東方電氣(廣州)重型機器聯合廠房鋼結構加工制作工藝

馬世龍

(中國十五冶金建設集團有限公司，湖北 武漢 430075）

1 工程概況

東方電氣（廣州）重型機器聯合廠房工程位于南沙區黃閣鎮連溪大道，為單層重型鋼結構廠房工程，廠房建筑面積56521m2，長346.65m，寬163.05m，屋頂最大高度35.73 m，長度方向為18 m間距的21根鋼柱組成，寬度方向分五跨，跨度依次為AB跨24m、CD跨36m、EF跨36m、GH跨30m、JK跨30m，在廠房的CD跨上層設置了最大起重能力為600 t的行車，該工程總用鋼量15 416 t。整體結構效果如圖1所示。

2 鋼結構主要特點

圖1 東方電氣（廣州）重型機器聯合廠房建筑效果

鋼柱為三階鋼柱，下柱為雙肢格構柱，中柱為“雙聯六口”箱型柱，上柱為焊接組合工字型柱。柱高（長）43.9 m，單柱最大質量90 t。

屋梁為焊接組合工字型變截面，最大截面寬1200 mm，高2500mm。

鋼吊車梁跨度18 m，截面為組合焊接工字型等截面，高4 500 mm，寬850 mm，單根質量30 t。

3鋼結構制作難點

本工程鋼材主要為Q235B和Q345B兩種材質，所有主材拼接焊縫均要求等強焊透，其焊縫質量等級為一級，受拉對接焊縫應達到一級焊縫的質量要求。由于鋼構件尺寸大、結構復雜，所使用的鋼板屬于厚板和特厚板，造成整個工程的鋼結構制作相當有難度，具體體現在以下方面：

（1）該工程主要構件均由焊接H型鋼組成，部分巨型柱、梁需分段制作，最終由多個大型焊接構件拼裝組成，在拼裝時由于構件變形使構件整體存在內部應力，從而影響焊縫的受力情況，最終影響整個構件的結構安全，因此控制拼裝焊縫質量，成為該工程的一項技術難點。巨型柱結構效果如圖2所示。

圖2 巨型柱結構效果

（2）鋼板較厚，最厚達100 mm，本工程的焊接顯得非常有難度，尤其是巨型柱、屋梁、吊車梁、鋼柱牛腿等焊接，如何控制焊接時的焊接應力引起的變形，如何確保全熔焊接透一次性合格，這是該工程的一項技術難點。

（3）由于厚板焊接時拘束度大，節點復雜，焊接殘余應力大，焊縫施焊熔敷金屬量大，施焊作業時間長，在焊接過程中容易產生熱裂紋和冷裂紋，有的甚至在焊后幾天才出現裂紋（延遲裂紋）。

4 鋼結構制作工藝

4.1 主要工藝流程

零件下料→零件邊緣加工和坡口加工→組裝→坡口質量檢查→焊接→焊縫外觀檢查→焊縫無損檢測。

4.2 主要焊接設備

普通門式埋弧焊機：主要用于焊接H型鋼、T型焊縫的焊接。

交流和直流焊條電弧焊：用于打底焊縫的焊接。

碳弧氣刨機：主要用于焊縫根部清根。

半自動CO2氣體保護焊機：用于各類T型焊縫和角焊縫的焊接。

4.3 焊接坡口

合理選擇焊接坡口對焊接質量至關重要，焊接坡口主要根據行業標準《建筑鋼結構焊接技術規范》JGJ81-2002進行選擇。板厚大于等于10mm的對接焊縫采用V型坡口；板厚大于等于20 mm的對接焊縫采用X型坡口；腹板厚度大于等于25 mm的鋼柱及吊車梁翼緣與腹板T型焊縫，采用K型坡口焊接。

4.4 焊接操作要求

（1）根據《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002要求，考試合格取得相應項目部資格的合格焊工擔任該項目鋼結構焊接工作，同時要求具有一定的焊接經驗。

（2）焊接前根據《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81-2002進行焊接工藝評定，檢測試焊焊縫性能，選擇最佳焊接工藝，進行交底，焊接作業人員根據最佳焊接工藝指導書要求進行焊接作業。

（3）焊前對焊絲、焊條根據說明書和規范要求進行烘干，并放入保溫筒內隨取隨用。

4.5 焊接質量控制

（1）對異形厚板結構可設置胎膜夾具，對構件進行拘束來控制變形。本工程根據構件的形狀，制作胎膜夾具，將構件處于固定狀態下進行裝配、定位、焊接，從而控制焊接變形。

（2）厚板焊接后的角變形控。必須對每條焊縫正反兩面分階段反復施焊，或同一條焊縫分兩個時段施焊。施焊時隨時觀察角變形情況，準備翻身焊接，以盡可能減少焊接變形和焊縫內應力。

（3）厚板焊接產生熱裂紋和冷裂紋的主要原因與焊后冷卻速度有關，在本工程中采取焊前預熱、焊后保溫、消除應力等措施來防止焊接裂紋產生。焊前預熱焊縫區，焊接預熱溫度如表1所示。

表1 常用鋼材最低預熱溫度要求 ℃

在焊接過程中必須注意焊縫層間溫度的控制措施，如果層間溫度不控制，焊縫區域會出現多次熱應變，產生的殘余應力對焊縫質量不利。一般層間溫度控制在100℃~200℃，為了保持該溫度，厚板焊接時要求一次性焊接連續作業完成。

為防止熱影響區快速冷卻到產生冷裂紋的區間，需要采取保溫措施。在焊后溫度高于150℃時，采用石棉布覆蓋焊縫區1~2h；在焊縫溫度低于150℃時，采用火焰緊急加熱，使焊縫區域溫度恢復到150℃以上，再用石棉布覆蓋焊縫1~2 h。

對中間層焊縫進行消除應力處理，用圓頭小錘頭或小型震動工具輕微錘擊焊縫，但不要對根部焊縫或坡口邊緣的母材進行錘擊。

5 焊接質量保證

5.1 焊接過程質量控制

下料尺寸檢查→焊接坡口尺寸檢查→組裝尺寸和坡口間隙尺寸檢查→焊條合規檢查→檢查是否按焊接工藝指導作業書作業→焊縫外觀尺寸檢查→焊縫無損檢測。

5.2 項目管理質量控制

（1）建立完善的質量管理體系，落實質量職責，責任到人，嚴格監控鋼結構制作過程質量控制。

（2）制定嚴格的材料管理制度，工程所需的原材料必須是合格供應商提供的優質品，無證產品一律不準進廠。

（3）組織技術人員，認真閱讀圖紙，確定關鍵工序，編制施工工藝卡，進行評定，在制作前對所有構件均在鋼平臺上放樣，量取實際尺寸。

（4）鋼結構制作過程中，嚴格執行自檢、互檢、專檢制度，每道工序必須在自檢達到優良標準后，才能進行下一道工序，檢驗工作落實到人，對不符合質量目標的構件，及時標識返修，杜絕不合格品流入下道工序。

6 結論

（1）本工程屬于重型機械廠房鋼結構，焊接質量直接影響到該工程的質量和整體經濟效益，通過上述技術措施和工藝方案的落實，解決了一系列厚板焊接質量控制難點，使該項目的鋼結構焊接工作得到了有效的控制，產品的焊接質量、外形尺寸均符合驗收規范和設計要求，焊縫一次性檢查驗收合格率達95%以上。

（2）該項目用鋼量規模大，多半使用鋼材屬于厚板和特厚板，其鋼結構制作難度大，其焊接技術經驗，對公司今后類似工程具有較大的借鑒價值。