關于十字形鋼柱制作的幾點體會

耿鳳蘭

（新疆綠大地鋼結構工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

1 工程概況

新疆富蘊金山礦冶有限公司2×15萬t/a直接還原球團礦一期工程中的鏈篦機室，有十四根十字型鋼柱，二十七根H型鋼柱。十字柱結構特殊，整體剛度大，對幾何尺寸的要求嚴格，如果在制作過程中產生變形，矯正起來就極其困難，因此控制變形是制作的關鍵。

GB50205-2001《鋼結構工程施工質量驗收規范》規定十字柱制作允許偏差：柱身板垂直度不應大于5.0mm；截面連接處對角線偏差為3.0mm；柱身彎曲矢高，對于單層鋼柱不大于12mm，可對于多節鋼柱就不應大于5.0mm；柱身扭曲，對于單層鋼柱不應大于8.0mm，對于多節鋼柱不應大于5.0mm。

根據設計說明，柱上下翼板、腹板的拼接焊縫，采用坡口全熔透焊，焊縫等級為二級；翼板與腹板的T型焊縫，腹板先開坡口，預留間隙，按熔透等強工藝施焊，焊縫等級為二級。

由于我公司是第一次制作這種類型的鋼柱，尚無成熟經驗，經過不斷的摸索和試驗，終于總結出合理的控制變形的制作工藝。

2 十字柱的結構

鏈篦機室的十四根十字柱，材質為Q235B，規格為+700×400×25×36 的 6 根，長度為 10m；+800×400×25×36 的 2 根，長度為 28.6m；+600×350×20×30 的 6 根，長度為 5.8m，形狀如圖1所示（以最大規格為例）：

從圖1可以看出，十字柱由一根H800×400×25×36和兩根 T387.5×400×25×36 組成。

圖1 工藝流程圖

3 十字柱的制作工藝流程如圖2所示：

4 制作工藝

4.1 下料時進行變形預控

（1）十字柱由一根 H800×400×25×36 和兩根 T387.5×400×25×36焊接而成。考慮到T型鋼焊接后翼板和腹板垂直度出現偏差時很難矯正，故將兩根T型鋼先做成一根H型鋼，焊接矯正后再剖成兩根T型鋼。

（2）預留焊接收縮量。十字柱下料時腹板要開雙面坡口，寬度方向留4mm焊接收縮量，長度方向留30~50mm的切割余量，即一根 H800×400×25×36的腹板下料尺寸為 25mm×732mm；另一根要剖成T形鋼的H775×400×25×36要加切割量，即腹板下料尺寸為25mm×709mm。

4.2 下料工藝要求

（1）下料前對鋼材進行幾何尺寸、表面質量等方面的檢查。鋼材端邊或斷口處不得有分層、夾渣等缺陷，鋼材表面損傷、銹蝕，經打磨修整后，其厚度削減量不應大于該鋼材厚度負偏差的1/2。

圖2 十字柱的制作工藝流程

（2）由于鋼材規格的限制，鋼柱的翼板和腹板必然會拼接，只允許長度方向的拼接，拼接長度不小于1000mm；翼板和腹板的拼接縫應錯開不小于200mm，并與內部加勁板的角焊縫間距大于200mm。板料對接時，坡口為X形，在焊縫兩頭各加一塊引弧板，焊后氣割去除，并將焊道邊緣修磨平整。對接處焊后要進行超聲波探傷，并達到二級焊縫質量標準。

（3）所有翼板均在多頭直條切割機上進行下料，板料的原邊均不保留，以保證板料兩側受熱均勻，不產生側彎；腹板則用半自動切割機下料，切割完后直接開坡口，板料待完全冷卻后方可移動。

5 組立、焊接、矯正

在組立前對所有的板料進行矯正處理，以保證組立精度，矯正后的鋼材局部平面度允許偏差為1.0mm，并清除毛刺、鐵銹、污垢等影響外觀的缺陷。

5.1 H型鋼的組立

（1）先按翼板寬度找出板料的中心線，再按此中心線找出腹板邊緣線，按此線進行組立。組立完成后，在H型鋼內部加臨時固定板，以控制腹板和翼板的相對位置和垂直度，并起到一定的防變形作用。

（2）用CO2保護焊進行打底，兩邊同時進行，然后進行埋弧自動焊，用碳弧刨清根，焊接順序如圖3所示。

圖3 H型鋼焊接順序

（3）柱兩頭要加引弧板。焊接順序：先用CO2保護焊對位置1、3同時打底，翻邊再對位置2、4同時打底，再焊接位置1、2處的第一道焊縫，然后在位置3、4焊縫處先清根，再焊一道，最后返回位置1蓋面，按2、3、4順序蓋面。

（4）H型鋼焊接完畢后，采用翼緣矯正機對H型鋼進行矯正，保證翼緣板的垂直度不大于3.0mm，翼緣板對腹板的垂直度不大于5.0mm。

（5）按上述程序完成后，H775×400×25×36 的 H 型鋼要剖開。切割時，在兩邊各留50mm不斷開，中間部分進行間斷切割，切割1.5m預留30mm不斷開，待構件冷卻后，再將未斷開的部分割斷，在很大程度上減小了T型鋼的變形，在剖開的同時對剖開邊開雙面坡口，坡口形式如圖4所示。

圖4 T型鋼腹板坡口形式

圖5 十字柱組立胎具

5.2 十字柱的組立

（1）工藝隔板的制作。工藝隔板按十字柱的尺寸形狀下料，其厚度與所連接梁中翼緣較厚的一致。工藝隔板與構件的接觸面要求開坡口，邊與邊之間必須成90°直角，以保證十字柱截面的垂直度。

（2）檢查H型鋼和T型鋼是否矯正合格，其外形尺寸是否達到要求，并將焊接區域內的所有鐵銹、氧化皮、飛濺、毛邊等雜物清除干凈，方可開始組裝。

（3）十字柱組立胎具如圖5所示。將H型鋼在平臺上擺平調正，兩T型鋼腹板與H型鋼腹板的相對位置如圖6所示。

圖6 T型鋼與H型鋼腹板的相對應位置及焊接順序

（4）將T型鋼坡口較淺的一側與H型鋼腹板進行定位點焊，定位焊縫長度為40mm，焊道間距400mm，焊接應先從坡口深度大的一側進行，從中間向兩邊同時施焊，以避免因焊接造成彎曲或扭曲變形。焊接工藝與H型鋼相同，均采用氣體保護焊打底和埋弧焊填充蓋面的焊接方法，對應的焊接位置均為船型焊。

5.3 十字柱的矯正

（1）焊接完成后，檢查十字柱是否產生變形。矯正變形需用千斤頂配合火焰進行矯正，不得錘擊強迫矯正，加熱時應注意變形的方位，加熱溫度控制在600～900℃之間。

（2）矯正完成后，對十字柱進行端銑，以控制柱身長度及現場安裝后的垂直度。

6 焊接變形控制要求

（1）采用船型焊，能較好地保證焊縫熔深、焊腳尺寸及外觀質量。

（2）H型鋼焊接時，中途不得停焊，以免受熱不均，產生較大的熱應力產生變形。

（3）焊完后，需等構件完全冷卻后方可吊運。

（4）每一焊道焊接完成后及時清理焊渣及表面飛濺物，發現影響焊接質量的缺陷時，清除后方可再焊。

（5）在連續施焊過程中應控制焊接區母材溫度，使層間溫度的上下限符合工藝文件要求。

7 結語

按照上述工藝制作的十字柱，經檢查均符合設計及質量驗收規范的要求。構件安裝完后，各部分連接良好，進一步證明了制作工藝的可行性及可操作性，為以后的制作積累了寶貴的經驗。

[1]GB50205-2001.鋼結構工程施工質量驗收規范[S].

[2]JGJ81-2002.建筑鋼結構焊接技術規程[S].

[3]田雨華.十字柱及ㄈ形柱制作變形控制[J].鋼結構，2010，25（1）.