開平板在鋼結構制作中的適用范圍拓展及其運用實踐

余葆東

中國十九冶集團有限公司材料設備工程分公司（611731）

0 前言

鋼結構制造是集團公司主要產業(yè)之一，其規(guī)模及利潤占公司總額的20%以上，直接影響企業(yè)的進一步發(fā)展和利潤空間。作為鋼結構主材的采購管理人員，發(fā)現(xiàn)在鋼結構制作中，如果能將開平板適度運用于工程實踐中，利用開平板的價格優(yōu)勢，降低企業(yè)采購成本，提升工程項目經濟效益。文章就如何通過改善工藝技術、拓展開平板的適用范圍及在工程實踐中的應用進行探討。

1 開平板與原平板的差異

1.1 生產工藝的差異

開平板與原平板都是用連鑄板坯或初軋板坯作原料，經熱軋機在高溫下軋制而成的鋼板。

開平板（又稱剪切鋼板）是以板坯（主要為連鑄坯）為原料，經加熱后由粗軋機組及精軋機組制成帶鋼。從精軋最后一架軋機出來的熱鋼帶通過層流冷卻至設定溫度，由卷取機卷成鋼帶卷，冷卻后的鋼帶卷經過不同的精整作業(yè)線（平整、矯直、橫切或縱切、檢驗、稱重、包裝及標志等）加工而成為鋼板、平整卷及縱切鋼帶產品。

原平板（又稱單軋鋼板）是以倍尺板坯入庫，經板坯切割、加熱、粗除鱗、軋制精除鱗、冷卻（ADCO）、熱分段剪分段、矯直、冷床空冷、上下表面檢查修磨、切邊、切頭尾、定尺、取樣、標印、探傷而成定型鋼板[1]。

1.2 外觀及力學性能差異

1.2.1 外觀（如圖1所示、見表1）

表1 開平板和原平板外觀對比

圖1 原平板與開平板外觀差異

1）鋼板尺寸:開平板除非特殊要求，一般都是兩切邊，厚度在1.5～20mm。原平板一般都是四切邊，尺寸不限。

2）顏色:開平板是卷制而成的，故其氧化皮較少，同樣時間的開平板和原平板放置一段時間后其顏色不同，原平板發(fā)紅，開平板發(fā)藍。

3）平整度:開平板和原平板不平度均執(zhí)行GB 709—2006標準規(guī)范。但因生產工藝的不同，原平板比開平板平整度要高一些。

4）鐮刀彎:開平板是原卷經過整平機整平后切割，過一段時間有可能會出現(xiàn)原卷型狀的鐮刀彎。鐮刀彎不能大于GB709—2006標準規(guī)范[2]。

5）厚度公差:開平板和原平板的厚度公差控制均符合GB/T709—2006國標。原平板厚度偏差種類按對稱偏差（N類）驗收，開平板厚度精度按普通精度（PT·A)標準驗收。

6）試驗實測:以某國內知名大廠提供的同生產日期、同規(guī)格、同材質δ6mm鋼板為試件，通過小量程的激光位移傳感器、鋼絲等工具手段進行檢測試驗得知，開平板不平度均1m為3.5mm，2m為5 mm。厚度公差（下差）為-2mm、-3mm，即厚度在5.7mm、5.8mm。鐮刀彎平均值為3.5mm。表面局部有細微劃痕印跡。

同規(guī)格同材質原平板不平度均1m為0.3mm，2m為0.5mm。無厚度公差，未發(fā)現(xiàn)鐮刀彎，表面光潔無劃痕印跡。

1.2.2 力學性能的差異

原平板工藝完善，尺寸穩(wěn)定性和平整度較好，內應力水平較低且分布均勻。開平板是經過整平機整平后切割，其退火工藝的差異引起不均勻冷卻造成板內殘余應力較高，尺寸穩(wěn)定性較差（見表2）。

表2 開平板和原平板力學性能指標對比

開平板內應力分布不均勻，出現(xiàn)垂直長度的不同方向上產生承載能力不同的現(xiàn)象，并且這個承載能力很難用一般的強度指標衡量。所以開平板在焊接的時候會有很大的焊接變形,后期調整非常困難。

1.3 開平板的應用限制

開平板和原平板在性能上的差異，使得開平板的應用范圍受到極大限制，在外觀質量要求較高、或者焊接質量要求較高、或者承受力學壓強型的構件基本不選用開平板。但開平板在價格上有優(yōu)勢，通過工藝提升等技術手段可改善開平板的性能，拓展開平板的應用范圍。

2 通過工藝提升等技術手段拓展開平板的適用范圍

2.1 產品生產工藝的控制

使用方很難直接控制產品的生產工藝，往往通過選擇滿足要求的生產廠家實現(xiàn)。如果要用開平板制作外觀質量要求較高、焊接質量要求較高、承受力學壓強型的構件，選擇生產過程控制嚴格的企業(yè)生產的開平板作為加工原材料。這些企業(yè)有成熟穩(wěn)定的質量控制體系，產品質量有保障，尤其是對開平薄板的選用。

2.2 切割下料工序控制

開平板在切割下料時應選用等離子切割等熱變形小、熱影響區(qū)較少的加工手段，嚴禁使用火焰切割等熱切割方式，以此降低切割施工對板內應力的擾動，減少切割對板內應力變化的影響，避免造成加工切割后鋼板變形較大，導致構件外觀質量不合格。

2.3 構件坡口的開口形式及開口工藝

為了保證焊接質量,在焊接前應對工件需要焊接處進行的加工，可以氣割，也可以切削而成，一般為斜面，有時也為曲面，這個就叫開坡口。開平薄板為保證較薄板材能夠焊透但不焊穿、焊接融合好，選擇V型坡口，盡量減少K型、I型、U型、X型等開口形式，通過調整焊接熱量輸入，提高焊縫接頭強度。

在不破壞鋼板內部應力分布的基礎上，將鋼板邊緣的缺陷切削掉并形成焊接坡口，坡口開口應采用鋼板刨邊機刨邊等機械冷切削加工工藝，盡量避免砂輪機打磨、火焰切割機開坡口、等離子切割、直流焊機碳弧氣刨等開坡口等方式。

2.4 除銹工藝的選擇

應選用像酸洗除銹等對鋼板內應力擾動較小的加工工藝。禁止使用拋丸除銹等可能使鋼板內應力發(fā)生改變，造成開平薄板的鐮刀彎或者波浪彎的除銹工藝。

2.5 鋼板校平

制作外觀質量要求較高、焊接質量要求較高、承受力學壓強型的構件時，應事先對開平板進行校平，以消除板內應力，改善平整狀態(tài)，提高工件的質量。

2.6 焊接控制

1）通過焊接工藝評定選擇合適的焊接電流、焊接電壓和焊接速度，減少構件焊接變形。

以Q235B、板厚6mm的開平板為例，施焊過程中埋弧焊電流控制應在380～420A，切忌不能超過450A，否則焊件變形過大。也不能小于350A,這樣構件往往焊不透，造成探傷過不了關。電壓應控制在30V左右，焊接速度控制在58m/min左右。

2）為防止構件變形，保證構件平整，組焊時盡可能少留焊件根部間隙，δ6mm、8mm鋼板不留根部間隙。

3）為保證構件外觀質量，組焊采用氣保焊打底和填充，埋弧焊蓋面，這種組焊方式具有熱輸出較小、熱應力區(qū)較窄、焊接變形較小的特征，保證構件能焊透且不會燒穿，工作效率高，外觀美觀，成型后無須再經過清磨流程。清根打磨工序會引起構件的變形，不能用于開平板焊接中。

4）開平板應在焊接工作臺上實施焊接工藝。工作臺應平整、牢靠，以保證焊接焊縫平整，切忌在不平整的地面實施焊接工藝。

2.7 提高工作人員主動參與度

為提高施工工人的參與興趣及主動性，建立企業(yè)利潤與工人利益的關聯(lián)關系，建議視其工藝加工難度，適當調整工人工資。施工工人主動參與度明顯提升。

3 開平板在鋼結構制作中的運用實踐

由我公司承接的某市第二過江通道及連接線工程鋼圍堰項目位于長江上游河道中，工程構件最大設防水位采用5年一遇洪水水位235.5m，深入江水水底215.865m，承壓水位20m深。

構件為圓形結構，雙層薄壁，外徑直徑38m，全高21.144m，兩壁板之間用隔艙板和水平桁架連接，底部首節(jié)重260.7t，單節(jié)最大重量28.97t。設計要求:外壁設計為δ8mm鋼板，內壁設計為δ6 mm鋼板，材質設定Q235B，執(zhí)行國標GB/T700—2006，焊接要求嚴格進行焊接工藝評定試驗并形成報告，角焊縫質量等級為Ⅱ級，面板與環(huán)板的對接焊縫為全熔透焊縫，面板焊縫質量等級為Ⅰ級，面板與箱梁焊縫質量等級為Ⅰ級，面板要求用滲透法進行檢驗，豎肋與環(huán)板避免十字交叉焊縫。

為確保工程質量，節(jié)約項目成本，在本項目進行開平板的拓展應用研究。

3.1 構件焊縫通過滲透法逐項檢驗，質量滿足工程需求

本項目選用某大廠生產的Q235B熱軋開平板，采用了應用6重17輥校平機除應校平3遍，酸洗除銹、用等離子切割機切割下料，用鋼板刨邊機開單面V型坡口。碳弧氣刨清根，CO2氣體保護焊打底填充，埋弧自動焊蓋面、封底的焊接工藝實施本項目焊接工程。埋弧焊控制電流400A，電壓33V，焊接速度35m/min。同時，為防止構件變形，組焊時在焊接工作臺上實施焊接工藝，盡可能少留焊件根部間隙，δ6mm、8mm鋼板不留根部間隙，不采用清根打磨的工序。

經權威第三方檢驗機構依據《鋼結構焊接規(guī)范》GB50661—2011規(guī)定[3]，根據工程情況編制的工藝評定指導書、焊接試件、制取并檢驗試樣、測定性能，確認試驗記錄正確，評定焊接工藝結果合格。所檢參數符合標準要求，焊縫處已焊透、無氣泡、無夾雜、無裂紋。熔合線外及熱影響區(qū)無未融合、無裂紋，表面質量合格。最終評定焊接工藝結果為:合格。焊件的外觀質量、焊縫尺寸、力學性能試驗結果均符合設計及規(guī)范要求，完全滿足工程工藝需求。

3.2 開平板拓展應用的經濟效益顯著

1）采購價格與同規(guī)格原平板相比節(jié)約610元/t。

本項目入口合同預算均價4330元/t（含采保費及運輸費2%），材料損預算為6%，鋼構件成本為4498.00元/t。本項目采用開平板，實際采購到場均價為4320元/t，由于開平板長度可以由施工方自由裁定，所以最終損耗控制為1.53%，鋼構件成本為4384.8元/t，每噸構件創(chuàng)造利潤113.2元/t。與同規(guī)格原平板市場均價4930元/t相比較，降低采購成本610元/t。

2）減少焊縫降低施工成本60元/t。

本項目由于使用開平板拼裝，不受原材料長度制約，每帶構件所需鋼板長方向均按藍圖整張下料，每帶減少焊縫2條，每條焊縫1.5m。降低施工成本60元/t。

3）本項目采用等離子切割，切割費用0.826元/m，與其他傳統(tǒng)工藝持平。

4）本項目鋼結構分包費提高20元/t，提高作業(yè)人員工資。

綜上所述，通過開平板在該項目的拓展應用，每噸鋼構件比按傳統(tǒng)工藝施工節(jié)約610+60-20=650元/t，按本項目622.598t鋼構件計算，節(jié)約施工成本400萬元左右，經濟效益明顯。

綜合近幾年市場行情判斷，開平板與原平板一般價格差異在300～800元/t。如果每噸鋼板能節(jié)約400元采購成本，按企業(yè)每年鋼板應用量10萬t估算，應用一半的開平板替代原平板，可以為企業(yè)節(jié)約2000萬元的采購資金。

4 結語

以上工程實踐案例分析，通過控制加工工藝過程，開平板完全可以應用于外觀質量要求較高、焊接質量要求較高、承受力學壓強型的構件中，拓展了開平板在鋼構件加工制作中的應用空間，對降低項目生產成本、提升企業(yè)效益有顯著成效。