如何有效控制桁車梁的現場加工和焊接變形

摘 要:×發電廠2×600MW超臨界機組工程，我們承擔了汽機房桁車梁100t的加工制作（1800×750×14×25×10000），為有效控制桁車梁（H型鋼梁）的加工及焊接變形，就桁車梁變形的各種影響因素進行分析，提出了相應的控制措施。

關鍵詞:控制 桁車梁 加工 焊接變形

中圖分類號：TM7文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)07(b)-0099-02

在×發電廠2×600MW超臨界機組工程中，我們承擔了汽機房桁車梁100t的加工制作，見圖1（材質為Q235B，1800×750×14×25×10000），下料采用CG1-30型半自動切割機和等離子切割，焊接采用埋弧焊接、CO2氣體保護焊接和手工電弧焊接相結合的焊接工藝，主要焊縫采用埋弧焊接，加固筋采用CO2氣體保護焊和手工電弧焊。桁車梁在制作過程中，下料采用火焰切割產生的變形和焊接產生的變形，嚴重影響著工程的質量和結構承載力(桁車梁是按兩臺A3級別吊車起重量為80t/20t的載荷設計的)。質量要求：桁車梁的下翼緣焊縫等級為一級，其它焊縫為二級。翼緣對腹板的垂直度≤b/100，且≤2.0mm；梁連接處的腹板中心線偏移≤2.0mm；梁的直線度水平面上任意兩米范圍內≤±1mm、垂直面上任意兩米范圍內≤±2mm。由于是現場加工制作，受各方條件制約，現場沒有工廠化制作的校正設備，如校正鋼板用平板機和H型鋼矯正機，為有效控制桁車梁的制作和焊接產生的變形，預防和校正變形成為施工中的關鍵問題。采用合理的施工工藝和校正方法成為是否能控制好桁車梁工藝質量的關鍵問題。

1 影響桁車梁變形的工藝分析

1.1 鋼板加工過程中產生的變形，主要有三點

一是鋼材在軋制過程中軋輥沿其長度方向受熱不均勻，軋輥設備調整不當等原因造成鋼板自身殘余應力引起的變形；二是運輸和存放不當產生的變形；三是翼緣板、腹板在下料過程中產生縱向收縮變形。鋼板在找方劃線后，半自動切割機沿切割線方向進行切割，由于鋼板在切割過程中受熱不均勻，導致受熱端縮短和彎曲變形。經現場測試，10m長的翼緣板在單邊下料后，最多能產生30mm的變形（見圖2）。四是因桁車梁長度較大，組合裝配不當易產生扭曲變形。

1.2 焊接過程中產生的變形主要有以下幾個原因

一是焊縫截面積的影響，焊縫面積越大，冷卻時收縮引起的塑性變形量越大，焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的，而且是起主要的影響。因此，在板厚相同時，坡口尺寸越大，收縮變形越大。在焊接桁車梁腹板與翼板之間的T型焊縫厚度hf=8mm、焊腳高度k11mm時產生的變形，是桁車梁制作過程中最大的變形量，也是主要控制的對象；二是焊接方法的影響：由于采用焊接方法的不同，生產效率、焊縫質量差別很大，以手工電弧焊和埋弧自動焊相比：由于埋弧焊能使用大電流，焊縫的熔深增加、較厚的焊縫不開坡口也能焊透，電弧熱量集中利用率高，加快了焊接速度，構件不開坡口減少了打破口所用的時間，同時，減小由于焊縫截面積大產生的變形量。焊縫質量好，由于焊劑對電弧有可靠保護，防止了空氣的侵入，焊縫的化學成分和性能較均勻，焊縫表面成形好，消除了手工電弧焊中更換焊條容易引發的缺陷。焊件變形小；埋弧焊的熱能集中，焊接速度快，則焊縫熱影響區小，焊件的變形也小；三是焊接順序的影響：由于焊縫的長度、位置、部位及要求不同，按不同的焊接順序焊接，產生的變形量也各不相同。在桁車梁焊接過程中，加固筋和堵板的焊接顯得尤其重要，鋼梁加固筋和堵板在焊接過程中，焊件局部區域加熱后又冷卻凝固的熱過程，由于不均勻溫度場，導致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內部產生焊接應力而引起焊接變形，此種焊接變形主要有五種：縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形。綜合以上因素，制定合理的焊接順序和工藝是保證桁車梁工藝的主要手段。

2 對因加工制作過程中產生的變形進行控制

鋼板加工制作過程變形控制措施：一是對鋼板在軋制及運輸存放過程中產生的變形進行控制，對產生扭曲變形的鋼板利用現場的三輥卷板機進行校正，通過對鋼板正反多次滾壓校平鋼板；二是對鋼板的局部變形用平錘在平臺上進行錘擊校正或利用千斤頂在平臺上校正；三是對翼緣板、腹板在下料過程中產生縱向收縮變形進行控制，鋼板在找方劃線后，用兩臺半自動切割機沿切割線方向同速行走進行切割，鋼板在切割過程中兩邊同時受熱、冷卻，產生的變形相對較小，通過以上方法基本解決了鋼板單向變形大的問題。四是制作組合胎具和焊接支架來保證桁車梁焊接、裝配產生的扭曲變形。因桁車梁較長，在組合前我們對腹板和翼板的平整度進行了校正，使其直線度控制在≤L/1000mm，鋼板局部不平整度控制在≤1.5mm之內，腹面板和翼板之間的裝配間隙、對中位置等方法提高組裝、裝配精度，最大程度上減小桁車梁的扭曲變形。

3 對因焊接過程中產生的變形進行控制

3.1 焊接方法的先擇及角變形的控制

通過對焊接變形的分析和試驗，桁車梁的T型焊縫采用埋弧自動焊進行焊接時，桁車梁腹板不開坡口焊接可滿足圖紙要求，減少腹板開坡口所投工時及減少開坡口熱加工產生的變形。在焊前試驗中，我們制作了焊接專用胎架，確保焊縫為船形焊縫，自動埋弧焊焊完后鋼梁產生的角變形量在4mm左右，且焊縫焊偏在翼板上，焊縫外觀質量達不到工藝要求。為了解決焊接變形，我們采用焊前加裝反變形夾具的方法控制焊接角變形。埋弧焊接采用Φ4.0H08A焊絲，HJ431焊劑（使用前對焊劑進行250°～300°恒溫烘干2～3h，干燥、無雜質）。在焊接前桁車梁翼緣板加裝反變形夾具。焊接前將焊縫內外壁25mm范圍內的油、漆、銹清理干凈，焊縫間隙比較大時用手工電弧焊進行打底，在焊接前將桁車梁傾斜45°左右，焊船形縫，通過以上措施從根本上解決了桁車梁角變形和焊縫焊偏這一問題。

3.2 采用合理的焊接順序，減少加筋板產生的焊接變形

采取合理的焊接順序：在焊縫較多的組裝條件下，根據桁車梁形狀和焊縫的布置，采取先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫，先焊膨脹較大而不能自由收縮的焊縫，后焊膨脹較小而能自由收縮的焊縫，先焊靠近重心線處的焊縫，后焊重心線遠的焊縫原則。桁車梁結構中有六組加固筋，為了防止產生較大的變形，我們采用兩組四個焊工在桁車梁兩側對稱、分段、間斷跳焊，所有焊縫均不一次成型，通過以上措施有效地減少了焊接變形。

3.3 對端板焊接變形的校正

由于端板焊接的位置不宜埋弧自動焊接，且端板（δ=25mm）是單面焊接，焊腳高度k=12。我們采用CO2氣體保護焊，焊接時采用對稱、多層多道焊接，由于CO2氣體保護焊接變形小，事前沒有采取反變形措施，焊后產生了的角變形也不大，變形量在2mm，后我們運用大規格烤把，在焊縫中心處左右20mm處進行三角形火焰校正，溫度在600～800℃之間，解決了端板焊接變形的問題。

4 對因焊接應力的控制

由于在制作時為控制焊接變形，使用了反變形的夾具，導致結構內增大了焊后的殘余應力。在焊接過程中要求焊工用錘擊法減小焊接殘余應力，即在在每層焊道焊完后立即用圓頭敲渣小錘均勻敲擊焊縫金屬，使其產生塑性延伸變形，并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應力。另外，桁車梁焊接完后采用噴砂除銹，通過石英砂均勻敲打來抵消構件的焊接應力。

5 結語

通過對汽機房大型桁車梁的加工焊接采取的一系列措施，保證了桁車梁的整體質量，工藝要求、焊接要求都達到了規范要求，由于現場制作減少了二次搬運，同時施工進度便于保證，對安裝汽機房行車奠定了基礎，且采取反變形夾具能保證桁車梁軌道的直線度和平整度。在車間加工的桁車梁，采用了H型鋼翼緣矯正機，但是矯正輪只能讓開腹板中心左右20mm（矯正機型號不一樣，中心距不一樣），桁車梁中間凹，翼緣板兩邊平齊。行車軌道安裝時放不平，還得進行加墊調整，對行車長期穩定行走有一定的影響。采用反變形夾具矯正的鋼梁，翼緣板上平面水平度能保證，確保行車平穩。

參考文獻

[1]×發電廠2×600MW超臨界機組工程汽機房桁車梁圖紙.

[2]鋼結構工程施工質量驗收規范（GB50 205-2001）.