之间的切割顺序及零件轮廓线的切割顺序。将数控文件拷贝到数控切割机上后，确定好起枪点并进行切割。根据壁板展开零件图、零件分段图将分段的壁板对接，对接焊缝焊接、校正并对焊接探伤。壁板初步冷加工成形后，外形为一空间扭曲体，用一般的检测方法难以满足检测要求。采用实际胎架法来进行检测。深化设计提供壁板成形坐标系统，1：1等比制作验收胎架，检查胎架与壁板的贴合度，局部超标处用火工矫正，直至与胎架完全贴合。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2.3 弯扭箱型的组装和检测
（1）装配步骤
下壁板成形矫正完成后，检查壁板与胎架模板上口紧贴，其间隙应控制在1.0mm以内，否则进行调整，然后与胎架固定。下壁板定位后，进行箱体内部隔板（包括工艺性隔板）的组装，隔板定位必须对准下壁板上的组装控制线位置。隔板位置应与侧壁板装配控制线对合（为便于后续组装牛腿，此组装控制线还应翻到壁板外侧），并检查隔板与壁板的安装间隙，定位后提交检查员验收，验收合格后进行隔板焊接。隔板与上壁板焊缝采用槽焊。隔板三条焊缝在盖上壁板之前可以全部焊接完成，焊接采用CO2气保焊，顺序从箱体中部向两端退步焊接。对牛腿对应处隔板的立焊焊缝进行UT探伤检查。封上上壁板，并对壁板间四条纵缝进行打底焊。直接在组装胎架上焊接隔板与上壁板间的槽焊缝，24小时后进行焊缝的UT探伤检查。
（2）弯扭箱体组装焊接后的检测
弯扭构件组装焊接后，在自由状态下进行火工校正，然后进行全面检测。检查弯扭构件与胎架接触面的间隙尺寸，用二台全站仪对突缘和两端口的空间坐标进行测量，与深化设计提供的坐标数据比较，得出弯扭构件组装焊接后的实际变形情况，对超差处用火焰进行局部校正，确保各点的坐标误差在2.0mm以内。检查弯扭构件与胎架接触面的间隙尺寸，检查两端口和突缘的x、y坐标与胎架地样线的差值。对超差处用火焰进行局部校正，确保各点的坐标误差在2.0mm以内。
3.2.4 弯扭箱型的焊接
弯扭构件截面为矩形箱型结构，箱型本体钢板的厚度不同，壁板校正的方式也有所不同，本体的曲面形状基本采用机械冷加工与火焰加热成型相结合校正。从焊接方面考虑弯扭构件制作的难点是因部分构件的钢板较薄，如果焊接顺序或焊接参数控制不当，横向易造成箱型截面变化，纵向易造成构件整体扭曲形状的变化，因此组装及焊接中的每道工序都必须精准才能达到构件的制作精度，保证现场的顺利安装。为保证箱型结构的截面尺寸，所有箱型本体内适当位置应放置工艺隔板，其中中间部位的工艺隔板采用三面间断焊，端部部位的工艺隔板采用四面间断焊，焊缝均匀分布，所有间断焊焊脚尺寸为6mm。箱型本体组装后，为保证弯扭尺寸，本体纵焊缝应先采用气体保护焊打底焊接。
3.2.5 弯扭箱型焊接变形的控制与校正措施
（1）焊接变形控制的工艺措施
选取合理的焊接顺序控制焊接变形法，选择与控制合理的焊接顺序，即是防止焊接应力的有效措施，亦是防止焊接变形的最有效的方法之一。根据不同的构件特点，制定不同的焊接顺序。对于较长焊缝采用“分段退焊法”进行焊接；对于构件焊缝沿中性轴对称分布构件采用“对称、均匀法”法施焊；对于构件焊缝密集且可以分块和分段的构件或接点采用“分块（分散）装焊，整体装配法”施焊；对于焊接后可以区分焊缝拘束状态大小的接头采用“先大后小法”（即先焊拘束大后焊拘束小的焊接接头）。通过编制合理的焊接顺序，达到“分散、对称、均匀、减小拘束度” 的目标。
（2）构件的变形矫正
构件变形矫正采用机械法或火焰加热法矫正，条形构件的弯曲变形可用加热三角形进行矫正，三角形顶点在凹面端，底边在凸面端，加热高度与宽度一般为型钢高度的1/5-2/3左右，加热温度700-800℃，一般不超过900℃，禁止水冷。低合金钢不要超过650℃。焰矫正加热三角形尺寸与距离，拱度矫正，三角形为立面；旁弯矫正，三角形为平面。构件变形大，则加热三角形多，间距大。矫正难度较大时，可采用混合矫正法，箱体扭曲的矫正，可在箱体的两侧面及上平面加热，并施加扭矩外力。扭曲矫正好后，再矫正挠曲变形。
总之，透明鱼项目中次构件的结构形式大部分为弯扭方通，其制作工艺复杂。采用翼缘板、腹板单板校正与胎架吻合，在采用L型胎架拼装弯扭箱型构件。四轴压力机、卷板机机械校正、手拉葫芦与火焰校正相结合校正单板及弯扭箱型。较小的热输入量、构件多次翻身、从中间向二边、分段跳焊等方法有效的控制构件焊接变形。其弯扭方通外观尺寸符合设计要求，整体外观成型美观，得到设计单位一致好评。
参考文献
[1]刘庆玲.变截面柔性铰链变形分析计算方法[J].机械设计，2010（4）：14.
论文作者:李宁波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/15
标签：壁板论文; 构件论文; 隔板论文; 坐标论文; 箱体论文; 截面论文; 角形论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;