十字柱-箱型柱轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的加工制作工藝

吳德勝

1. 節(jié)點(diǎn)形式

十字柱-箱型柱轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)是由下節(jié)十字柱過渡到上節(jié)箱型柱的轉(zhuǎn)換段，采用柱中套柱結(jié)構(gòu)，且截面為變截面，鋼柱內(nèi)部還匹配大量的T形加勁肋，外部設(shè)有環(huán)板和加勁板。

2. 鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)主要由十字柱、箱型柱、環(huán)板及加勁板等組成。外形尺寸為9 750mm×3 350mm×2 800mm，質(zhì)量高達(dá)47t多。節(jié)點(diǎn)最大鋼板厚度60mm。

鋼板材質(zhì)：十字柱及與其相連的加勁肋采用Q390B鋼材，箱型柱采用Q420GJC鋼材，其余零部件均采用Q345B鋼材；當(dāng)鋼板厚度≥40mm時(shí)，均需滿足Z15的Z向性能要求。

轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)為全焊接結(jié)構(gòu)，構(gòu)造復(fù)雜，組裝、焊接難度大。區(qū)別于一般鋼構(gòu)件，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)零件板采用了Q345B、Q390B、Q420GJC低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，鋼板最大厚度60mm，焊接時(shí)，冷裂紋傾向性大。②除T形加勁肋與箱型焊接采用角焊縫外，其余焊縫均要求全熔透一級，質(zhì)量等級要求高，對焊工提出了更高的要求。③轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)零件板數(shù)量高達(dá)170塊，故焊縫數(shù)量多，易造成焊接變形，變形后難矯正。④根據(jù)構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式及焊接工藝要求，節(jié)點(diǎn)組裝焊接時(shí)，要進(jìn)行多次翻身。⑤大量的K形接頭焊縫導(dǎo)致易出現(xiàn)層狀撕裂。

3. 制作工藝

（1）零部件加工 在下料前，對鋼板進(jìn)行矯平，以達(dá)到消除鋼板內(nèi)應(yīng)力、矯平鋼板平面度的要求。根據(jù)零件尺寸要求，同時(shí)考慮一定的焊縫收縮余量，采用數(shù)控火焰直條切割機(jī)（如十字柱的翼腹板）和數(shù)控火焰切割機(jī)（如加勁板、環(huán)板）進(jìn)行切割下料。下料后先矯正火焰切割造成的變形，再采用半自動(dòng)火焰切割機(jī)進(jìn)行坡口加工（見圖1、圖2）。

（2）構(gòu)件加工 T形鋼加工：在翼板上畫好定位基準(zhǔn)線后進(jìn)行T 形組立，定位焊采用C O2氣體保護(hù)焊，焊腳高度不得大于設(shè)計(jì)焊縫高度的2/3；定位焊縫長度為20mm，焊道間距300mm。為減少焊接變形，采取兩根T形組對的方法進(jìn)行組立焊接：將檢測合格的T形鋼吊上胎架，兩塊T形鋼腹板用工藝板連接，工藝板兩側(cè)對稱安裝；根據(jù)圖樣檢測并調(diào)整T形組對的尺寸，用千斤頂頂緊后進(jìn)行定位焊；T形鋼組對完成后，在船形胎架上進(jìn)行主焊縫焊接，采用埋弧焊，同時(shí)為控制焊接變形采取對稱施焊；焊接完成后矯正，拆除工藝板并打磨。

圖1 加勁板的坡口加工

圖2 T形鋼板的坡口加工

十字柱加工：十字柱制作工藝由一個(gè)H形鋼柱與兩個(gè)T形柱組合焊接而成。由于轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)中的十字柱截面為變截面，故先將翼腹板均為變截面的H形鋼組立好，并根據(jù)H形鋼的生產(chǎn)流水線工藝加工制作，然后再將兩個(gè)T型柱與變截面的H型鋼柱組立成十字柱，矯正后按十字型柱加工工藝組焊，并矯正至合格狀態(tài)。

L形、槽形鋼板加工及組裝：在鋼板折彎的區(qū)域畫好折彎基準(zhǔn)線，鋼板加熱采用整體加熱方式。加熱溫度900~1 000℃為宜，且溫度（鋼板內(nèi)、外）均勻，務(wù)必要防止部分區(qū)域過熱現(xiàn)象。鋼板折彎加工時(shí)的溫度嚴(yán)禁＜800℃，在鋼板溫度下降到800℃以下時(shí)嚴(yán)禁再進(jìn)行折彎加工。加熱后鋼板在油壓機(jī)上進(jìn)行逐步折彎，折彎角度90°。根據(jù)油壓機(jī)的行程量控制折彎角度大小，同時(shí)控制好進(jìn)給量、鋼板折彎的回彈量和終壓溫度（終壓溫度應(yīng)≥800℃）。折彎時(shí)可用靠模測量（靠模按內(nèi)環(huán)板外邊緣尺寸，按1:1比例制作），避免折彎過量。鋼板折彎成形后除尺寸檢驗(yàn)外，需對折彎處鋼板受拉面進(jìn)行磁粉、超聲波探傷，同時(shí)還需對加熱溫度記錄進(jìn)行檢查。

L形、槽形鋼板組裝前，先對彎弧后的鋼板進(jìn)行復(fù)核，必要時(shí)采用火焰矯正，合格后方可進(jìn)行T形肋板的裝焊（見圖3）。壁板上面的T型肋板與壁板焊縫要求雙面角焊縫，焊接時(shí)要求兩側(cè)角焊縫對稱同時(shí)施焊，焊后進(jìn)行再次檢測并矯正。

（3）節(jié)點(diǎn)組裝流程 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式及焊縫焊接質(zhì)量等工藝要求，確定節(jié)點(diǎn)組裝采用“逐步組裝、分步焊接、整體成形”的工藝方案。

圖3 L形鋼板上的T型肋板裝焊

4. 焊接技術(shù)

（1）焊接方法 十字柱-箱型柱的焊接采取CO2氣體保護(hù)焊+埋弧焊組合焊接；環(huán)板及勁板焊接采取CO2氣體保護(hù)焊。

（2）焊接順序 ①十字柱外側(cè)勁板焊接。沿柱身高度方向，按圖樣要求依次裝焊十字柱外側(cè)勁板，裝焊時(shí)先焊接勁板間對接焊縫，然后焊與十字柱連接焊縫。連接焊縫焊接時(shí)由雙數(shù)焊工兩側(cè)對稱施焊。②箱型段組裝焊接。按圖樣要求依次組裝，焊接時(shí)先焊各分段之間對接環(huán)焊縫，然后焊各段拼接縱焊縫。拼接縱焊縫焊接時(shí)，依次從第一段向第三段逐段施焊。③環(huán)板及勁板焊接。先組裝外側(cè)環(huán)板，接著組裝環(huán)板勁板。先焊環(huán)板與箱型柱壁板的環(huán)焊縫，再焊環(huán)板之間的對接焊縫。焊接加勁板時(shí)，宜采取中間向兩邊逐裝逐焊的工藝方法。

（3）焊接參數(shù) 主要焊接參數(shù)如附表所示。

（4）焊接變形控制 ①在進(jìn)行圖樣深化時(shí)，配合工藝在保證焊縫焊透的前提下，采取窄間隙焊接坡口形式。②厚板焊接時(shí)，焊前必須預(yù)熱以防止層狀撕裂；同時(shí)為防止厚板焊后產(chǎn)生角變形，首道焊縫焊接時(shí)，借用反變形措施來減小焊后的角變形量，反變形角度可為3°。其余焊縫焊接時(shí)，可加工藝支撐條，焊接完后用氣割切割，并打磨光滑。③焊接時(shí)采用合理的焊接順序，同時(shí)盡可能采用小熱輸入量，多道多層焊接方法以減少焊接變形。④焊后采用保溫棉進(jìn)行保溫或進(jìn)行消氫熱處理。

5.結(jié)語

通過對十字柱-箱型柱轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)各部分零件的拼接工藝分析，制定了“逐步組裝、分步焊接、整體成形”的工藝方法，有效解決了尺寸大、重量重的大型轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的裝焊，對于同種類型的構(gòu)件制作具有很好的借鑒作用。

主要焊接參數(shù)