高铁预制梁定位网钢筋智能焊接设备的研发与应用

杨基好

（中铁十局，济南250000）

1 工程概况

1.1 工程概述

中铁十局廊坊制梁场位于河北省廊坊市广阳区万庄镇境内，新建城际铁路联络线一期工程线路里程DK22+827 线路左侧，占地面积170 亩（0.11km2）。承担新建城际铁路联络线一期工程廊坊东站前特大桥、廊坊特大桥、新航城特大桥、动车走行线左线特大桥、动车走行线右线特大桥共计460 孔箱梁的预制施工任务。预制箱梁预应力管道位置偏差会直接影响高铁箱梁耐久性，规范要求预应力管道定位钢筋加工、安装位置尺寸偏差均为2mm，施工过程中控制难度大。

1.2 国内技术背景

针对预制箱梁定位钢筋加工，采用传统30mm×30mm 薄角钢焊接加工的定位网胎具，人工焊接定位网钢筋，难以保证全部孔道位置误差≤2mm；且在使用过程中容易发生形变，影响定位网片精度，人工焊接焊点质量难以保证，容易造成开焊，烧伤钢筋等缺陷。

为提高定位网钢筋焊接精度、质量，提高工作效率，设计研发了一种电阻焊接形式的箱梁定位网钢筋智能焊接设备。

2 高铁预制梁定位网钢筋智能焊接设备的设计研发

箱梁定位网筋智能焊接装备（见图1）通过放线盘储存盘圆钢筋，利用矫直轮对钢筋进行矫直并储存至储料架，通过送丝机构进行纵向钢筋长度精准送丝至焊接机构，横向钢筋通过钢筋储料箱自动落料，由磁铁吸附至焊接电极处。压下电极利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。

图1 高铁预制梁定位网钢筋智能焊接设备平面布置图

将焊件压紧在2 个柱状电极之间，通电加热，使焊件在接触处熔化形成熔核，然后断电，并在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。这种焊接焊疤小、焊接牢固、不变形。

焊接完成后，由步进机构精准输送至剪切机构进行剪切，剪切后形成底、腹板半成品钢筋网片，通过组装胎具对底板、腹板半成品钢筋网片进行组装焊接形成成品定位网片。

3 高铁预制梁定位网钢筋智能焊接施工工艺

高铁预制梁定位网钢筋智能焊接施工工艺流程如图2 所示。

图2 高铁预制梁定位网钢筋智能焊接施工工艺流程图

3.1 钢筋的预矫直

预矫直机构采用五辊式交错方式，从2 个90°垂直方向对钢筋原材进行矫直。

图3 高铁预制梁定位网钢筋智能焊接的钢筋预矫直

3.2 钢筋储料

预矫直后的钢筋经牵引机构牵引进入储料架储料，为步进机构提供缓冲段，减轻步进机构牵引压力，提高了步进机构精确度。

3.3 钢筋步进

步进机构下轮上设有齿牙，可以避免钢筋的打滑现象，提高了网片的尺寸精度和快速的送进。

3.4 主机焊接

GWCP500-X 主机采用桥式回路焊接方式，一次可以焊接2～4 个点，焊接火花小，焊接均匀。主机可实现定制角度旋转，实现短钢筋斜网焊接。主机可以旋转定制角度，实现网片倾斜焊接。

3.5 定位网钢筋剪切

剪切机构为整体式剪切，可在定制方向旋转一定角度，满足底板定位网片与腹板定位网片不同角度的剪切需求。

3.6 定位网钢筋半成品存放

定位网焊接生产线可生产出的底板与腹板定位网片半成品，分编号摆放在存放架上，可一次性生产多套半成品，提高成品拼焊效率。

3.7 定位网钢筋半成品拼装

定位网焊接设备生产的半成品根据型号选择相应的胎具拼焊成成品。整齐摆放在存放架上，以备施工使用。

4 工程应用及效益分析

4.1 技术优点

该机械与传统定位网胎具人工焊接相比，焊接效果好，操作方便，工作效率高，提高了工程质量和施工技术水平。该生产线可焊接宽度≤1 500mm 网片，可对任意线材进行交叉倾斜角度焊接；该生产线用于将φ5.0mm～φ12.0mm 的冷拔钢丝、镀锌铁丝、带肋钢筋焊接成各种规格尺寸的网片；采用新型的焊接控制系统，更加稳定可靠，满足生产各种规格网片的生产需求；该设备采用数控伺服控制系统，精度准确，效率高、成本低；丰富的人机互动画面，可直接反馈出故障点，减少操作人员查找故障时间，提高工作效率。

4.2 效益分析

高铁预制梁定位网钢筋智能焊接设备在中铁十局廊坊制梁场中成功研发应用，安全、经济、高效，节约了大量的人力、物力，创造了良好的经济和社会效益。该梁场节约费用34.6 万元，该设备按5 个梁场进行折旧考虑，共计节约费用173 万元。

1）电阻焊接设备，节省焊条使用：单孔梁定位网焊接需要焊条费用约85 元，460×85=39 100 元。

2）人工焊接单片网片用时需5min，包含胎具拼装，钢筋摆放及焊接，单孔梁用时约5.5h。定位网筋焊接设备拼装单片网片用时仅需1min，包含底腹板网片摆放，拼焊单孔梁用时约1h。功效提高约82%，综合功效分析计算定位网筋焊接设备每分钟出半成品网片4 片，单孔梁需195 片预计用时约0.8h，考虑钢筋更换等按照1h 进行计算，综合功效提高约64%。

计算460 孔梁定位网焊接总用时460×5.5=2 530h，按照每天8h 一台班计算共需要316 个台班，每人每台班200 元，费用合计约200×2×360=144 000 元。按照功效提高64%计算约节省费用92 160 元。

3）高铁预制梁定位网钢筋智能焊接设备的应用，减小成品不合格率，降低原材损耗，单孔梁节省约100kg 钢筋，按每吨原材4 500 元计，梁场计节省钢筋材料费20.7 万元；模具加工用型钢材料费节省30mm 角钢约350m，按照4 600 元/t 计算单套网片可节约2 000 元，按照通常4 套计算需要8 000 元。