多層與高層鋼結(jié)構(gòu)箱型梁制造工藝

劉增喜,楊 登

(青島環(huán)球集團(tuán)股份有限公司,青島 266400)

多層與高層鋼結(jié)構(gòu)箱型梁制造工藝

劉增喜,楊 登

(青島環(huán)球集團(tuán)股份有限公司,青島 266400)

該文以山東某大型玻璃廠綜合樓鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐為基礎(chǔ),介紹了箱型梁的制造工藝與生產(chǎn)過(guò)程。

箱型梁; 制造技術(shù); 焊接; 工藝流程; 質(zhì)量控制

該大型玻璃廠綜合樓鋼結(jié)構(gòu)工程制造中采用了大量的箱型梁結(jié)構(gòu)。由于該工程構(gòu)件的體積大、單件重、質(zhì)量要求高、工期緊,故針對(duì)構(gòu)件的組成特點(diǎn)從材料采購(gòu)、下料、焊接工藝控制入手,在產(chǎn)品的制造過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行工藝及相關(guān)規(guī)范要求,加大質(zhì)量保證措施的控制和執(zhí)行,從而使該產(chǎn)品的制造工作順利進(jìn)行。

1 鋼材的選用

1)制造所用的主材,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件的要求,并有合格的質(zhì)量證明書。各元素化學(xué)成分均應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),特別是S、P含量越低越好。

2)在采購(gòu)時(shí),選用質(zhì)量信譽(yù)好的大鋼廠的產(chǎn)品,以確保鋼材的可靠性。

3)所用鋼柱材以定長(zhǎng)、定寬訂貨,其寬度方向滿足下3-4塊料,兩側(cè)共有20 mm余量即可。長(zhǎng)度方向一般以不拼接為宜,且不得有過(guò)多的余料,該公司規(guī)定為50 mm,以免浪費(fèi)。

4)鋼材的質(zhì)量必須符合要求,不得有夾層、裂紋、非金屬夾雜,不得有氣孔、結(jié)疤、折疊缺陷。銹蝕嚴(yán)重的鋼材不得使用。

5)為防止鋼材層狀撕裂,厚板宜采用Z向性能的鋼板,廠家應(yīng)提供Z向質(zhì)量證明書。

6)襯板板條應(yīng)選用與主材相同的材質(zhì)。

2 焊接材料的選用

1)該工程采用的所有焊材:焊絲、焊劑、焊條等必須與所焊的母材材質(zhì)相匹配,以等強(qiáng)性為原則,質(zhì)量應(yīng)符合各相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求,采購(gòu)時(shí)廠方提供產(chǎn)品質(zhì)量質(zhì)保單。

2)焊材:(1)埋弧焊自動(dòng)焊用焊絲:H08Mn A,?4～?5焊絲,配HJ431焊接劑。(2)隔板絲極焊電渣焊: ER50-6,?1.6配HJ431焊接劑。

3)所有焊絲應(yīng)使用鎮(zhèn)靜鋼,不得采用沸騰鋼(低Si焊絲)以免因脫氧不足,造成焊縫出現(xiàn)氣孔。

4)所使用的焊絲粗細(xì)一致,焊絲不得生銹。焊絲鍍銅層不得出現(xiàn)脫落。

5)焊條使用前必須烘干:堿性質(zhì)焊條:380～400℃,烘干2 h。隨后轉(zhuǎn)入100℃左右低溫烘箱,隨用隨取。

6)熔煉焊劑要求:HJ431,250℃,烘干2 h后冷卻用。

3 箱型柱板的下料加工工藝

1)采用定長(zhǎng)進(jìn)料,上箱型柱的翼緣板、腹板不拼接。

2)尺度超長(zhǎng)或不得已時(shí),凡長(zhǎng)度要拼接的翼腹板料,必須先埋弧自動(dòng)焊拼接,并經(jīng)無(wú)損探傷合格,矯平拼接縫后,方可下料。

3)鋼板拼焊接加工坡口形式,見(jiàn)圖1。a.拼焊接時(shí),焊縫避開柱節(jié)點(diǎn)位置,宜在節(jié)點(diǎn)區(qū)域隔板上下500 mm以外。b.翼腹板拼接縫必須互相錯(cuò)開200 mm以上。c.全部拼接焊縫為一級(jí)焊縫,并應(yīng)100%探傷,超聲探(UT)I級(jí)合格。

4)每張板材的排版,若下4塊板時(shí),盡量中間兩塊為翼緣板,兩側(cè)各1塊腹板,兩側(cè)最外邊應(yīng)保證各10 mm以上的割去量。

5)柱翼腹板的下料,采用數(shù)控直條切割機(jī)切割。每一直條的兩邊,必須同時(shí)切割,且一次切好,以避免造成彎曲和切割缺口等。

6)切割時(shí)除保證幾何尺寸外還應(yīng)保證切割的垂直度,不得有缺菱和崩坑。

7)每塊翼腹板長(zhǎng)度,應(yīng)酌放余量(包括加工余量,焊縫收縮余量等),現(xiàn)規(guī)定為50 mm。

4 隔板、墊板、襯板板條的組焊

1)保證隔板組四角為90°,且長(zhǎng)度尺寸保證一致,使用靠模裝配。隔板、墊板、襯板條的裝配應(yīng)在靠模機(jī)上進(jìn)行。

2)靠模兩直角邊為固定邊側(cè),另兩直角邊為活動(dòng)側(cè),根據(jù)隔板尺寸的不同及取出方便,可調(diào)節(jié)活動(dòng)側(cè)。

3)隔板、墊板、陳條板組焊前,必須將油污、鐵銹氧化皮、水等清理干凈,方可開始組焊。

4)將電渣焊墊板兩塊放入靠模內(nèi)側(cè),且將平直面,即加工面朝外側(cè),緊靠靠模的邊緣。

5)將隔板放在其上,使隔板位于框內(nèi)中心,坡口面朝下。為定位方便,上下左右應(yīng)各制作2塊相同的活動(dòng)定位塊,使其緊貼靠模的邊緣。左右墊板活動(dòng)定位塊寬度為電渣焊的長(zhǎng)度(即20 mm或25 mm)。上下襯板的活動(dòng)定位塊的寬度為腹板間的間隙寬(5～6 mm)。

6)夾緊模具,當(dāng)四角都有出氣孔時(shí),可在其內(nèi)隔板的下面將兩墊板點(diǎn)焊在一起,無(wú)孔時(shí)則暫不焊。

7)將另兩塊墊板放于隔板上面兩側(cè),2塊襯板條放于隔板上下端兩墊板之間。其平直面,即加工面均朝外側(cè),緊靠模邊緣。

8)夾緊模具,將隔板上的2塊墊板、2塊襯板條與隔板分段點(diǎn)固、焊接。(每段30 mm,3段),板間應(yīng)該緊貼、平整,間隙要小于0.5 mm。

9)翻轉(zhuǎn)180°,將隔板下面的2塊墊板重新放置于隔板上面,進(jìn)行分段點(diǎn)固、焊接,保證板間間隙小于0.5 mm。間隙大于0.5 mm,必須進(jìn)行焊補(bǔ)。

10)點(diǎn)固焊及焊接用焊條應(yīng)與母材相匹配。具體要求:J506(E5016),?3.2、?4.0焊條。

11)清理并除凈焊渣、飛濺、毛刺。

12)取出點(diǎn)固好的隔板組,檢查尺寸及四角是否垂直,合格后,方可批量生產(chǎn)。應(yīng)經(jīng)常抽查靠模及隔板組尺寸,以及走形。

5 U型柱的組裝、焊接

下翼板和內(nèi)隔板組裝,見(jiàn)圖2。

1)將一塊翼板①吊至組立機(jī)上,作為翼緣板進(jìn)行組立。

2)以柱的端板側(cè)為基準(zhǔn),劃出3～5 mm為端面加工量,然后作為端面基準(zhǔn)線。

3)以端面基準(zhǔn)線邊為基準(zhǔn),劃出內(nèi)隔板②(包括工藝隔板或支撐)的縱向、橫向位置線,見(jiàn)圖2。

4)在下翼板的安裝隔板處,如有油、鐵銹、水等污垢,必須清理干凈。

5)再裝配、點(diǎn)焊各隔板②及柱端封板等,封閉板三面開K形坡口,一面開單面坡口,該坡口與上翼緣板相連,坡口側(cè)朝柱外。

6)將電渣焊孔中心縱向位置線引出至翼板邊緣,做上標(biāo)記A。

7)用直角拐尺檢查測(cè)量,使各內(nèi)隔板與下翼緣板垂直,隔板兩側(cè)的墊板均應(yīng)點(diǎn)固并應(yīng)緊貼翼板面。若間隙大于0.5 mm時(shí),應(yīng)進(jìn)行手工焊補(bǔ)。

8)點(diǎn)固焊、焊接用焊條為:J506(E5016)?3.2、?4.0焊條。

9)以柱的端板側(cè)為基準(zhǔn),將2塊腹板吊至內(nèi)隔板兩側(cè),2塊腹板的坡口面均朝外。

10)利用組立機(jī)定位夾具從基準(zhǔn)端開始,將2塊腹板從一端到另一端貼緊隔板襯條邊緣,并用手工焊將2塊腹板③、④與內(nèi)隔板組的墊板、襯板點(diǎn)固,且要使間隙小于0.5 mm,焊條同前。

11)據(jù)下翼板上的標(biāo)記A及隔板上側(cè)電渣焊槽,將隔板的上下電渣焊孔的中心縱向位置引至2塊腹板上,用角尺將線劃出。

12)當(dāng)隔板間距離大于3 m時(shí),其中間兩腹板間應(yīng)加裝工藝隔板或支撐(支撐可用?88.5×4的焊接管),以防止變形。

13)翼緣板與兩腹板的點(diǎn)固要區(qū)別對(duì)待。不要求全熔透的,可在箱體內(nèi)直接點(diǎn)焊。要求全熔透焊接的部分,因內(nèi)側(cè)要點(diǎn)襯板條,故不能在內(nèi)側(cè)直接點(diǎn)固,應(yīng)先安裝襯板條后,再點(diǎn)固。

14)在U型柱槽內(nèi)側(cè),要求全熔透的柱段上,2塊腹板的上下側(cè)要封短貼角點(diǎn)焊襯板條8 mm×30 mm ×L(L為各段襯板條的長(zhǎng)度,應(yīng)根據(jù)圖紙確定),下側(cè)要求襯板條兩面分別與腹板、翼板貼緊,然后點(diǎn)固,間隙小于0.5 mm再間斷焊接。上側(cè)要求襯板條一面與腹板貼緊,另一面與腹板上邊緣最外側(cè)齊平(應(yīng)有3～4 mm間隙),貼合面間隙小于0.5 mm。

15)上襯板條點(diǎn)固在該板條下部,側(cè)翻時(shí)敲平貼緊,并間斷焊接,防止偏斜。焊接50 mm,間隔50 mm且不可焊在襯板條的上部,否則會(huì)影響上翼緣板與該襯條的貼緊、擱平。上襯板條也可點(diǎn)固在上翼緣板上,該法要求劃線正確,安裝時(shí)正好緊貼兩腹板內(nèi),操作者在操作時(shí),應(yīng)選用既能保證貼緊質(zhì)量,又方便的方法。

16)上下襯板條也可做成所有節(jié)點(diǎn)整條貫通式的,共4條。這時(shí)隔板的四角均需加工成剛好能通過(guò)襯板條的矩形孔,該法應(yīng)在具備隔板加工設(shè)備后,才能優(yōu)質(zhì)、方便的實(shí)行。

17)清除所有焊渣及飛濺等。

6 箱型梁柱的裝配及電渣焊的焊接

1)仔細(xì)檢查U型柱內(nèi)、隔板上側(cè)電渣焊縫處是否干凈,若不干凈應(yīng)清理干凈后,再行組裝。

2)在組立機(jī)設(shè)備上,以柱封板的一端為基準(zhǔn),將上翼緣板⑤吊至U型柱上,并從基準(zhǔn)端開始,向另一端均勻點(diǎn)固上翼緣板與兩腹板的連接縫。特別在隔板處,更應(yīng)壓緊上翼緣板后再點(diǎn)固。防止縫隙過(guò)大影響電渣焊,并需注意上翼緣板各焊縫處應(yīng)無(wú)油、銹、水等污垢,方可組立。上翼板安裝示意圖,見(jiàn)圖3。

3)點(diǎn)固焊應(yīng)在坡口底部,點(diǎn)固焊縫長(zhǎng)20～30 mm,間隔200～300 mm,點(diǎn)固焊縫不可太高,不得有缺陷,宜用?3.2焊條。

4)腹板板面朝上。為防止電渣焊前吊運(yùn),焊點(diǎn)脫開,應(yīng)先對(duì)四角焊縫進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊打底。

5)全熔透的焊縫,用CO2氣體保護(hù)焊打底時(shí),應(yīng)按圖或保證翼緣、腹板間有4～6 mm間隙。打底應(yīng)保證翼緣板、腹板、襯板條充分熔透,不得有缺陷。

6)檢查兩腹板面的電渣焊孔,清除所有的割渣、割棄物。檢查孔內(nèi)的清潔度。用火焰烘烤油、水等污垢,用圓鋼使上下貫通,無(wú)任何阻礙物。

7 箱型柱主焊縫的焊接

1)考慮冬季施工,為防止焊縫產(chǎn)生冷裂紋缺陷,當(dāng)板厚δ大于30 mm時(shí),或環(huán)境溫度低于10℃時(shí),焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。

2)CO2氣體保焊打底后,全熔透處焊縫低于非全熔透處焊縫。為使其焊縫高度一致,可在CO2焊打底的基礎(chǔ)上,用單絲埋弧焊進(jìn)行多層多道焊,控制層間溫度不低于80℃。

3)將焊接面向上,在腹板翼緣板兩端安裝引熄弧板。尺寸為δ×100 mm×100 mm,δ×100 mm×200 mm,每端各2塊。前2塊有坡口,角度同腹板。后2塊無(wú)坡口,同翼緣。材質(zhì)、板厚同母材。另一面翻轉(zhuǎn)后再點(diǎn)焊。

4)對(duì)于4條縱向主焊縫的填充,蓋面焊采用埋弧焊。焊接材料為:焊絲H08Mn A,?4.0～?5.0,焊劑HJ431。

5)焊接應(yīng)清除油、鐵銹、氧化皮、水等污垢,焊劑應(yīng)烘干。

6)在焊接時(shí)2臺(tái)焊機(jī)同時(shí)焊接兩條焊縫,水平位置焊接。焊接從一端開始,同時(shí)、同向、同規(guī)范施焊,不得中斷焊接,直至另一端。如圖4所示。

7)清理除凈所有焊渣、毛刺、飛濺等。自檢。

8 矯 正

1)箱型柱主焊縫和隔板電渣焊焊縫焊接時(shí),雖工藝上采用了對(duì)稱法,同時(shí)、同規(guī)范的焊接減小了變形,但有時(shí)仍會(huì)有上拱起、下?lián)霞芭詮澋犬a(chǎn)生。當(dāng)其值超過(guò)允許誤差時(shí),則必須進(jìn)行矯正。

2)矯正時(shí)可使用冷矯正法。a.在油壓機(jī)上面,對(duì)柱的彎曲變形的拱部分進(jìn)行機(jī)械下壓,使變形少的部分伸長(zhǎng),從而變形得到矯正。b.此法要求油壓機(jī)有足夠大的功率來(lái)進(jìn)行矯正。

3)對(duì)于大量的矯正,采用火焰加熱法。a.火焰采用氧化焰,加熱溫度為550～600℃,不得太高。b.劃出火焰加熱的位置及范圍。一般加熱的位置在彎曲的凸起最大處(如隔板處),用火焰使其均勻受熱,然后冷卻,使變形大的地方產(chǎn)生收縮,從而達(dá)到矯正彎曲的目的。一處不足以矯正時(shí),再對(duì)稱的選擇幾處,進(jìn)行矯正。

9 箱型柱的端面加工

1)進(jìn)行端面銑的箱型柱,必須經(jīng)過(guò)矯正。其垂直度、平整度均需符合要求。

2)以逐段有端板的一端為基準(zhǔn)面,進(jìn)行端面銑削,并將預(yù)留3～5 mm工作余量作為端面的銑削量。銑削干凈,端面四周的銑削寬度應(yīng)一致,并保證符合圖紙要求。

10 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于多層及高層鋼結(jié)構(gòu)箱型梁、柱其特殊的箱型截面較傳統(tǒng)的H型鋼截面具有更高的受力特征及更復(fù)雜焊接工藝流程。箱型梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制作難度大,對(duì)工程加工制作技術(shù)人員而言,就要提高自身技術(shù)水平,做到工藝流程全過(guò)程控制,認(rèn)真遵守程序和操作規(guī)程、貫徹技術(shù)責(zé)任制、堅(jiān)持質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格審查,實(shí)行層層把關(guān)確保構(gòu)件質(zhì)量合格,為后續(xù)的工程安裝、施工打好基礎(chǔ)。

[1] GB 50300—2001,建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50205—2001,鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] GB 50011—2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 徐向東,崔維成,冷建興,等.箱型梁極限承載能力試驗(yàn)與理論研究[J].船舶力學(xué),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.

劉增喜(1963-),高級(jí)工程師.E-mail:hi.corp@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.029