多层与高层钢结构箱型梁制造工艺

刘增喜,杨 登

(青岛环球集团股份有限公司,青岛 266400)

多层与高层钢结构箱型梁制造工艺

刘增喜,杨 登

(青岛环球集团股份有限公司,青岛 266400)

该文以山东某大型玻璃厂综合楼钢结构工程实践为基础,介绍了箱型梁的制造工艺与生产过程。

箱型梁; 制造技术; 焊接; 工艺流程; 质量控制

该大型玻璃厂综合楼钢结构工程制造中采用了大量的箱型梁结构。由于该工程构件的体积大、单件重、质量要求高、工期紧,故针对构件的组成特点从材料采购、下料、焊接工艺控制入手,在产品的制造过程中严格执行工艺及相关规范要求,加大质量保证措施的控制和执行,从而使该产品的制造工作顺利进行。

1 钢材的选用

1)制造所用的主材,严格按设计文件的要求,并有合格的质量证明书。各元素化学成分均应符合国家标准,特别是S、P含量越低越好。

2)在采购时,选用质量信誉好的大钢厂的产品,以确保钢材的可靠性。

3)所用钢柱材以定长、定宽订货,其宽度方向满足下3-4块料,两侧共有20 mm余量即可。长度方向一般以不拼接为宜,且不得有过多的余料,该公司规定为50 mm,以免浪费。

4)钢材的质量必须符合要求,不得有夹层、裂纹、非金属夹杂,不得有气孔、结疤、折叠缺陷。锈蚀严重的钢材不得使用。

5)为防止钢材层状撕裂,厚板宜采用Z向性能的钢板,厂家应提供Z向质量证明书。

6)衬板板条应选用与主材相同的材质。

2 焊接材料的选用

1)该工程采用的所有焊材:焊丝、焊剂、焊条等必须与所焊的母材材质相匹配,以等强性为原则,质量应符合各相应标准的要求,采购时厂方提供产品质量质保单。

2)焊材:(1)埋弧焊自动焊用焊丝:H08Mn A,ϕ4～ϕ5焊丝,配HJ431焊接剂。(2)隔板丝极焊电渣焊: ER50-6,ϕ1.6配HJ431焊接剂。

3)所有焊丝应使用镇静钢,不得采用沸腾钢(低Si焊丝)以免因脱氧不足,造成焊缝出现气孔。

4)所使用的焊丝粗细一致,焊丝不得生锈。焊丝镀铜层不得出现脱落。

5)焊条使用前必须烘干:碱性质焊条:380～400℃,烘干2 h。随后转入100℃左右低温烘箱,随用随取。

6)熔炼焊剂要求:HJ431,250℃,烘干2 h后冷却用。

3 箱型柱板的下料加工工艺

1)采用定长进料,上箱型柱的翼缘板、腹板不拼接。

2)尺度超长或不得已时,凡长度要拼接的翼腹板料,必须先埋弧自动焊拼接,并经无损探伤合格,矫平拼接缝后,方可下料。

3)钢板拼焊接加工坡口形式,见图1。a.拼焊接时,焊缝避开柱节点位置,宜在节点区域隔板上下500 mm以外。b.翼腹板拼接缝必须互相错开200 mm以上。c.全部拼接焊缝为一级焊缝,并应100%探伤,超声探(UT)I级合格。

4)每张板材的排版,若下4块板时,尽量中间两块为翼缘板,两侧各1块腹板,两侧最外边应保证各10 mm以上的割去量。

5)柱翼腹板的下料,采用数控直条切割机切割。每一直条的两边,必须同时切割,且一次切好,以避免造成弯曲和切割缺口等。

6)切割时除保证几何尺寸外还应保证切割的垂直度,不得有缺菱和崩坑。

7)每块翼腹板长度,应酌放余量(包括加工余量,焊缝收缩余量等),现规定为50 mm。

4 隔板、垫板、衬板板条的组焊

1)保证隔板组四角为90°,且长度尺寸保证一致,使用靠模装配。隔板、垫板、衬板条的装配应在靠模机上进行。

2)靠模两直角边为固定边侧,另两直角边为活动侧,根据隔板尺寸的不同及取出方便,可调节活动侧。

3)隔板、垫板、陈条板组焊前,必须将油污、铁锈氧化皮、水等清理干净,方可开始组焊。

4)将电渣焊垫板两块放入靠模内侧,且将平直面,即加工面朝外侧,紧靠靠模的边缘。

5)将隔板放在其上,使隔板位于框内中心,坡口面朝下。为定位方便,上下左右应各制作2块相同的活动定位块,使其紧贴靠模的边缘。左右垫板活动定位块宽度为电渣焊的长度(即20 mm或25 mm)。上下衬板的活动定位块的宽度为腹板间的间隙宽(5～6 mm)。

6)夹紧模具,当四角都有出气孔时,可在其内隔板的下面将两垫板点焊在一起,无孔时则暂不焊。

7)将另两块垫板放于隔板上面两侧,2块衬板条放于隔板上下端两垫板之间。其平直面,即加工面均朝外侧,紧靠模边缘。

8)夹紧模具,将隔板上的2块垫板、2块衬板条与隔板分段点固、焊接。(每段30 mm,3段),板间应该紧贴、平整,间隙要小于0.5 mm。

9)翻转180°,将隔板下面的2块垫板重新放置于隔板上面,进行分段点固、焊接,保证板间间隙小于0.5 mm。间隙大于0.5 mm,必须进行焊补。

10)点固焊及焊接用焊条应与母材相匹配。具体要求:J506(E5016),ϕ3.2、ϕ4.0焊条。

11)清理并除净焊渣、飞溅、毛刺。

12)取出点固好的隔板组,检查尺寸及四角是否垂直,合格后,方可批量生产。应经常抽查靠模及隔板组尺寸,以及走形。

5 U型柱的组装、焊接

下翼板和内隔板组装,见图2。

1)将一块翼板①吊至组立机上,作为翼缘板进行组立。

2)以柱的端板侧为基准,划出3～5 mm为端面加工量,然后作为端面基准线。

3)以端面基准线边为基准,划出内隔板②(包括工艺隔板或支撑)的纵向、横向位置线,见图2。

4)在下翼板的安装隔板处,如有油、铁锈、水等污垢,必须清理干净。

5)再装配、点焊各隔板②及柱端封板等,封闭板三面开K形坡口,一面开单面坡口,该坡口与上翼缘板相连,坡口侧朝柱外。

6)将电渣焊孔中心纵向位置线引出至翼板边缘,做上标记A。

7)用直角拐尺检查测量,使各内隔板与下翼缘板垂直,隔板两侧的垫板均应点固并应紧贴翼板面。若间隙大于0.5 mm时,应进行手工焊补。

8)点固焊、焊接用焊条为:J506(E5016)ϕ3.2、ϕ4.0焊条。

9)以柱的端板侧为基准,将2块腹板吊至内隔板两侧,2块腹板的坡口面均朝外。

10)利用组立机定位夹具从基准端开始,将2块腹板从一端到另一端贴紧隔板衬条边缘,并用手工焊将2块腹板③、④与内隔板组的垫板、衬板点固,且要使间隙小于0.5 mm,焊条同前。

11)据下翼板上的标记A及隔板上侧电渣焊槽,将隔板的上下电渣焊孔的中心纵向位置引至2块腹板上,用角尺将线划出。

12)当隔板间距离大于3 m时,其中间两腹板间应加装工艺隔板或支撑(支撑可用ϕ88.5×4的焊接管),以防止变形。

13)翼缘板与两腹板的点固要区别对待。不要求全熔透的,可在箱体内直接点焊。要求全熔透焊接的部分,因内侧要点衬板条,故不能在内侧直接点固,应先安装衬板条后,再点固。

14)在U型柱槽内侧,要求全熔透的柱段上,2块腹板的上下侧要封短贴角点焊衬板条8 mm×30 mm ×L(L为各段衬板条的长度,应根据图纸确定),下侧要求衬板条两面分别与腹板、翼板贴紧,然后点固,间隙小于0.5 mm再间断焊接。上侧要求衬板条一面与腹板贴紧,另一面与腹板上边缘最外侧齐平(应有3～4 mm间隙),贴合面间隙小于0.5 mm。

15)上衬板条点固在该板条下部,侧翻时敲平贴紧,并间断焊接,防止偏斜。焊接50 mm,间隔50 mm且不可焊在衬板条的上部,否则会影响上翼缘板与该衬条的贴紧、搁平。上衬板条也可点固在上翼缘板上,该法要求划线正确,安装时正好紧贴两腹板内,操作者在操作时,应选用既能保证贴紧质量,又方便的方法。

16)上下衬板条也可做成所有节点整条贯通式的,共4条。这时隔板的四角均需加工成刚好能通过衬板条的矩形孔,该法应在具备隔板加工设备后,才能优质、方便的实行。

17)清除所有焊渣及飞溅等。

6 箱型梁柱的装配及电渣焊的焊接

1)仔细检查U型柱内、隔板上侧电渣焊缝处是否干净,若不干净应清理干净后,再行组装。

2)在组立机设备上,以柱封板的一端为基准,将上翼缘板⑤吊至U型柱上,并从基准端开始,向另一端均匀点固上翼缘板与两腹板的连接缝。特别在隔板处,更应压紧上翼缘板后再点固。防止缝隙过大影响电渣焊,并需注意上翼缘板各焊缝处应无油、锈、水等污垢,方可组立。上翼板安装示意图,见图3。

3)点固焊应在坡口底部,点固焊缝长20～30 mm,间隔200～300 mm,点固焊缝不可太高,不得有缺陷,宜用ϕ3.2焊条。

4)腹板板面朝上。为防止电渣焊前吊运,焊点脱开,应先对四角焊缝进行CO2气体保护焊打底。

5)全熔透的焊缝,用CO2气体保护焊打底时,应按图或保证翼缘、腹板间有4～6 mm间隙。打底应保证翼缘板、腹板、衬板条充分熔透,不得有缺陷。

6)检查两腹板面的电渣焊孔,清除所有的割渣、割弃物。检查孔内的清洁度。用火焰烘烤油、水等污垢,用圆钢使上下贯通,无任何阻碍物。

7 箱型柱主焊缝的焊接

1)考虑冬季施工,为防止焊缝产生冷裂纹缺陷,当板厚δ大于30 mm时,或环境温度低于10℃时,焊前应进行预热。

2)CO2气体保焊打底后,全熔透处焊缝低于非全熔透处焊缝。为使其焊缝高度一致,可在CO2焊打底的基础上,用单丝埋弧焊进行多层多道焊,控制层间温度不低于80℃。

3)将焊接面向上,在腹板翼缘板两端安装引熄弧板。尺寸为δ×100 mm×100 mm,δ×100 mm×200 mm,每端各2块。前2块有坡口,角度同腹板。后2块无坡口,同翼缘。材质、板厚同母材。另一面翻转后再点焊。

4)对于4条纵向主焊缝的填充,盖面焊采用埋弧焊。焊接材料为:焊丝H08Mn A,ϕ4.0～ϕ5.0,焊剂HJ431。

5)焊接应清除油、铁锈、氧化皮、水等污垢,焊剂应烘干。

6)在焊接时2台焊机同时焊接两条焊缝,水平位置焊接。焊接从一端开始,同时、同向、同规范施焊,不得中断焊接,直至另一端。如图4所示。

7)清理除净所有焊渣、毛刺、飞溅等。自检。

8 矫 正

1)箱型柱主焊缝和隔板电渣焊焊缝焊接时,虽工艺上采用了对称法,同时、同规范的焊接减小了变形,但有时仍会有上拱起、下挠及旁弯等产生。当其值超过允许误差时,则必须进行矫正。

2)矫正时可使用冷矫正法。a.在油压机上面,对柱的弯曲变形的拱部分进行机械下压,使变形少的部分伸长,从而变形得到矫正。b.此法要求油压机有足够大的功率来进行矫正。

3)对于大量的矫正,采用火焰加热法。a.火焰采用氧化焰,加热温度为550～600℃,不得太高。b.划出火焰加热的位置及范围。一般加热的位置在弯曲的凸起最大处(如隔板处),用火焰使其均匀受热,然后冷却,使变形大的地方产生收缩,从而达到矫正弯曲的目的。一处不足以矫正时,再对称的选择几处,进行矫正。

9 箱型柱的端面加工

1)进行端面铣的箱型柱,必须经过矫正。其垂直度、平整度均需符合要求。

2)以逐段有端板的一端为基准面,进行端面铣削,并将预留3～5 mm工作余量作为端面的铣削量。铣削干净,端面四周的铣削宽度应一致,并保证符合图纸要求。

10 结 语

对于多层及高层钢结构箱型梁、柱其特殊的箱型截面较传统的H型钢截面具有更高的受力特征及更复杂焊接工艺流程。箱型梁结构复杂,制作难度大,对工程加工制作技术人员而言,就要提高自身技术水平,做到工艺流程全过程控制,认真遵守程序和操作规程、贯彻技术责任制、坚持质量标准严格审查,实行层层把关确保构件质量合格,为后续的工程安装、施工打好基础。

[1] GB 50300—2001,建筑工程施工质量验收统一标准[S].

[2] GB 50205—2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[3] GB 50011—2001,建筑抗震设计规范[S].

[4] 徐向东,崔维成,冷建兴,等.箱型梁极限承载能力试验与理论研究[J].船舶力学,2000,4(5):36-43.

Manufacturing Process and Technology for Multi-tier and High-rise Steel Structure Box Beam

LIU Zeng-xi,YANG Deng
(Qingdao HICORP Group Co,Ltd,Qingdao 266400,China)

This paper introduces the manufacturing technique and production process for box beam on the basis of steel structure engineering practice of multiple-use building in a large scale glass plant of Shandong province.

box beam; manufacturing technology; welding; technical process; qualitycontrol

2014-05-18.

刘增喜(1963-),高级工程师.E-mail:hi.corp@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.029