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江苏熔盛重型格构式梁柱制作焊接工艺

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    摘 要：本文主要介绍钢格构式柱梁在制作过程中焊接工艺及质量控制。制作过程中运行合理的焊接工艺，使分部焊件的焊接均处于受控状态，从而保证了构件的整体焊接质量。
    关键词：重型 格构式柱梁 制作技术 焊接工艺

    一、工程概况
    江苏熔盛重工集团有限公司船舶制造项目曲面分段工场二期厂房（中国建筑金属结构信息网）工程位于江苏省如皋市如皋港经济开发区，该工程由上海天功建筑设计有限公司设计，安徽富煌钢构股份有限公司承建。本工程为重型单层钢格构式梁柱厂房，厂房平面形状呈矩形，总体平面尺寸为长330m×宽229m，跨度分别为48m、45m、47m，单层柱顶标高为32.5m，厂房建筑面积约75600?，用钢量约15000吨。厂房各跨均布置多台重型起重机，起重机最大起重吨位为240t，各跨的起重吊车分两层布置，上、下层吊车梁梁顶标高分别为14.000m和21.000m。屋面及墙面均由压型钢板制而成。钢格构梁柱制作安装精度要求高，本文主要介绍钢格构式柱梁在制作过程中焊接工艺及质量控制。

    二、施工难点及关键控制措施
    工程工期短，制作量大，构件数量多，焊接要求高是该工程制作的难点。工程的制作过程进度、质量的控制是保证履约的关键。制作过程的关键在于现场大型H钢的生产线装备与生产工艺的合理性，先进性；其次是格构式梁柱的分段组对，焊接与防止变形工艺技术的合理程度，合理的焊接程序及重要节点的焊接方法。
    1.施工难点
    （1）钢梁柱、吊车梁制作难度高，单层格构柱最高长度为33.2m、截面宽度3.8m，构件最重达30T；厂房吊车梁长度最长24m，高度3.9m，最重达40T。在制作过程中，起吊、翻转均困难。
    （2）由于构件外形尺寸大、钢格构柱肩梁处结构的复杂性，导致制作精度控制的难度及装配工艺的复杂性。
    （3）钢格构柱肩梁处组合箱形内部焊接较为复杂，且焊接要求较高。箱形内部加劲板与格构柱柱身H型钢均要求为熔透焊，不仅焊接量大，且焊接变形不易控制、施焊条件差。
    （4）焊接量大、焊缝要求较高，所有对接焊缝均要求为一级焊缝；格构梁柱缀条连接板与H型钢翼缘板对接焊缝均要求为二级熔透焊缝；H型钢 12mm以上腹板与翼缘采用坡口全熔透焊接，且外观质量等级要求较高。
    2.控制措施
    合理地运行刚性固定法和预制反变形法，制定合理的焊接工艺，使分部焊件的焊接均处于受控状态，再进行总体预拼装，是保证焊接质量的关键控制措施。
    （1）详图设计时，充分的考虑到焊缝的布置、数量、尺寸和形状；
    （2）根据不同的焊接部位、焊缝等级要求，制定出不同的焊接工艺措施，合理的选择焊接设备、焊接方法、焊接顺序，采取反变形等工艺保证措施；
    （3）尽可能将焊接变形控制到最小的程度，减少焊后矫正工作；
    （4）加强过程中的焊接质量控制，加强构件制作过程中每道工序的质量控制，特别对于熔透焊缝，安排专人加强过程中的无损检测工作。

    三、格构式柱梁制作及焊接工艺
    本工程格构式柱梁根据加工厂设备、构件大小及制作空间情况将柱梁等均分段制作、工厂整体预拼装的方案施工。为保证焊接质量，按预先制定的制作方案及焊接方法进行分块加工，以实现各条熔透焊缝的平位及清根焊接，减少焊接作业难度。
    1.格构梁柱缀条连接板与H型钢翼缘板对接
    钢柱上连接板与H型钢翼缘板对接的数量为18240块，屋架梁上连接板与H型钢对接的数量为12786块，焊缝等级为二级熔透焊缝，焊缝要求高，焊接量大。
    初期我们采用的是正面坡口焊接反面清根的焊接工方法，由于内部空间狭小焊工难以操作，且构件需要翻身后焊缝清根焊接，导致施工进度过慢且焊缝探伤合格率过低，根据上述焊接急需解决的问题, 我公司及时改用陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊双面成型工艺。单面焊双面成形焊接工艺是将传统的双面焊接工艺转化为仅从单面施焊的工艺过程。在工件不翻身的情况下，可将劳动强度大且难以掌握的仰焊（或者焊接位置不好的部位）转化为焊缝成形条件好、易于操作的平焊。如图一

    CO2单面焊双面成形是一种高效的CO2焊接工艺。由于CO2电弧的热源特点和工艺要求，其通常采用陶瓷材料作为衬垫（即陶瓷衬垫）进行强制成形。陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊是强制成形的单面焊接方式。背面焊缝的形状除了与陶瓷衬垫的成形槽尺寸、衬垫成分和性能有关以外，焊接工艺过程对背面焊缝成形也将产生重要影响。当衬垫确定后,焊接工艺过程将决定背面焊缝形状和焊接质量。要实现良好的背面焊缝成形和保证焊接质量,必须采用合理的焊接工艺。陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊接工艺要点为:一是保证焊缝根部熔透;二是衬垫与工件背面贴合紧密可靠，三是陶瓷衬垫中间的红线必须对准间隙的中间。如图二：

    2.下阶柱、梁H型钢的拼装与焊接
    （1）按照图纸设计要求，12mm以上腹板与翼缘采用坡口全熔透焊接。因本工程H型钢腹板厚度为14mm，因此在焊接根据熔透焊缝的焊接要求，首先按照工艺对H型钢腹板进行坡口处理。如（图三）

    （2）用埋弧自动焊以船形位置焊接4条主角焊缝，焊接后经矫正合格，转至端铣工序，对要求刨平顶紧端进行端铣加工。H型钢采用埋弧焊使用H08MnA+SJ101，并在距盖板顶端约400-500mm处暂不焊接，只进行点固焊。由于焊角尺寸较大，应注意焊缝表面过渡平缓，否则应进行修磨处理。
    （3）厚、薄板对接坡口形式t1-t＞4mm（埋弧自动焊），如（图四）

    3.柱、梁H型间角钢缀条在平台上放样拼焊成桁架式小组合，检验合格后焊接。
    4.格构式构件总体拼装焊接
    4.1总体拼装在专用的拼装场内进行，拼装采用卧式拼装的方法进行拼装。在车间平台上划出预拼桁架平面投影线（中心线、标高线、端部企口线及构件位置线）形成田字形控制网，并提交验收，然后竖胎架直杆，根据支点处的标高设置胎架模板及斜撑，模板上口水平度控制在1mm以内，胎架搭设后不得有明显的晃动状，并经验收合格后方可使用。
    4.2将H型钢先放置在拼装胎上，以拼装胎横梁上的基准线找正两H型钢的水平位置尺寸。
    4.3两下肢H型钢定位后，组装各缀条角钢、肩梁连接板；拼装合格后转入焊接工序，对缀条与边接板的焊接、肩梁内部加劲板与H型翼缘板、腹板间的熔透焊缝进行全位置焊接（其中肩梁内部加劲板与H型钢的焊接采用单面坡口垫板焊的方式确保焊接质量）。如（图五）

    5.焊接合格后对所有熔透焊进行无损探伤检查，并完成所有剩角焊缝的焊接。矫正修整至焊缝外形尺寸合格后进行后序除锈、喷涂及构件的产品报验等待发运至施工现场。

    四、结束语
    重型格构式构件的制作焊接取得成功的关键在于对构件的合理性的工艺分析，使施工难度大的熔透焊缝实现平位焊接，从而保证工程制作质量。单面焊双面成形焊接工艺将传统的双面焊接工艺转化为仅从单面施焊的工艺过程。将劳动强度大且难以掌握的仰焊化为焊缝成形条件好、易于操作的平焊，并且节省了反面清根工序，是一种高效、节能的新型焊接工艺。该工艺的运用有效地保证焊接质量，提高生产效率，降低生产成本。并使我们企业按时完成熔盛工程提供了有力的保证，并得到了业主、监理单位的一致好评，为今后类似工程的施工开创了新的焊接方法。

    参考文献：
    1、《中国建筑金属结构信息网工程施工质量施工验收规范》GB50205-2001）
    2、《建筑中国建筑金属结构信息网焊接技术规程》（JGJ81－2002）
    3、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》(GB11345－89)
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