張紅田

(新疆八鋼鋼管有限責任公司)

前言

高頻焊薄壁H型鋼主要應用于工業(yè)和民用建筑、高鐵、地鐵、體育場館、展館等領域。1993年我國從國外引進第一條高頻焊H型鋼生產(chǎn)線，并為國產(chǎn)高頻焊接H型鋼頒布了國家建筑行業(yè)標準。高頻焊接H型鋼以其優(yōu)異的斷面抗彎扭性能、靈活多樣的生產(chǎn)方式、較低的生產(chǎn)成本等優(yōu)勢，在鋼結構行業(yè)領域的應用愈發(fā)廣泛。我國高頻焊接H型鋼經(jīng)過20年多的市場開拓與發(fā)展，由1998年的年消費量2萬t到2020年約90萬t，呈高速增長趨勢。一般認為，當H型鋼的斷面模數(shù)超過10000，或斷面為輕型薄壁時，高頻焊接生產(chǎn)H型鋼比熱軋等其他方式生產(chǎn)H型鋼更具優(yōu)勢[1]。熱軋H型鋼生產(chǎn)成本比高頻焊接H型鋼高約1倍，人工組立焊接H型鋼比高頻焊接H型鋼高約3倍；高頻焊接H型鋼性能滿足大部分使用需求，且規(guī)格品種更為豐富。

高頻焊接H型鋼主要用于廠房工業(yè)建筑和輕鋼民用建筑中。工業(yè)廠房建筑主要用在檁條、次鋼結構和抗風柱中。按新疆地區(qū)每年鋼結構工程量60萬t測算，高頻焊接H型鋼占鋼結構用鋼的8%，其年市場容量約為4.8萬t。采用鋼結構來建設輕鋼民用建筑，由于大部分建筑材料可重復回收使用，是一種綠色環(huán)保的建筑方式。國內各級地方政府也出臺相應的政策推廣使用這種新型建筑方式，鼓勵用于富民安居工程、城鎮(zhèn)保障性住房、公租房、棚戶區(qū)改造和其他公共民用設施，預計高頻焊H型鋼在疆內每年的需求量約10萬t。結合市場需求及八鋼鋼管產(chǎn)線工藝及裝備條件，開發(fā)了高頻焊薄壁H型鋼。

1 開發(fā)高頻焊接H型鋼的條件

1.1 工藝產(chǎn)線及產(chǎn)品規(guī)格

高頻焊接H型鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)線總長約132m，布置在一座24m×154m的廠房內，設計年產(chǎn)能4萬t，其產(chǎn)品規(guī)格見表1，生產(chǎn)工藝流程見圖1。

表1 高頻焊接H型鋼產(chǎn)品規(guī)格

圖1 高頻焊接H型鋼生產(chǎn)工藝流程

1.2 主要設備

高頻焊接H型鋼生產(chǎn)線由上料機構、活套、焊機、拉拔機、剪切機和收集裝置組成，主要設備見表2。

表2 高頻焊接H型鋼生產(chǎn)線主要設備表

1.3 生產(chǎn)工藝

高頻焊接H型鋼的生產(chǎn)工藝流程：上料→開卷→端銑→活套儲料→夾送→高頻焊接→矯正→拉拔→定尺剪切→檢驗→整理→收集打包→入庫

2 主要生產(chǎn)工藝

高頻焊接H型鋼生產(chǎn)的主要工序為上料、活套儲料、高頻焊接、矯正拉拔、定尺剪切和收集打包等。根據(jù)生產(chǎn)線特點，分為前道、中道和后道工序。

2.1 前道生產(chǎn)工藝

前道即為材料準備階段，主要功能是為生產(chǎn)高頻焊接H型鋼提供符合要求的、連續(xù)的鋼帶。前道技術工藝分輕載和重載：當鋼帶厚度小于或等于6mm時，可采用輕載工藝，鋼帶經(jīng)活套穿過；當鋼帶厚度大于6mm時，采用重載工藝，鋼帶不經(jīng)過活套。

2.2 中道生產(chǎn)工藝

中道是高頻焊接H型鋼的主要生產(chǎn)階段，將三根鋼帶組裝焊接成H形并按定尺要求剪切，成為H型鋼產(chǎn)品。中道可分為焊接成形、在線矯正、定尺剪切三個工序。

(1)焊接成型工序。采用高頻焊機將鋼帶組裝焊接成H型鋼。高頻焊機焊槍根據(jù)H型鋼規(guī)格不同有ABCD四種形式(表3)，并根據(jù)壁厚，按圖2選擇合適的工藝圖表，在不同生產(chǎn)速度下匹配適宜的焊機電壓。

表3 高頻焊機焊槍類型表

a.腹板2.3～3.0mm焊接工藝圖 b.腹板3.2～4.0mm焊接工藝圖

c.腹板4.0～5.0mm焊接工藝圖 d.腹板5.0～6.0mm焊接工藝圖

e.腹板6.0～7.0mm焊接工藝圖 f.腹板7.0～8.0mm焊接工藝圖圖2 不同腹板厚度的焊接工藝圖

(2)在線矯正工序。在線矯正工序包括兩個環(huán)節(jié)：一是通過對翼緣板的適量擠壓延伸，達到矯正H型鋼的彎曲、拱曲和扭曲的目的；二是對H型鋼生產(chǎn)線提供主動力。該工序使用的主要設備包括翼緣矯正機和拉矯機。對翼緣擠壓矯正的原則是“哪條邊彎曲，則擠壓哪條邊”。

(3)定尺剪切工序。定尺剪切工序的作用是按照顧客的要求，將H型鋼剪切至所需要的長度。定尺剪切工序所使用的主要設備為剪切機，剪切備件的使用原則：對于常用規(guī)格，按工藝規(guī)程選擇剪切模板，并配套選用剪切模窗、剪切模座、及剪切橫梁；對于非標準規(guī)格，盡量采用專用模板進行剪切，并配套采用剪切模窗、剪切模座和剪切橫梁；根據(jù)剪切模板選擇合適的墊塊，保證墊塊上平面與剪切模座上平面在同一水平面上。

2.3 后道生產(chǎn)工藝

后道是高頻焊接H型鋼的檢驗、整理、收集階段，是生產(chǎn)線最后的階段。各工序的產(chǎn)品質量均在后道得到反映，在后道工序設置后道質量控制點，對H型鋼外形質量、焊接質量均進行必要檢測。對檢測出的外形不合格的H型鋼(如彎曲、拱曲、扭曲、翼緣傾斜等缺陷)進行離線矯正，可采用機械矯正和火焰矯正；對于由于高頻焊機停機或故障所造成的局部未焊處，可采用手工電弧焊進行補焊。矯正或補焊后需進行再檢驗方可入庫。

3 產(chǎn)品檢驗檢測

依據(jù)JG/T 137-2007《結構用高頻焊接薄壁H型鋼》標準檢驗成品高頻焊接H型鋼。主要檢測原料化學成分、成品力學性能、型號及截面特性、外形尺寸、表面質量等指標。其中重要的是需按標準制作專用剝離試驗工具，對H型鋼焊縫處進行剝離試驗，剝離試驗斷口位于非焊縫處判定為合格產(chǎn)品。圖3是剝離試驗工具試驗的示意圖，圖4為剝離試驗實物。

圖3 高頻焊接H型鋼剝離試驗示意圖[2]

4 關鍵工序技術要點

(1)前道工序中，根據(jù)不同的翼板厚度，制定了輕載和重載兩種生產(chǎn)方式。同時增設了上料小車的安全附件，更新了頭尾對焊焊機，完善了立式活套中的帶鋼糾偏裝置，制定了帶卷上料開卷、頭尾對焊、立式活套儲料、帶鋼平整等工藝技術規(guī)程。

(2)中道工序是該產(chǎn)品生產(chǎn)的核心工序，該工序生產(chǎn)中，對高頻焊接、翼緣矯正、拉矯和液壓定尺剪切等工序進行了重點研究。主要改進和優(yōu)化措施有：利用現(xiàn)有廠房的立面空間，將高頻焊機的電源系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)布置進行了優(yōu)化；重新設計了焊后冷卻裝置；對液壓定尺剪切機的模具和模座進行了優(yōu)化設計，對液壓控制系統(tǒng)進了改造；最終形成了完整的中道工藝技術參數(shù)。

(3)在后道工序設置了成品質量控制點，制作了剝離試驗裝置，對H型鋼外形質量、焊接質量均進行必要的檢查和監(jiān)督。

5 結束語

八鋼鋼管產(chǎn)線研發(fā)的高頻焊接薄壁H型鋼經(jīng)自檢和第三方檢驗，符合JG/T 137-2007《結構用高頻焊接薄壁H型鋼》的要求，生產(chǎn)出了符合標準的高頻焊接H型鋼產(chǎn)品，填補了新疆和西北空白。試制期間，形成了完整的工藝規(guī)程、關鍵控制點和內控質量標準。

在高頻焊接薄壁H型鋼市場推廣過程中，還存在一定難度，如用戶對高頻焊接薄壁H型鋼的認知情況不足，設計院設計該類產(chǎn)品時沒有相應的規(guī)范和軟件支撐，裝配式鋼結構建筑全壽命周期的綠色生產(chǎn)情況仍未得到廣泛認可等。筆者認為，隨著國家推廣鋼結構建筑政策和金融支撐政策的出臺，高頻焊接H型鋼會得市場認可，并得到廣泛應用。