一种大型钢模块的制造方法与流程

本发明涉及钢模块焊接技术领域，特别是涉及一种大型钢模块的制造方法。

背景技术

现有的大型钢模块作为一种窄腔体型焊接结构部件(其结构如图1a-1b，图2所示)，主要由上下面板、隔板、角钢、槽钢、剪力钉组成。大型钢模块一般均为不规则结构，并且其内部的零件较多，零件之间主要采用焊接连接，焊接量大，焊接变形极大。对于上述焊接变形极大的问题，现有技术主要是采用焊前预设一定的反变形量、焊后再进行适当的机械矫正。现有技术虽然在一定程度上减少了焊接变形，但是由于大型钢模块的内部及上部有许多零件，受施工空间的影响，许多零件在焊接前无法采用反变形措施；同时由于大型钢模块的体积较大，焊后进行整体机械矫正比较困难，且其局部区域刚度较大，局部机械矫正效果不明显。由于焊接变形的影响，大型钢模块焊后普遍出现整体尺寸偏小，且其面板的整体平面度超差。因此有必要制定合理的下料加长余量、组装顺序、焊接顺序、焊接工位布置、焊接工艺，并采用可靠的变形控制措施，才能满足设计图纸中的精度要求，保证产品的质量。

综上所述，现有技术中对于大型钢模块的可靠焊接问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种大型钢模块的制造方法，其有效地解决这种焊接量大、焊接变形极大的问题，保证产品的制造精度符合设计要求；

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种大型钢模块的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：将钢板和型材按设定尺寸下料成型，并对钢板进行坡口加工；

步骤2：将面板和角钢点焊定位后对二者进行焊接；

步骤3：在面板上焊接剪力钉后，将相邻面板组焊成面板组件；

步骤4：在面板组件一侧面上先焊接隔板，然后再焊接槽钢；

步骤5：在隔板端部焊接另一面板组件，使两面板组件相对组焊成子模块；

步骤6：将两个子模块在端部以相互垂直方式组焊成钢模块。

进一步的，所述步骤1中，将钢板和型材进行下料之前，对钢板的平面度和型材的直线度进行检查矫正。

进一步的，所述步骤1中，对应于槽钢的钢板下料尺寸按照正公差执行，对应于面板和角钢的钢板下料时在其长度方向加长25～50mm。

进一步的，所述步骤2中，在将面板和角钢点焊定位后，先将面板在凸形台架上施加4-6mm的预变形，然后再将面板和角钢进行焊接。

进一步的，所述步骤3中，焊接剪力钉采用螺柱焊工艺。

进一步的，所述步骤4中，隔板的焊接过程为：将隔板在面板组件一侧面先进行点焊定位，然后对焊缝进行焊接，焊接时将整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用跳焊的方法。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，且每个工位内的焊缝采用跳焊的方法。

进一步的，所述步骤5中，在两面板组件之间焊接临时支撑，并对焊缝进行焊接。

进一步的，所述步骤6中，在两个子模块组焊前，先将所有焊口进行点焊定位，然后再进行焊接。

更进一步的，焊口进行点焊定位的顺序为：先点焊竖直方向面板和水平方向面板之间的“十字接头”的焊口，再点焊竖直方向面板和水平方向面板之间的“t形接头”的焊口。

更进一步的，在竖直方向面板和水平方向面板点焊定位后，首先焊接“十字接头”的焊缝，其次焊接“t形接头”的焊缝，再次焊接其余焊缝。将每条整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用分段退焊的方法。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，且每个工位内的焊缝采用分段退焊的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的方法，在钢板和角钢下料时将其长度方向加长25～50mm，避免了钢模块在组装焊接后由于焊接变形和焊缝收缩引起的整体尺寸偏小问题。

本发明的方法，在隔板点焊定位后，将整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用跳焊的方法进行焊接，如此可以有效地控制和减小焊接变形，以确保钢模块面板的平面度。

本发明的方法，在两面板组件之间焊接临时支撑，可以有效地增加钢模块的整体刚度，以减小焊接引起的变形。

本发明的方法，在竖直方向面板和水平方向面板点焊定位后，首先焊接“十字接头”的焊缝，其次焊接“t形接头”的焊缝，再次焊接其余焊缝；采用上述焊接顺序，首先焊接成形的“十字接头”，可以最大程度地增加钢模块的刚度，以便减少后面焊接“t形接头”焊缝和其余焊缝时产生的变形。

本发明的针对大型钢模块的制造方法，有效地解决了这种焊接量大、焊接变形极大的问题，保证产品的制造精度符合设计要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1a为大型钢模块的示意图；

图1b为大型钢模块另一角度的示意图；

图2为大型钢模块的俯视图；

图3为本发明制造方法的流程图；

图4为面板与角钢组焊、面板与面板组焊以及焊接隔板和槽钢后的示意图；

图5为焊接完成后的子模块ⅰ的示意图；

图6为子模块ⅰ翻转后的示意图；

图7为焊接完成后的子模块ⅱ的示意图；

图8为两个子模块组焊成钢模块的示意图；

图9为图8中的a-a视图；

图10为焊缝分段和焊接顺序示意图；

图11为分段焊缝的焊接工位和焊接顺序示意图；

图中，1面板，2隔板，3角钢，4槽钢，5剪力钉，6刚性组装架，7面板对接缝，8上面板组件，9下面板组件，10临时支撑，11刚性组装架，12子模块ⅰ，13子模块ⅱ，14枕木。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在大型钢模块无法有效可靠焊接的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种对于焊接变形大的大型钢模块的制造方法，有效地解决这种焊接量大、焊接变形极大的问题，保证产品的制造精度符合设计要求。

如图1a、1b、2所示，大型钢模块，主要由上下面板1、隔板2、角钢3、槽钢4、剪力钉5组成的。

本申请的一种典型的实施方式中，如图3所示，提供了一种大型钢模块的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：将钢板和型材按设定尺寸下料成型，并对钢板进行坡口加工；

步骤2：将面板和角钢点焊定位后对二者进行焊接；

步骤3：在面板上焊接剪力钉后，将相邻面板组焊成面板组件；

步骤4：在面板组件一侧面上先焊接隔板，然后再焊接槽钢；

步骤5：在隔板端部焊接另一面板组件，使两面板组件相对组焊成子模块；

步骤6：将两个子模块在端部以相互垂直方式组焊成钢模块。

步骤1中，将钢板和型材进行下料之前，对钢板的平面度和型材的直线度进行检查矫正。

步骤1中，对应于槽钢的钢板下料尺寸按照正公差执行，对应于面板和角钢的钢板下料时在其长度方向加长25～50mm。

步骤2中，在将面板和角钢点焊定位后，先将面板在凸形台架上施加4-6mm的预变形，然后再将面板和角钢进行焊接。

步骤3中，焊接剪力钉采用螺柱焊工艺。

步骤4中，隔板的焊接过程为：将隔板在面板组件一侧面先进行点焊定位，然后对焊缝进行焊接，焊接时将整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用跳焊的方法。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，且每个工位内的焊缝采用跳焊的方法。

步骤5中，在两面板组件之间焊接临时支撑，并对焊缝进行焊接。

步骤6中，在两个子模块组焊前，先将所有焊口进行点焊定位，然后再进行焊接。

更进一步的，焊口进行点焊定位的顺序为：先点焊竖直方向面板和水平方向面板之间的“十字接头”的焊口，再点焊竖直方向面板和水平方向面板之间的“t形接头”的焊口。

更进一步的，在竖直方向面板和水平方向面板点焊定位后，首先焊接“十字接头”的焊缝，其次焊接“t形接头”的焊缝，再次焊接其余焊缝。将每条整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用分段退焊的方法。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，且每个工位内的焊缝采用分段退焊的方法。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本申请的大型钢模块的制造方法，如图4-11所示，包括下料、组装和焊接三个过程；

具体的步骤过程如下：

(1)对钢板、型材、剪力钉进行验收。对钢板的平面度和型材的直线度应进行重点检查，必要时，应对钢板的平面度和型材的直线度进行矫正。

(2)对钢板和型材按照图纸尺寸进行下料。除上下面板外，对应于槽钢的钢板和型材的下料尺寸按照正公差执行。对上下面板和角钢进行下料时，应对其长度方向加长25～50mm，避免面板组焊中由于焊接变形和焊接收缩的影响，导致面板在组焊后的总长度不满足设计要求。

(3)对钢板进行坡口加工。

(4)为减小面板与型钢焊接过程中对面板产生的角变形，在钢平台上对面板与角钢进行点焊定位，然后将面板(点焊角钢的面朝上)放置在凸形台架上，采用卡具将面板的一边固定在凸形台架上，然后利用千斤顶对面板的另一边施加压力，使面板与凸形台架相贴合，以使面板发生5mm左右的弯曲变形(即预变形，此预变形与焊后的角变形相抵消)，然后再进行面板与角钢的焊接。

(5)将面板与角钢的组合件放置在钢平台上，按照设定的剪力钉间距，采用螺柱焊工艺，在面板上焊接剪力钉，焊接位置为1s。

(6)在刚性组装架6上将相邻的两个面板在面板对接缝7处组焊成面板组件(见图4)；按以上工艺组焊两个面板组件，两个面板组件相对组焊成子模块时，位于上方的为上面板组件8，位于下方的为下面板组件9。

(7)按照设定的定位尺寸，在下面板组件9上焊接隔板2、槽钢4(见图4、图5)。

(8)在刚性组装支架上，将上下相对的上面板组件和下面板组件组装成子模块ⅰ(见图5)。先将上面板组件8与槽钢4点焊定位，然后再将上面板组件8与隔板2点焊定位。对焊缝进行焊接时按以下顺序进行：先焊接下面板组件9与隔板2一侧的焊缝，再焊接下面板组件9与槽钢4的焊缝，再焊接下面板组件9与角钢3的焊缝，再焊接下面板组件9与隔板2另一侧的焊缝。

(9)为了便于焊接上面板组件与槽钢、隔板之间的焊缝，对子模块ⅰ焊接临时支撑10及加固，然后对其进行180°翻转，翻转后(见图6)先焊接上面板组件8与隔板2一侧的焊缝，再焊接上面板组件8与隔板2另一侧的焊缝，再焊接上面板组件8与槽钢4之间的焊缝(见图6)。步骤(8)(9)中焊接时将整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用跳焊的方法。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，且每个工位内的焊缝采用跳焊的方法。

(10)按照上述组焊子模块ⅰ的方法组焊子模块ⅱ(见图7)。

(11)在刚性组装架11上，将子模块ⅰ12和子模块ⅱ13组焊成钢模块(见图8-9)。

为了减小焊接变形，子模块ⅰ12和子模块ⅱ13组焊成钢模块时，先将所有的焊口进行点焊定位，焊口进行点焊定位的顺序为：先点焊竖直方向面板和水平方向面板之间的“十字接头”的焊口，再点焊竖直方向面板和水平方向面板之间的“t形接头”的焊口；再进行焊接，焊接的顺序为首先焊接“十字接头”的焊缝(“十字接头”的焊缝即为两子模块的面板十字交叉部位的焊缝)，其次焊接“t形接头”的焊缝(“t形接头”的焊缝即为两子模块的面板t形交叉部位的焊缝)，再次焊接其余焊缝(如角钢等与面板的焊缝)，如图8所示，这样可以有效控制子模块ⅰ的上面板、子模块ⅱ的下面板在焊接过程中出现镰刀弯变形。为了便于焊接作业，两子模块的面板交叉部位的焊缝为单边坡口焊缝，子模块面板与角钢的焊缝为槽焊缝。对焊缝进行焊接时，将每条整条待焊焊缝均分为4段，且整条焊缝采用分段退焊的方法。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，且每个工位内的焊缝采用分段退焊的方法。

在钢模块的底部两端和刚性组装架11之间各放置一根300×300×3000mm的枕木14(见图9)，使钢模块中间部位处于悬空状态，利用钢模块的自重，使钢模块产生一定的弯曲变形，可以抵消焊接时产生的焊接变形。

为了控制钢模块的角度、直线度、垂直度变形，合理规划焊接工位及焊接顺序。对焊缝进行焊接时，将每条焊缝均分为4段，且整条焊缝采用跳焊顺序。每段焊缝又均分为5个工位，每个工位由1名焊工进行焊接。每个工位内的焊缝又均分为4小段，每个工位的焊缝采用跳焊顺序，对于打底焊和填充焊道则采用分段退焊的方法，每条焊缝的分段和焊接顺序见图10，分段焊缝的焊接工位和焊缝顺序见图11。

(12)焊接钢模块上的附件。

本申请中焊接采用脉冲弧熔化极混合气体保护焊，焊丝采用er70s-6，焊丝直径为1.2mm，焊接电流i＝110～200a，电压u＝20～25v，焊接速度v＝6～25cm/min，混合保护气体为80％的ar和20％的co2，气体流量q＝14～20l/min。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。