大批量蜂窩梁高效制作工藝及改進(jìn)

劉力忠， 植達(dá)城

（廣東韶鋼工程技術(shù)有限公司， 廣東 韶關(guān) 512123）

鋼結(jié)構(gòu)蜂窩梁是由軋制H型鋼或焊接H型鋼沿一定的折線切割后，按結(jié)構(gòu)要求重新組拼并焊接成形的蜂窩狀結(jié)構(gòu)形式鋼梁。在現(xiàn)代工業(yè)廠房建設(shè)中，屋面檁條采用鋼結(jié)構(gòu)蜂窩梁（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“蜂窩梁”），這是因?yàn)榉涓C梁具有剛度好、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)美觀、合理、力學(xué)性能好的特點(diǎn)，而且具有節(jié)約鋼材、縮減工程成本的優(yōu)越性?，F(xiàn)已經(jīng)大量運(yùn)用，尤其在大跨度工業(yè)廠房及公共設(shè)施中應(yīng)用廣泛。

韶鋼高線工程屋面檁條就全部采用蜂窩梁結(jié)構(gòu)，本工程主廠房共分三跨，其中最大跨度為33 m，其余跨度分別為24 m和18 m。整個(gè)主廠房屋面檁條共756條，其中蜂窩梁檁條共626條，長(zhǎng)度有12 750 mm、12 000 mm和6 750 mm三種規(guī)格，截面尺寸為H450 mm×150 mm×6.5 mm×9 mm。蜂窩梁示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 蜂窩梁的上料、切割

韶鋼高線工程蜂窩梁檁條由于數(shù)量巨大，工程建設(shè)具有工期緊、鋼結(jié)構(gòu)制作任務(wù)重、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)制作工藝無(wú)法滿足工期要求，所以必須采用新的制作工藝和方法。根據(jù)蜂窩梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從蜂窩梁上料、切割、旁彎控制、組拼方法、焊接變形控制等方面，對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了提高工效的改進(jìn)。

1 蜂窩梁的上料、切割

1.1 H型鋼的上料

蜂窩梁制作的第一道工序是H型鋼的切割。由于需切割H型鋼多達(dá)600多條，且為了充分發(fā)揮改進(jìn)后數(shù)控切割機(jī)多嘴頭同步切割技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高工作效率，故H型鋼上料采用“多條并列擺放法”。

“多條并列擺放法”上料具體做法為：上料前，根據(jù)H型鋼長(zhǎng)短，在切割臺(tái)平行和垂直主機(jī)架的方向上分別組對(duì)焊接好限位擋板及擋鐵；上料時(shí)，若干H型鋼以限位擋板及擋鐵為界，緊靠限位擋板及擋鐵，確保每條H型鋼與數(shù)控切割機(jī)主機(jī)架垂直，而且并列的H型鋼之間緊密靠攏，每條H型鋼均與數(shù)控切割機(jī)主機(jī)架垂直。同時(shí)標(biāo)明切割起點(diǎn)及切割線，使切割時(shí)各個(gè)嘴頭均能沿每條H型鋼的確定折線切割，實(shí)現(xiàn)同步切割。數(shù)控切割臺(tái)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)控切割臺(tái)示意圖

1.2 H型鋼的切割

本工程選用改進(jìn)后的數(shù)控/多條直頭切割機(jī)，采用“多個(gè)割嘴同步切割技術(shù)”，一次可同時(shí)切割四條以上，切割時(shí)根據(jù)需要隨意選擇預(yù)留切割點(diǎn)，大大提高了切割效率。

應(yīng)用“多個(gè)割嘴同步切割技術(shù)”，其切割具體做法如下：

切割前，調(diào)整所有的切割嘴頭與主機(jī)架側(cè)面平行并與腹板平面垂直，且確保所有切割嘴頭在一個(gè)平面內(nèi)；其次調(diào)整切割嘴頭與被切割H型鋼腹板的距離，標(biāo)明切割起點(diǎn)；最后調(diào)出程序進(jìn)行空行檢驗(yàn)割嘴走位情況，并測(cè)量每個(gè)割嘴在H型鋼腹板上位置，誤差控制在1 mm內(nèi)。

切割時(shí)，打開(kāi)乙炔氣按鈕，點(diǎn)燃乙炔氣，然后打開(kāi)預(yù)熱氧，最后打開(kāi)切割氧進(jìn)行切割，即可將H型鋼切割出完整的蜂窩形折線。切割時(shí)幾個(gè)切割嘴頭按照程序指令進(jìn)行同步切割。切割情況見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)控同步切割圖

切割程序以連續(xù)4條折線為1個(gè)周期程序，然后1個(gè)周期程序循環(huán)調(diào)用n次，即可完成切割程序，程序清單：

N0 G92 X0 Y0

N10 G91 G01 X150

N20 G01 X75 Y150

N30 G01 X200

N40 G01 X75 Y-150

N50 G25 N0.40n

N60 M30

1.3 切割旁彎控制

在蜂窩梁切割過(guò)程中，由于H型鋼截面局部受熱，如果不采取措施，極易形成大幅度旁彎，影響到蜂窩梁組拼。

根據(jù)變形原理及特點(diǎn)，采取具體措施：根據(jù)H型鋼的長(zhǎng)度，選擇預(yù)留切割點(diǎn)和H型鋼固定點(diǎn)的個(gè)數(shù)。為了確保切割的精度和變形，一般情況下，H型鋼上料時(shí)，要保證H型鋼之間緊密靠攏，確保每條H型鋼均與數(shù)控切割機(jī)主機(jī)架垂直，同時(shí)H型鋼固定點(diǎn)要對(duì)稱(chēng)，且固定點(diǎn)的個(gè)數(shù)要盡可能的多；H型鋼切割時(shí)，除兩端頭預(yù)留點(diǎn)外，H型鋼中間段通常選用1.5 m左右一個(gè)預(yù)留點(diǎn)，預(yù)留點(diǎn)的位置選擇在H型鋼兩個(gè)固定點(diǎn)之間，等整組切割完后，再切割下一組，直至整批切割完畢。

2 蜂窩梁組拼

2.1 常用規(guī)格蜂窩梁的組拼

常用規(guī)格的蜂窩梁通常采用的掉頭組拼或平移錯(cuò)位組拼兩種方法，這兩種組拼方法都有自己的不足。掉頭組拼法，容易使H型鋼沿X軸線切割誤差變?yōu)樵瓉?lái)的2倍以上，造成蜂窩結(jié)構(gòu)填板時(shí)誤差太大，處理難，影響蜂窩結(jié)構(gòu)的制作美觀；平移錯(cuò)位組拼法，由于沿X軸線平移量較少，因此誤差量相對(duì)減少，但是要將錯(cuò)位多余部分切除，浪費(fèi)鋼材，增加工程成本。

根據(jù)上述兩種組拼方法存在的問(wèn)題，在進(jìn)行組拼時(shí)采用“兩條相對(duì)組拼法”，組拼時(shí)采用兩條相應(yīng)切割部分按照切割順序相對(duì)拼接成型，即每條H型鋼的第一部分相互組拼，第二部分再相對(duì)組拼，詳見(jiàn)圖4。

圖4 H型鋼組對(duì)工藝示意圖

這種組拼方法的優(yōu)點(diǎn)是：組拼誤差減少到最小，組拼質(zhì)量大幅提高，另外避免了材料浪費(fèi)，降低了工程成本。

2.2 特殊規(guī)格蜂窩梁組拼

常見(jiàn)特殊長(zhǎng)度規(guī)格的蜂窩梁，多是長(zhǎng)度大于6 m或大于12 m的，由于通常市場(chǎng)上供貨的H型鋼長(zhǎng)度為12 m一條，對(duì)于這種長(zhǎng)度不是6 m的或12 m的蜂窩梁，在制作時(shí)，除保證成型的蜂窩梁力學(xué)性能外，還要盡量避免在支撐點(diǎn)處設(shè)置焊縫。

經(jīng)研究及試驗(yàn)表明，可采用“錯(cuò)位補(bǔ)料成型法”來(lái)制作特殊長(zhǎng)度的蜂窩梁。具體做法是：先按照常用規(guī)格12 m組拼，再根據(jù)特殊長(zhǎng)度規(guī)格蜂窩梁的具體長(zhǎng)度，來(lái)確定切割分離的具體位置，確保分離點(diǎn)遠(yuǎn)離支撐點(diǎn)，等切割分離完成后，最后填補(bǔ)分離后各自所缺少部分。

現(xiàn)以6 750 mm長(zhǎng)度蜂窩梁為例，具體介紹這種長(zhǎng)度蜂窩梁的組拼工藝，參見(jiàn)下頁(yè)圖5。

這種組拼方法的優(yōu)點(diǎn)：不僅組拼誤差最小、組拼質(zhì)量高，而且成型后的蜂窩梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能好。完全符合6 m柱距山墻處蜂窩梁檁條的結(jié)構(gòu)要求。

3 蜂窩梁的焊接

3.1 焊接變形分析

H型鋼制作的蜂窩梁，由于其腹板相對(duì)較薄，焊接時(shí)易產(chǎn)生局部應(yīng)力過(guò)大，造成截面變形，降低蜂窩梁的剛度，容易導(dǎo)致失穩(wěn)。加之蜂窩梁長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，雖然其腹板均布六邊形孔消除部分應(yīng)力，但其焊接時(shí)蜂窩梁處于自由狀態(tài)，如果存在組裝質(zhì)量不好、組裝胎具不合理、焊接順序不正確、焊接參數(shù)變化較大等問(wèn)題，則焊后易產(chǎn)生截面變形和扭曲變形，給矯正帶來(lái)很大難度。

圖5 蜂窩梁優(yōu)化組裝示意圖（mm）

3.2 焊接變形控制

蜂窩梁焊接成型過(guò)程中，對(duì)于存在截面變形和扭曲變形的情況，焊接前，組裝好所有的筋板、端頭封板等，減小和消除焊接后出現(xiàn)的截面變形。同時(shí)要求在焊接胎具上直接焊接，確保焊接后截面尺寸。做胎具時(shí)，利用臨時(shí)擋鐵、楔鐵及卡具等來(lái)固定組對(duì)成形的蜂窩梁，固定點(diǎn)數(shù)量要盡可能的多，分布均勻。確保蜂窩梁截面變形在允許的范圍內(nèi)。施焊時(shí)，嚴(yán)格按照均勻?qū)Τ毯阜ǎ畲笙薅鹊南龖?yīng)力，確保成品外觀質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

韶鋼高線工程蜂窩梁制作中，H型鋼的切割采用“多條并列上料方法”和“多嘴頭同步切割技術(shù)”，蜂窩梁填板的切割采用“多嘴頭同步切割技術(shù)”，使施工效率大大增加，相當(dāng)于有4臺(tái)數(shù)控切割機(jī)同時(shí)工作，避免了重復(fù)投資。同時(shí)采用新的組拼和焊接工藝，大大提高蜂窩梁的組拼及焊接質(zhì)量。采用上述工藝后，僅用42 d就完成了施工任務(wù)，比原計(jì)劃提前18 d，且質(zhì)量驗(yàn)收合格率為99.6%。

蜂窩梁制作工藝改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)蜂窩梁制作工藝存在的問(wèn)題。實(shí)踐證明，采用該種蜂窩梁制作工藝，適宜大批量蜂窩梁制作，本次蜂窩梁工藝改進(jìn)所采取的各項(xiàng)措施是切實(shí)可行的，積累的經(jīng)驗(yàn)可在今后同類(lèi)型工程中借鑒使用。