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        淺析厚板箱型焊接變形控制技術(shù)

        2020-10-13 12:22:52梁超群
        中國建筑金屬結(jié)構(gòu) 2020年9期

        梁超群

        【摘要】本文以柳州國際會展工程厚板箱型焊接變形控制技術(shù)為例,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際提出了一些防變形的方法和經(jīng)驗(yàn),為以后厚板型箱型構(gòu)件的加工提供借鑒。

        【關(guān)鍵詞】箱型;厚板焊接;防變形

        柳州國際會展工程用地面積約162311.35萬m2,總建筑面積約25277.89萬m2,主要建設(shè)內(nèi)容有一棟會展建筑和一棟配套辦公大樓。本工程鋼柱均為鋼-砼柱。鋼結(jié)構(gòu)主要為鋼管混凝土柱,需內(nèi)灌混凝土并外包200mm厚鋼筋混凝土,截面均為箱型柱,數(shù)量為124根,箱型鋼柱最大截面為口1700×1600×60×60,箱型柱隔板最厚鋼板為70mm。本工程需要加工的箱型構(gòu)件焊接主要是25mm厚以上1000×1000以上的截面,其中板厚大于30mm以上的構(gòu)件占比為69%,加工難度非常大,工藝要求非常高。初期制作的構(gòu)件中出現(xiàn)的問題,集中表現(xiàn)在腹板和翼緣焊接過程中變形過大,厚隔板焊接過程中引起鋼柱腹板、翼緣局部變形嚴(yán)重等問題。焊接30mm以上的厚板箱型,在之前的項(xiàng)目中從未遇見過這么嚴(yán)重的變形問題,在這個項(xiàng)目中第一次面對。如何控制好厚板焊接過程中的變形問題成為保證這批構(gòu)件質(zhì)量的重要工作。為了解決這一問題,項(xiàng)目組展開了多方面的了解分析。

        1.箱型構(gòu)件焊接工藝的主要流程

        箱型構(gòu)件的生產(chǎn)流程主要有:原料檢驗(yàn)、切割下料、底板及腹板拼裝、隔板拼裝、蓋板拼裝、其他連接板拼裝、表面處理工作、報(bào)檢工作、涂裝工作、入庫發(fā)貨運(yùn)輸。

        1.1原料檢驗(yàn)

        鋼板進(jìn)廠,對原材料進(jìn)行檢驗(yàn),從規(guī)格到材質(zhì)一一檢驗(yàn)清楚后入庫。

        1.2切割下料

        采用多頭自動切割機(jī)下料,腹板、翼緣號料時(shí)要根據(jù)板寬預(yù)留出切割余量,長度方向?yàn)?0~50mm,寬度方向?yàn)?~4mm,鋼板切邊10~20mm。根據(jù)板厚選擇3或者4號割嘴進(jìn)行腹板、翼緣條料的切割。條料切割后按焊接需要沿條料長度方向用坡口機(jī)打好焊接坡口。

        1.3底板及腹板拼裝

        箱型構(gòu)件的底板和腹板截面如圖1。

        如圖1所示,箱型柱的初步拼裝主要組成有:底板、兩側(cè)腹板、拼裝拉板。焊縫均采用加襯板坡口焊形式。

        1.4隔板拼裝

        箱型構(gòu)件內(nèi)隔板的焊接先采用氣保焊進(jìn)行三面坡口焊。焊接前內(nèi)隔板要先開好坡口,以保證焊接質(zhì)量,如圖2所示。

        1.5蓋板拼裝

        箱型構(gòu)件組裝完成后主截面如圖3。箱型柱接下來的拼裝工作有:蓋板焊接、隔板與蓋板面的焊接。蓋板與兩側(cè)腹板焊接采用加襯板坡口焊焊接,隔板與蓋板面采用電渣焊焊接。

        1.6其他連接件拼裝

        其他連接件拼裝主要有:牛腿、鋼梁連接板、支撐連接板、柱底板等。

        1.7箱型構(gòu)件表面處理工作

        箱型構(gòu)件表面處理工作主要是拋丸噴砂,把構(gòu)件表面的雜質(zhì)清除,為下一道涂裝工序做好準(zhǔn)備。

        1.8報(bào)檢

        表面處理工作完成后,接下來就是報(bào)檢工作。主要檢測的內(nèi)容是:構(gòu)件的焊接質(zhì)量,連接零件定位準(zhǔn)確度,構(gòu)件整體尺寸準(zhǔn)確度等。

        1.9涂裝工作

        涂裝工作一般分為:底漆、中間漆、面漆三大部分。油漆的涂刷厚度根據(jù)設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行涂刷。對有特殊需要的部位進(jìn)行免油漆處理,例如:螺栓連接處、焊接連接處、栓釘連接處以及與混凝土連接面等。

        1.10構(gòu)件入庫準(zhǔn)備發(fā)往工地

        構(gòu)件油漆工作完成,等油漆晾干后,接下來就是入庫工作,入庫后構(gòu)件等待裝車發(fā)往工地。這一步標(biāo)志著構(gòu)件生產(chǎn)工作的結(jié)束。

        2.厚板型箱型構(gòu)件焊接工藝的主要情況

        2.1主焊縫焊接順序

        箱型主構(gòu)件的焊接順序如圖4所示,焊縫質(zhì)量按設(shè)計(jì)要求,在該項(xiàng)目中主焊縫的質(zhì)量要求為一級,每條焊縫進(jìn)行100%的超聲波檢測。

        2.2鋼板對接焊

        鋼板對接一律采用一級焊縫,焊接形式均為坡口焊。根據(jù)板厚選擇坡口的角度,一般多為30°和60°。

        2.3內(nèi)隔板的焊接

        內(nèi)隔板的焊接形式,根據(jù)內(nèi)隔板的板厚與母材的板厚來確定焊接形式及焊縫高度。在本項(xiàng)目中均為20mm以上的厚板,故采用坡口焊接,焊接標(biāo)準(zhǔn)按重要等級分別是一級或二級。

        2.4牛腿的焊接

        牛腿與構(gòu)件連接的焊縫等級多為一級,因?yàn)檫@里是主要的受力位置,屬于重要焊接位置。

        2.5柱底板的焊接

        柱底板的焊接等級為一級,焊接前柱底位置箱型構(gòu)件應(yīng)預(yù)先開好坡口,焊接質(zhì)量為一級。

        2.6其他連接件的焊接

        其他的連接件主要有:鋼梁連接節(jié)點(diǎn)板,柱對接節(jié)點(diǎn)板,支撐連接板等。焊縫等級按重要級別分別為一級或二級。

        3.厚板型箱型構(gòu)件焊接變形控制的改善分析

        在箱型構(gòu)件的制作過程中,主焊縫焊接、鋼板對接、牛腿的焊接、柱底板的焊接、其他連接件的焊接都沒有產(chǎn)生過大的焊接變形。只有內(nèi)隔板的焊接,在焊接過程中產(chǎn)生了較大的變形。變形產(chǎn)生后需要對構(gòu)件進(jìn)行矯正,而矯正工作也花費(fèi)很多工時(shí),這令構(gòu)件的加工效率大打折扣。針對這一突出問題,經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn),內(nèi)隔板的焊接形式主要分兩大類型:一種是內(nèi)隔板的板厚比箱型構(gòu)件的翼緣、腹板薄或者與之相等;另一種是內(nèi)隔板的板厚比箱型構(gòu)件的翼緣、腹板厚。而產(chǎn)生嚴(yán)重變形的位置主要以第二種類型為主。這一類型的變形量超出了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),最大變形量達(dá)到了25mm,嚴(yán)重地影響了構(gòu)件的質(zhì)量。

        下面來分析一下造成變形的主要原因:

        3.1焊縫截面積的影響

        焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。焊縫面積越大,冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大,焊縫面積大小與焊接收縮量成正比。研究發(fā)現(xiàn),焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的,并起主要的影響,在板厚相同時(shí),坡口尺寸越大,收縮變形越大。

        3.2焊接熱輸入的影響

        焊接過程中會產(chǎn)生熱量,一般情況下,熱輸入大時(shí),加熱的高溫區(qū)范圍大,冷卻速度慢,使施焊位置附近塑性變形區(qū)增大。

        3.3焊接方法的影響

        不同的焊接方法所產(chǎn)生的熱輸入差別較大,在鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中,同等條件下,除電渣焊外,埋弧焊熱輸入量最大。在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下,埋弧焊收縮變形最大,手工電弧焊居中,CO2氣體保護(hù)焊最小。

        了解了變形產(chǎn)生的主要因素,為了保證構(gòu)件的焊接質(zhì)量,對之前的焊接工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)的分析,現(xiàn)場調(diào)查工人的操作過程發(fā)現(xiàn):按照以往的經(jīng)驗(yàn),內(nèi)隔板的焊接均是采用坡口焊,焊接前、焊接后都不做太多處理,就讓構(gòu)件自然冷卻準(zhǔn)備下一道工序。這種工藝流程在內(nèi)隔板厚度不超過翼緣、腹板時(shí),構(gòu)件不會出現(xiàn)嚴(yán)重的變形問題。而在內(nèi)隔板厚度比構(gòu)件翼緣、腹板厚時(shí),構(gòu)件的變形就會突顯。因而,需要針對這一特點(diǎn)做相應(yīng)的工藝修改。經(jīng)討論后,采用的主要措施有:

        (1)焊前預(yù)熱處理,在內(nèi)隔板比構(gòu)件翼緣、腹板厚時(shí),焊接前應(yīng)做好焊前預(yù)加熱處理。根據(jù)項(xiàng)目構(gòu)件內(nèi)隔板的厚度明確預(yù)加熱溫度控制在120~150°左右。

        (2)剛性夾具固定法控制焊后變形,針對厚型內(nèi)隔板,采用隔板附近增加相應(yīng)的剛性焊接變形約束,以此保證焊接后構(gòu)件不能產(chǎn)生明顯的變形。

        (3)雙面均可焊接操作時(shí),采用雙面對稱坡口,并在多層焊時(shí)采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序。內(nèi)隔板焊接時(shí)采用對稱焊在同一時(shí)間進(jìn)行施焊,這樣保證內(nèi)隔板與構(gòu)件連接四周都能同時(shí)均勻受熱,這樣就能有效地控制該區(qū)域的變形情況。

        (4)厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊,焊接厚型內(nèi)隔板時(shí),所有焊縫均采用多道焊來完成。

        4.結(jié)語

        在加工過程中,焊接前一定要了解構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接工藝及工藝流程,不同的焊接件采用不同的焊接方法,使得焊接變形得到相應(yīng)合理的控制,從而有效控制構(gòu)件整體和局部的變形,焊接變形量的減少和消除是為了構(gòu)件達(dá)到驗(yàn)收條件。通過實(shí)踐不斷總結(jié)、積累與焊接相關(guān)的各種特性及經(jīng)驗(yàn),對不同問題綜合分析考慮,對問題各種因素細(xì)致分析,從中找到解決之法,從而保證構(gòu)件的焊接質(zhì)量及驗(yàn)收通過率。

        參考文獻(xiàn)

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        (作者單位:廣西建工集團(tuán)五建金結(jié)分公司)

        【中圖分類號】TU973.257

        【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

        【文章編號】1671-3362(2020)09-0124-03

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