如何有效控制桁車梁的現(xiàn)場加工和焊接變形

摘 要:×發(fā)電廠2×600MW超臨界機(jī)組工程，我們承擔(dān)了汽機(jī)房桁車梁100t的加工制作（1800×750×14×25×10000），為有效控制桁車梁（H型鋼梁）的加工及焊接變形，就桁車梁變形的各種影響因素進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞:控制 桁車梁 加工 焊接變形

中圖分類號：TM7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X(2012)07(b)-0099-02

在×發(fā)電廠2×600MW超臨界機(jī)組工程中，我們承擔(dān)了汽機(jī)房桁車梁100t的加工制作，見圖1（材質(zhì)為Q235B，1800×750×14×25×10000），下料采用CG1-30型半自動(dòng)切割機(jī)和等離子切割，焊接采用埋弧焊接、CO2氣體保護(hù)焊接和手工電弧焊接相結(jié)合的焊接工藝，主要焊縫采用埋弧焊接，加固筋采用CO2氣體保護(hù)焊和手工電弧焊。桁車梁在制作過程中，下料采用火焰切割產(chǎn)生的變形和焊接產(chǎn)生的變形，嚴(yán)重影響著工程的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)承載力(桁車梁是按兩臺A3級別吊車起重量為80t/20t的載荷設(shè)計(jì)的)。質(zhì)量要求：桁車梁的下翼緣焊縫等級為一級，其它焊縫為二級。翼緣對腹板的垂直度≤b/100，且≤2.0mm；梁連接處的腹板中心線偏移≤2.0mm；梁的直線度水平面上任意兩米范圍內(nèi)≤±1mm、垂直面上任意兩米范圍內(nèi)≤±2mm。由于是現(xiàn)場加工制作，受各方條件制約，現(xiàn)場沒有工廠化制作的校正設(shè)備，如校正鋼板用平板機(jī)和H型鋼矯正機(jī)，為有效控制桁車梁的制作和焊接產(chǎn)生的變形，預(yù)防和校正變形成為施工中的關(guān)鍵問題。采用合理的施工工藝和校正方法成為是否能控制好桁車梁工藝質(zhì)量的關(guān)鍵問題。

1 影響桁車梁變形的工藝分析

1.1 鋼板加工過程中產(chǎn)生的變形，主要有三點(diǎn)

一是鋼材在軋制過程中軋輥沿其長度方向受熱不均勻，軋輥設(shè)備調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛟斐射摪遄陨須堄鄳?yīng)力引起的變形；二是運(yùn)輸和存放不當(dāng)產(chǎn)生的變形；三是翼緣板、腹板在下料過程中產(chǎn)生縱向收縮變形。鋼板在找方劃線后，半自動(dòng)切割機(jī)沿切割線方向進(jìn)行切割，由于鋼板在切割過程中受熱不均勻，導(dǎo)致受熱端縮短和彎曲變形。經(jīng)現(xiàn)場測試，10m長的翼緣板在單邊下料后，最多能產(chǎn)生30mm的變形（見圖2）。四是因桁車梁長度較大，組合裝配不當(dāng)易產(chǎn)生扭曲變形。

1.2 焊接過程中產(chǎn)生的變形主要有以下幾個(gè)原因

一是焊縫截面積的影響，焊縫面積越大，冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大，焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的，而且是起主要的影響。因此，在板厚相同時(shí)，坡口尺寸越大，收縮變形越大。在焊接桁車梁腹板與翼板之間的T型焊縫厚度hf=8mm、焊腳高度k11mm時(shí)產(chǎn)生的變形，是桁車梁制作過程中最大的變形量，也是主要控制的對象；二是焊接方法的影響：由于采用焊接方法的不同，生產(chǎn)效率、焊縫質(zhì)量差別很大，以手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊相比：由于埋弧焊能使用大電流，焊縫的熔深增加、較厚的焊縫不開坡口也能焊透，電弧熱量集中利用率高，加快了焊接速度，構(gòu)件不開坡口減少了打破口所用的時(shí)間，同時(shí)，減小由于焊縫截面積大產(chǎn)生的變形量。焊縫質(zhì)量好，由于焊劑對電弧有可靠保護(hù)，防止了空氣的侵入，焊縫的化學(xué)成分和性能較均勻，焊縫表面成形好，消除了手工電弧焊中更換焊條容易引發(fā)的缺陷。焊件變形小；埋弧焊的熱能集中，焊接速度快，則焊縫熱影響區(qū)小，焊件的變形也??；三是焊接順序的影響：由于焊縫的長度、位置、部位及要求不同，按不同的焊接順序焊接，產(chǎn)生的變形量也各不相同。在桁車梁焊接過程中，加固筋和堵板的焊接顯得尤其重要，鋼梁加固筋和堵板在焊接過程中，焊件局部區(qū)域加熱后又冷卻凝固的熱過程，由于不均勻溫度場，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形，此種焊接變形主要有五種：縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形。綜合以上因素，制定合理的焊接順序和工藝是保證桁車梁工藝的主要手段。

2 對因加工制作過程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制

鋼板加工制作過程變形控制措施：一是對鋼板在軋制及運(yùn)輸存放過程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制，對產(chǎn)生扭曲變形的鋼板利用現(xiàn)場的三輥卷板機(jī)進(jìn)行校正，通過對鋼板正反多次滾壓校平鋼板；二是對鋼板的局部變形用平錘在平臺上進(jìn)行錘擊校正或利用千斤頂在平臺上校正；三是對翼緣板、腹板在下料過程中產(chǎn)生縱向收縮變形進(jìn)行控制，鋼板在找方劃線后，用兩臺半自動(dòng)切割機(jī)沿切割線方向同速行走進(jìn)行切割，鋼板在切割過程中兩邊同時(shí)受熱、冷卻，產(chǎn)生的變形相對較小，通過以上方法基本解決了鋼板單向變形大的問題。四是制作組合胎具和焊接支架來保證桁車梁焊接、裝配產(chǎn)生的扭曲變形。因桁車梁較長，在組合前我們對腹板和翼板的平整度進(jìn)行了校正，使其直線度控制在≤L/1000mm，鋼板局部不平整度控制在≤1.5mm之內(nèi)，腹面板和翼板之間的裝配間隙、對中位置等方法提高組裝、裝配精度，最大程度上減小桁車梁的扭曲變形。

3 對因焊接過程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制

3.1 焊接方法的先擇及角變形的控制

通過對焊接變形的分析和試驗(yàn)，桁車梁的T型焊縫采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接時(shí)，桁車梁腹板不開坡口焊接可滿足圖紙要求，減少腹板開坡口所投工時(shí)及減少開坡口熱加工產(chǎn)生的變形。在焊前試驗(yàn)中，我們制作了焊接專用胎架，確保焊縫為船形焊縫，自動(dòng)埋弧焊焊完后鋼梁產(chǎn)生的角變形量在4mm左右，且焊縫焊偏在翼板上，焊縫外觀質(zhì)量達(dá)不到工藝要求。為了解決焊接變形，我們采用焊前加裝反變形夾具的方法控制焊接角變形。埋弧焊接采用Φ4.0H08A焊絲，HJ431焊劑（使用前對焊劑進(jìn)行250°～300°恒溫烘干2～3h，干燥、無雜質(zhì)）。在焊接前桁車梁翼緣板加裝反變形夾具。焊接前將焊縫內(nèi)外壁25mm范圍內(nèi)的油、漆、銹清理干凈，焊縫間隙比較大時(shí)用手工電弧焊進(jìn)行打底，在焊接前將桁車梁傾斜45°左右，焊船形縫，通過以上措施從根本上解決了桁車梁角變形和焊縫焊偏這一問題。

3.2 采用合理的焊接順序，減少加筋板產(chǎn)生的焊接變形

采取合理的焊接順序：在焊縫較多的組裝條件下，根據(jù)桁車梁形狀和焊縫的布置，采取先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫，先焊膨脹較大而不能自由收縮的焊縫，后焊膨脹較小而能自由收縮的焊縫，先焊靠近重心線處的焊縫，后焊重心線遠(yuǎn)的焊縫原則。桁車梁結(jié)構(gòu)中有六組加固筋，為了防止產(chǎn)生較大的變形，我們采用兩組四個(gè)焊工在桁車梁兩側(cè)對稱、分段、間斷跳焊，所有焊縫均不一次成型，通過以上措施有效地減少了焊接變形。

3.3 對端板焊接變形的校正

由于端板焊接的位置不宜埋弧自動(dòng)焊接，且端板（δ=25mm）是單面焊接，焊腳高度k=12。我們采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接時(shí)采用對稱、多層多道焊接，由于CO2氣體保護(hù)焊接變形小，事前沒有采取反變形措施，焊后產(chǎn)生了的角變形也不大，變形量在2mm，后我們運(yùn)用大規(guī)格烤把，在焊縫中心處左右20mm處進(jìn)行三角形火焰校正，溫度在600～800℃之間，解決了端板焊接變形的問題。

4 對因焊接應(yīng)力的控制

由于在制作時(shí)為控制焊接變形，使用了反變形的夾具，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)增大了焊后的殘余應(yīng)力。在焊接過程中要求焊工用錘擊法減小焊接殘余應(yīng)力，即在在每層焊道焊完后立即用圓頭敲渣小錘均勻敲擊焊縫金屬，使其產(chǎn)生塑性延伸變形，并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應(yīng)力。另外，桁車梁焊接完后采用噴砂除銹，通過石英砂均勻敲打來抵消構(gòu)件的焊接應(yīng)力。

5 結(jié)語

通過對汽機(jī)房大型桁車梁的加工焊接采取的一系列措施，保證了桁車梁的整體質(zhì)量，工藝要求、焊接要求都達(dá)到了規(guī)范要求，由于現(xiàn)場制作減少了二次搬運(yùn)，同時(shí)施工進(jìn)度便于保證，對安裝汽機(jī)房行車奠定了基礎(chǔ)，且采取反變形夾具能保證桁車梁軌道的直線度和平整度。在車間加工的桁車梁，采用了H型鋼翼緣矯正機(jī)，但是矯正輪只能讓開腹板中心左右20mm（矯正機(jī)型號不一樣，中心距不一樣），桁車梁中間凹，翼緣板兩邊平齊。行車軌道安裝時(shí)放不平，還得進(jìn)行加墊調(diào)整，對行車長期穩(wěn)定行走有一定的影響。采用反變形夾具矯正的鋼梁，翼緣板上平面水平度能保證，確保行車平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

[1]×發(fā)電廠2×600MW超臨界機(jī)組工程汽機(jī)房桁車梁圖紙.

[2]鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50 205-2001）.