H型鋼梯形屋架焊接技術(shù)

摘要：H型鋼梯形屋架使用日趨廣泛，其制作的關(guān)鍵就是H型鋼的制作和焊后的矯正，通過經(jīng)驗分析總結(jié)出有關(guān)H型鋼制作和矯正的方法，將制作完成的H型鋼進行拼裝組成梯形屋架，在充分發(fā)揮了H型鋼優(yōu)點的同時又兼顧了梯形屋架良好的力學(xué)性能。使其成為新的潮流和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：H型鋼制作 拼裝 焊接變形 矯正 H型鋼梯形屋架

0 引言

相較于普通的工字鋼，H型鋼截面模數(shù)較大，抗壓、抗彎及抗扭的力學(xué)性能較好；截面設(shè)計更加科學(xué)合理，如果承受的載荷相同，可節(jié)省10%～15%的金屬。H型鋼易于鋼結(jié)構(gòu)的連接，能夠使質(zhì)量及效率提升；能使金屬結(jié)構(gòu)重量減少約10%～40%，也能制成不太高且跨度較大的構(gòu)建，易于工廠化生產(chǎn)，很大程度上減少了建筑期。而相較于當前采用的鋼筋混凝土，首先，其施工占地和用水都不多，噪音不大，有少量的粉塵；其次，其自重和施工取土量較小，不會對土地造成較大的破壞；再次，降低了磚瓦及混凝土和的使用量，不用過多的采土挖石，不會對環(huán)境帶來破壞；最后，建筑壽命到期后，拆除結(jié)構(gòu)時的固體垃圾不多，且廢鋼資源也有較高的回收價值。由此可見H型鋼的應(yīng)用前景將會相當廣泛。而H型鋼梯形屋架實質(zhì)上就是由制作好的H型鋼拼裝而成的，完全的繼承了H型鋼的優(yōu)點，并且有了更好的應(yīng)用和發(fā)展。哈爾濱至大連鐵路客運專線—沈陽動車運用所檢修庫屋架主要采用的就是H型鋼梯形屋架。H型鋼梯形屋架是繼角鋼梯形屋架后，新的潮流和發(fā)展趨勢，這種鋼屋架的優(yōu)點造價低廉，力學(xué)性能好，安裝方便，外形美觀，同時也節(jié)約了大量鋼材。下面將本公司制作H型鋼梯形屋架的過程做簡單介紹。

1 H型鋼的制作

H型鋼梯形屋架主要是由不同規(guī)格的H型鋼拼裝而成，因此在制作梯形屋架之前要制作好所需的H型鋼。

1.1 焊接前的準備

技術(shù)人員要嚴格審圖，全面領(lǐng)會設(shè)計者的意圖，繪制詳圖，對每道工序卡片和制作工藝進行編制，建立健全質(zhì)量保證體系等。

1.2 材料的檢查與處理

嚴格檢查進場的鋼材，必須采用合格的鋼材。因為運輸過程中鋼材會彎曲變形，在制作H型鋼時就會有應(yīng)力產(chǎn)生，需要用大錘錘擊使應(yīng)力消除調(diào)直鋼材。

1.3 下料

氣割時，自動氣割割縫和手工氣割割縫的寬度分別為3mm、4mm。所以下料時需預(yù)留切割量。

1.4 焊接制作

①梯形屋架的上、下弦采用埋弧焊焊接。為獲得較好的焊縫成形及力學(xué)性能，減小因焊接不當引起的得變形，采用正式產(chǎn)品同材質(zhì)鋼板進行施焊，對H型鋼的埋弧焊焊接工藝和焊接順序進行調(diào)整，以求得到最佳的焊接工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量，調(diào)整后的焊接工藝參數(shù)和焊接順序分別見表1和圖1。

②梯形屋架的腹桿由于尺寸不一，規(guī)格不同，長度較小，無法采用埋弧焊進行制作，故采用CO2氣體保護焊進行施焊。由于CO2氣體保護焊的熔深較小，需要多層施焊。施焊時中間不得間斷，每層焊道完后必須及時進行清根處理，保證前一道焊縫清潔后再焊下一道。其焊接工藝參數(shù)見表2。

表2 H型鋼CO2氣體保護焊焊接工藝參數(shù)

2 H型鋼梯形屋架拼裝

2.1 放樣

拼裝平臺及放樣平臺是同一平臺，利用水平儀對平臺表面測平。鋼屋架的放樣應(yīng)根據(jù)實際尺寸進行，放羊比例為1：1。用粉線包彈出直線做畫基準線，且基準線要比屋架長約2m。再在基準線的1/2處用粉線和盤尺做出基準垂線。從中心點向左右分別推出屋架全長，按照已得出屋架幾何線，確定所有幾何匯交點的位置分別連線，構(gòu)成完整的屋架幾何受力線。以此畫出屋架的上弦、下弦、腹桿的輪廓，輪廓之間留有相應(yīng)的焊縫位置寬度，一般約1～2mm即可。再按圖紙規(guī)定畫出所有節(jié)點板的尺寸和基本形狀。

2.2 點焊胎具

通過約L50×5的角鋼頭直角的特點，在屋架所有桿件輪廓上均分布點焊牢固。這是屋架幾何尺寸的重要依據(jù)，所以輪廓線要點正確。

2.3 固定

將所有節(jié)點板、上下弦及腹桿分別就位，用楔子將它們固定，使其不能移位。將節(jié)點板與上下弦桿件緊貼，而后點焊牢固。再將所有的腹桿用相同的方法焊牢。需要注意的是H型鋼構(gòu)件的輪廓邊線必須與地樣完全重合，從而保證幾何受力線匯交一點。最后將屋架加固點焊一遍。

2.4 總裝

打開節(jié)點板上的臨時焊點，將屋架翻轉(zhuǎn)，吊至相鄰平臺，墊平后在腹桿上點焊上加筋板。將突出的臨時焊點清理干凈，不能有超過1mm的不平度。把上下弦桿件放在相應(yīng)位置上擺正對齊，利用自制大扳子、夾具和大錘等將其夾緊、打齊，點焊牢固。所有桿件與節(jié)點板點焊完畢后，將底座板及加強肋板點焊上。至此屋架完整的拼裝完畢。

2.5 焊接

要保證焊縫角高和余高。對個別采用立焊不理想的部位可用吊車將屋架立起或翻轉(zhuǎn)使立角焊變?yōu)槠浇呛浮τ诤缚p尺寸較大的，為防止焊接變形可以采用多遍焊的方法，即先將A面焊一遍底，而后翻轉(zhuǎn)將B面焊接完畢，最后再翻轉(zhuǎn)將A面焊接完成。在焊接完畢冷卻后我們將得到一個長度準確，幾何匯交點精確的屋架。

2.6 清理

焊接完畢后，要及時清理熔渣及飛濺物，進行外觀檢查，整榀H型鋼梯形屋架表面應(yīng)平整，整潔。焊縫處不得有裂紋、夾渣、焊瘤、氣孔、弧坑、未焊透等焊接缺陷，對接焊縫按設(shè)計要求進行X射線檢驗或超聲波檢驗。檢查符合國家相關(guān)要求標準后，方可投入使用。

3 制作與施工應(yīng)注意的具體細節(jié)

3.1 上弦對接處的焊接工藝要求

上弦對接處的焊接質(zhì)量將直接影響到整個屋架的品質(zhì)好壞，因此此處應(yīng)特別注意。

如圖2所示，為了錯開復(fù)雜的焊縫集中避免應(yīng)力集中于一處，制作時應(yīng)將此處翼緣板做成一個整體，長度應(yīng)大于800mm，根據(jù)焊接安全技術(shù)要求，上下翼緣板焊接時焊縫位置應(yīng)錯開200mm以上。為保證CO2保護焊熔透上弦腹板達到焊接質(zhì)量要求，在腹板對接時必須開雙面破口，如圖2所示，角度為60°，鈍邊為2mm，焊透。

3.2 腹桿的制作要求

為達到良好受力要求，腹桿制作時應(yīng)如圖4所示，腹桿腹板要直接延伸到上下弦腹板，接頭形式如圖5所示，應(yīng)根據(jù)實際尺寸進行修整，雙面施焊，所有焊縫一律焊滿。

3.3 下弦對接焊接工藝要求

下弦腹板對接時開單面破口間距為1mm，雙面施焊并焊透，翼緣板對接如上圖所示，開雙面45°破口，間距2mm焊透，上下兩翼緣板焊縫距離應(yīng)大于200mm，均為雙面施焊，焊縫冷卻后用角磨機打平。連接板焊接時，應(yīng)首先焊接系桿連接板，待焊縫冷卻至常溫再焊接水平支撐連接板，所有焊腳高度均為6mm以上。

4 焊接變形矯正

4.1 影響焊接變形的主要因素

影響焊接變形的主要因素有焊接設(shè)備、焊接工藝、焊接人員操作水平以及裝配質(zhì)量等。

4.2 焊接變形分析

H型鋼在焊接中會產(chǎn)生變形，其主要形式有：直線變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形等。焊接變形較大的焊縫是上下翼緣板與腹板的連接焊縫，斷面尺寸較大，焊接熱輸入量大，上下翼緣會產(chǎn)生較大的變形，并引起較大的縱向收縮，極易使焊接H型鋼在長度方向上產(chǎn)生變形。

4.3 對焊接變形采取的措施

①采用埋弧自動焊焊接。更換計量不準的電流表、電壓表等。

②采取上下翼緣板與腹板不留間隙的緊密抵緊法組焊工藝。

③確定最佳的焊接工藝參數(shù)。為獲得最佳焊接工藝參數(shù)，減小因焊接參數(shù)不合理引起的焊接變形，焊前應(yīng)進行焊接模擬工藝試驗。通過對各種數(shù)據(jù)記錄分析篩選、優(yōu)化、整理，得出一組最佳焊接工藝參數(shù)，提高焊接質(zhì)量并減少焊接變形量。

④選擇合理的焊接順序及焊接位置。制作埋弧焊接胎具，使其焊縫始終處于水平狀態(tài)；并采取分層、多次間隔焊接，以使每次輸入的焊接熱量減小，減少焊接變形量。

⑤焊接操作方面。為提高全員產(chǎn)品質(zhì)量意識和操作技能水平，組織焊工學(xué)習(xí)產(chǎn)品質(zhì)量法，對施工作業(yè)人員進行工藝方案交底，嚴肅焊劑紀律。

4.4 具體焊接變形解決方法

①直線變形：型鋼焊后的縱向收縮量是不可避免的，因此直線變形也不可避免。可通過號料時預(yù)留焊接收縮量來解決。

②彎曲變形：彎曲變形方向和大小主要是受H型鋼的四條角焊縫的焊接順序和工藝參數(shù)影響。為保證焊縫的焊接質(zhì)量，可采用“船型焊”以及工件的“翻轉(zhuǎn)法”和合理焊接順序來減少彎曲變形。產(chǎn)生彎曲變形的H型鋼，可在凸起一側(cè)用“三角形加熱法”矯正，加熱溫度在600～700℃，三角形夾角在30°左右。

③角變形：角變形的產(chǎn)生是由于焊接時在翼緣板厚度方向分布不均引起的。預(yù)防角變形的最好方法是反變形法。焊后發(fā)生角變形時，可采用火焰在貼角焊縫外側(cè)用“線加熱法”矯正，加熱寬度為板厚的2～3倍，溫度在500～600℃。

④扭曲變形：型鋼在焊接時由于工件裝配質(zhì)量不好以及焊接順序和焊接方向不合理，構(gòu)件焊后易出現(xiàn)扭曲變形，因此在焊接時，應(yīng)采取剛性固定并嚴格控制焊接順序和焊接方向。一般先焊有較大收縮變形的焊縫，后焊收縮變形較小的焊縫，并且盡可能減少焊接時的拘束。撓曲變形可采用三角形火焰加熱進行矯正。

5 結(jié)論

H型鋼構(gòu)件制作完成后進行第一次矯正，矯正后進行拼裝，拼裝完后進行第二次矯正即整體矯正。通過采用優(yōu)化后的焊接工藝參數(shù)及合理的制作流程，順利的完成了58榀H型鋼梯形屋架的制作任務(wù)并且一次成型，經(jīng)過對58榀H型鋼梯形屋架的質(zhì)量進行檢查，焊接變形量完全處于工藝規(guī)定范圍之內(nèi)，符合設(shè)計要求。制作成型后的H型鋼梯形屋架如下圖所示。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文