H型钢结构焊接质量控制工艺问题探讨.pdf

2 0 0 6年第4期 C O N S T R U C T I O NS A F E T Y建筑安全 焊接H型钢,在建筑结构中关键的要求是外形 美观。本文着重讨论的是广西某厂高压溶出主厂房 钢结构工程,高压溶出主厂房钢结构构件制作 1 4 6 5 t,其中H型钢柱7 7 8 t。因其承载天车的重量较 大 2 6 0 t ,所执行的企业 内控标准比国家标准 高的多。因此对施工提出较高的要求,制作时很多 部位的焊缝要求全熔透焊 I级合格。根据其结构 的特点在不同部位制定不同预变形控制,以及变形 后的一些处理方法。为保证熔透焊,在零件的组对 及坡口形式做了一些改变,取得令人满意的结果。 这里就焊接H型结构形式构件在制作中如何保证其 制作质量,所需要的一些工艺设计作如下论述和探 讨。 一、H型钢焊接变形控制工艺设计探讨 1 .结构特点 近年来轻钢结构建筑在国内以施工进度快构 件为预制,与土建基础部分可同时施工、外形色 彩美观、时尚、环保拆除时较砼结构易处理得 到较快发展。这种结构形式,大多采用的是焊接H 型钢。这种结构形式虽然简单,但对外观要求较 高。因此对焊接变形的控制、校正尤其重要。广西 某厂高压溶出主厂房钢结构形式如图1。在其制作 中要注意以下几个方面 2 .制作要点 ①对于本工程制作门型钢架的要点 1 钢柱部分在牛腿处3 7 0 0㎜范围内所有焊缝 要求全熔透该天车的自重加起重荷载很大。无损 检测应达到G B 1 1 3 4 5的I级标准。 2 钢梁联接板处的焊缝也是同样的要求。 3 梁与柱、梁与梁联接高强螺栓顶紧接触面 应有7 5 的面积紧贴用0 . 3㎜塞尺检查,其塞入面 积应小于2 5 ,边缘间隙不应大于0 . 8 m m 。 4 翼缘板与腹板焊接后的角变形△≤2㎜本 企业内控标准。国家标准△≤3㎜。 ②焊接过程中的难点 1 对于钢柱牛腿处的熔透焊钢板厚度δ 2 5 m m 的焊接量非常大。两个电焊工需工作4天方 可完成首件。 2 在钢梁焊接中,容易出现以下几种较难处 理的变形非对称翼缘板与腹板焊接,见图2; 连接板与 “H”型钢焊接,见图3。 ③产生变形原因 产生变形原因是焊接应力。金属焊接时是在局 部加热、熔化的过程。焊缝加热区受热膨胀,而周 围的母材还处于冷态或加热温度不高状态,因而对 H型 钢 结 构 焊 接 质 量 控 制 工 艺 问 题 探 讨 ○林荣忠 广西柳州十一冶有限责任公司 施工技术 图1某厂高压溶出钢结构厂房简图 图2翼缘板与胶杆变 形简图 图3 H型钢与连接板焊接 变形简图 牛腿 ②钢梁,重7 t ④吊车梁 ③多功能吊车梁 ①钢柱高1 8 m , 宽 1 . 1 1 4 m , 重 6 t 腹板翼缘板 翼缘板 腹板 连接板 5 5 2 0 0 6年第4期 C O N S T R U C T I O NS A F E T Y建筑安全 焊接区受热母材的膨胀起约束作用,焊接区因此受 压应力,而母材受拉应力。随着电弧的前移,已 完成的焊缝和热影响区冷却并收缩,而周围的母 材起约束其收缩作用。在这种作用下产生的是焊 接应力,金属冷却后还存在不对称焊接残余应力。 残余应力方向不同横向、纵向及母材厚度方向, 根据应力大小及构件的结构型式、约束程度,产生 的变形方向也不相同,因而产生变形结果也不相 同。 二、焊接工艺分析 由钢梁、柱的制作要点可知,它既要满足高精 度的外形尺,又要保证高要求的焊接质量。同时应 根据如何提高施工进度等原则来制定工艺。 1 .牛腿处焊接熔透焊I级的难点 ①焊缝集中,钢板较厚 δ 2 5 m m 。 ②位置狭小,不便操作。 ③构件长达1 8 m,重达6 t多,摆放、翻身较困 难。 2 .焊接工艺设想 根据上述情况,工艺的制定主要是满足焊透 及焊后的变形控制。由于板厚按常规焊接,这样 的规格大多数采用双面5 5 坡口形式。这种坡口形 式焊接的优点是,焊缝对称,焊接填充少,焊后 的变形及整体侧弯较小。但由于操作位置小,清 根很难,内部质量很难保证。根据这样的原因, 我们同各单位技术人员制定了单面4 0 ～ 4 5 坡口, 不留钝边。采用C 0 2气体保护焊填充,背面清根的 工艺。 3 .焊接工艺方法 在操作过程中为防止变形 T焊缝处的角变 形,及整体构件侧弯超差,各零件的尺寸要精 确,在组对时要做到 “ 顶紧” 。由于焊缝交叉处 4 0 ～ 5 0 m m范围内无法清根碳弧气刨,磨光机都 因位置无法处理因此在零件下料时四个角5 0 m m 范围内短2㎜;组对时此处预留出2 ～ 3 m m组对间 隙,选用C O 2气体保护焊接,因其焊丝的直径只 有1 . 2 m m直接扎到根部穿透能力强可保证焊透; 由于是气体保护,不易出现夹渣,同时受热面积 小,焊后的变形量也较小。为防止整体侧弯和焊 缝外形的美观,构件要在专用平台上焊接。所有 的焊缝填充时不可一次焊完,均要分二次完成。 焊接位置尽可能焊平角缝,少焊立缝。为加快施 工进度,背面清根选择在构件侧立时即一侧焊接 另一侧清根同时进行。依据情况具体确定参数如 见表 三、焊接变形控制与矫正 前面从理论上知道焊接应力是产生焊接变形的 原因,是焊接过程中不可避免的问题。消除焊接应 力对于这种钢结构件从经济的角度是不可取的,解 决的办法通常有三种一是预变形。对于结构简 单,零部件组合较单一的构件易采用。二是使之对 称变形,H型钢焊接通常产生的角变形 对称用H 型钢矫直机可解决。三是变形后的矫正。 对于前面提到的两种变形图2、图3 是处理 较困难的变形。这些变形产生的原因,对于图2 的变形来说与焊接顺序及两侧焊接线能量不均有 关。这种变形的矫正方法一般采用火焰加热方法 矫正。对于个别变形量较大还需配千斤顶撑,见 图4。 四、采取预防的方法和产生的效果 1 .腹板选用对称的坡口形式,自动焊使用相同 施工技术 C O2主体保护杆参数确定表 表1 图4焊接变形矫正示意图 千斤顶 加热 翼缘板 腹板 项目焊丝直径 m m 电流 A 电压 V 焊接速度 m / h C 0 2气体保护焊 1 . 21 8 0 ～ 2 0 02 5 ～ 3 4 6 ～ 8 5 6 2 0 0 6年第4期 C O N S T R U C T I O NS A F E T Y建筑安全 的焊接工艺参数。若使用手工焊可采用对称的焊接 顺序,以及翼缘板固定在钢平台上施焊等。 2 .组对时采用预变形的方法来控制,见图5数 字及顺序经实践验证效果理想。 对于图3 的变形,产生的原因是腹板与连接 板要求焊透,热量过大产生的。这 种变形产生后矫正较为困难。矫正的方法是采 用火焰加热加热区域见图6涂黑处。加热的温度 应在正火温度以内6 0 0 ～ 8 0 0 ℃左右,钢板 外观呈暗红色。这种方法实际是将上、下翼缘 板 “ 烤短” 即使钢板经加热冷却后收缩,因此根据实际 情况在下 料预留焊接收缩余量时考虑进去。收缩余量值 一般 根据经验留取,也可以利用经验公式计算 1 单道焊纵向收缩量 △L K1 AW L / A 1 - 1 式中△L纵向收缩量㎜ AW焊缝截面积m m 2, 焊脚高h f 1 0 m m 1 0 1 0 2 5 0 A杆件截面积m m 2, 4 0 0宽 2 0厚 2上下翼缘板 1 4厚 8 6 5高 2 8 1 1 0 L杆件长度m m, 1 3 5 0 0 m m K1与焊接方法、材料热膨胀系数和多 成焊层数有关的后焊角焊缝系数,对于不同焊接方 法、系数K 1的数值不同 C O2焊,K1 0 . 0 4 3;埋弧焊, K1 0 . 0 7 1 - 0 . 0 7 6;手工电弧焊,K1 0 . 0 4 8 ～ 0 . 0 5 7。 计 算 △L k 1 A W L / A 0 . 0 7 5 5 0 1 3 5 0 0 / 2 8 1 1 0 1 . 8 4纵焊缝数 7 . 2 m m 2 单道焊纵横向收缩量△B 0 . 2 A W/ δ 0 . 0 5 b 1 - 2 式中△B横向收缩量m m A w焊缝截面积m m 2 焊脚高h f 1 0 m m 1 0 1 0 2 5 0 2 两侧 1 0 0 δ板厚1 4 m m b根部间隙清根后6 ～ 8 m m 计算△B 0 . 2 AW/ δ 0 . 0 5 b 0 . 2 1 0 0 / 1 4 0 . 0 5 7 1 . 8 m m 2俩侧 3 . 6 m m 3 “ 烤短”值 3 . 6 m m 4 合计7 . 2 3 . 6 3 . 6 1 4 . 4 m m为下料预留焊接 收缩余量考虑实际其它因素还应加大些。 这种 “ 烤短”方法虽然可行,但对操作工人的 技术、经验要求较高。况且非常费时、费气氧、 乙炔。如何控制这种变形,我们采取的方法是在 保证焊透的前提下,尽可能减小坡口角度。使用 C O2气体保护焊,挑选技术较好的焊工施焊,减少 返修清根等方法来控制。 以上这些措施和矫正办法在我厂电解铝厂房钢 结构制作过程中取得较好的结果,受到质量监督站 的好评。 本文收稿2 0 0 6 - 0 3 - 0 3 施工技术 图6火焰矫正法简图 图5预变形控制法简图 后焊角焊缝 临时组对撑杆 临时组对撑杆 先焊角焊缝 埋弧自动焊 翼缘板腹板 连接板 5 7