日本京桥工程钢柱通长加劲板焊接工艺

2022-09-11

1 工程概况

我公司承接的日本京桥工程钢柱制作项目, 该结构是在轧制型钢 (H700*30013*24) 的腹板二侧各焊接二块纵向通长加劲板, 具体如图1、2、3, 材料材质为Q235B, 焊缝的质量等级为一级。

2 结构重、难点分析

2.1 加劲板的下料

此加劲板的宽度仅138.5mm, 最短长度为4m, 如何保证下料过程中材料不旁弯, 如何保证坡口的精度。熟悉焊接的同志都知道, 使用机械焊接对坡口面要求非常高。因此在此工序上如何设计工艺方案和整改措施成为了质量控制的关键一环。

2.2 通长T型焊缝的焊接

一般情况下的T型焊缝, 基本上为不对称坡口, 正面打底, 反面清根, 双面焊接。这样的工艺也可以说是成熟的, 而反面加衬板的T型焊缝平时接触较少, 对焊工的技能要求较高, 特别是操作空间有限的情况下, 如何选择焊接设备, 如何设计焊接工艺减少变形成为了焊接部分的重中之重。

2.3 H型钢的腹板变形控制

型钢H700*300*13*24的腹板厚度仅仅只有13mm厚, 而加劲板的厚度高达20mm, 作为T型焊缝的来讲就相当于翼缘板比腹板还厚, 而且同时对称设置4道, 间距100mm, 受热集中, 对腹板造成的热影响将是很大的, 如果工艺控制不好, 腹板变形将成为无法弥补的质量问题。

2.4 H型钢的配钻

一般情况下, 当加劲板为横向设置的时候, H型钢上的孔眼均可以用三维钻床提前统一加工, 省工省时。但是本结构却不得不考虑焊接热量对截面的影响, 同时如此大的焊接热量将造成构件纵向的收缩。事实上如果焊前钻孔将造成孔眼的错位。

3 制作重点及对策

3.1 如何保证通长加劲板的下料质量

该加劲板的长度为14m和11.5m两种, 接头数量为严格控制, 因此1 4 m分为4m+5m+5m, 11.5 m分为5.5 m+6m, 而且接头之间的焊缝也必须为一级焊缝。为此必须考虑切割边的同时受热, 一般的单头切割肯定不行, 况且还要打坡口。只能用多头切割机进行下料, 并同时打坡口, 如图4, 但是1类割嘴比2类割嘴行程更长 (板厚20mm, 坡口35度时切割边宽度为24.4mm) , 如果使用同一型号的割嘴, 势必造成切割边的不同步, 因此1类割嘴选择3号割嘴, 2类割嘴选择2号割嘴。但即使这样最终还是无法确保加劲板的完全直线, 因此部分加劲板还需要辅助火焰校正。

3.2 如何从工艺上保证T型焊缝的焊接质量

(1) 对于质量等级为一级的焊缝, 一般情况下首选的是埋弧焊, 其次才是气保焊, 但是本工程选择任何一种焊接方式都显得空间不足。埋弧焊的导电嘴无法准确到坡口处;使用气保焊焊接, 焊工不能方便的看到焊缝, 同时焊工长时间保持这样的姿势操作无法确保焊接质量。经过大家讨论、实践改进埋弧焊臂杆长度、加长埋弧焊的导电嘴、支撑H型钢寻找合适的角度, 以使导电嘴露出的焊丝能伸到劲板坡口衬板处。

(2) 由于两块加劲板的距离太近, 仅有60mm, 所以一旦加劲板产生开口型的角变形 (如图5) 时则无法校正, 这种类型一般情况下有两种方法可选, 如图6所示, 一是采用刚性夹具固定法控制焊后变形, 二是采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。其中刚性夹具固定又可以用合适槽钢扣住或者塞入, 但是试验结果证明还是焊前反变形更加合适, 并得到数据为加劲板边预偏移20mm, 此数据只能大不宜小, 所以在才开始的时候偏移25mm, 并在过程中予以修正。

3.3 如何控制腹板的变形

腹板厚度仅有13mm, 而加劲板厚度为20mm, 因此4条熔透焊对于腹板的影响将非常大, 如果不合理设计焊接顺序, 将产生严重的焊接变形, 同时如果焊接工艺方案的不合理造成返工, 后果将不堪设想。

合理利用对称焊接来控制变形, 因此设计了图7所示的焊接顺序, 考虑到加劲板的厚度比腹板大, 所以每道焊缝焊接一遍就开始翻身。

在垫板和坡口处装配点焊固定时会导致有缝隙, 不严实。从实验的结果看用气保焊打底无法焊透, JASS6里要求垫板处必须熔深2mm, 所以采用了埋弧焊直接打底的方法, 并每条焊缝焊接6道, 探伤结果显示接缝处熔透了, 且只有局部的地方操作手技能和设备原因有缺陷, 气刨后修复。焊接参数见表2。

3.4 H型钢端头孔眼的加工顺序

在焊接过程中H型钢截面受热变形, 因此如果焊前加工孔眼则造成端部孔眼位置的变位。因此需要焊接完加劲板后再钻孔。至于长度方向的收缩, 图纸给予余量为0mm～+50mm, 而实际收缩余量在20mm～25mm, 所以H型钢下料前放余量50mm, 这样焊后长度都能满足设计要求。

4 结语

日本京桥钢柱自今年五月初开始制作至六月十日全部发货完毕, 前后一个月时间。在日本驻厂及本公司技术、质量人员的协助和严格监督下, 该项目获得圆满成功, 总共112根钢柱, 除二根钢柱在探伤时有个别点状缺陷局部返工外, 其余均一次合格, 最近根据日本ITEC公司发包方反馈的信息, 目前所有钢柱一次性安装成功, 效果好。由此可以证明, 这套工艺是切实可行的。

摘要：京桥工程钢柱是出口日本的成品构件, 虽然结构型式简单, 但在H型钢腹板二侧各焊接二块纵向通长劲板, 其操作空间狭小、根部焊接可视性差, 常规焊接工艺达不到一级焊缝等级和日本JASS6规范要求。经过反复试验研究, 成功地提取了工艺参数, 制定了以改进后的埋弧焊机作为主导焊接机具的工艺方案, 取得圆满成功。

关键词：H型钢,通长加劲板,熔焊透,制作工艺