超重格構式鋼柱制作工藝技術研發

王亮 靳毅 潘卓 朱美寧 馮爾云

摘要：超重格構式鋼柱產品廣泛應用于大型體育館、展覽館、重型工業廠房等大跨度結構。超重格構式鋼柱產品，受力及制作工藝復雜，要求高。借助國內外先進設計分析軟件及虛擬制造安裝軟件，進行設計研究及虛擬安裝研究，能夠有效得進行結構優化設計，創新制作工藝及施工方案的改進，有效提高產品質量。

關鍵詞：鋼結構；格構式鋼柱；制作工藝；

1 前言

未來鋼結構技術發展趨勢主要體現在設計理念、新產品開發、鋼材品種質量、制作安裝設備及計算機應用、科學管理等方面。面對激烈競爭的全球鋼結構市場，國外的一些鋼結構制造業在采用先進鋼結構制作工藝技術的同時，在鋼結構用材上加大研發力度，不斷開發新型材料及其應用技術，而格構式的制作技術就是其中之一。

格構柱，即由型鋼拼制而成的桁架柱，由2根以上的主枝拼裝而成.主枝與主枝之間由型鋼或型材連接的結構；超重格構柱，則是構件平均重量大于300kg/m的格構柱，在達到相同承載力的情況下，格構式鋼柱相比于其他形式的鋼柱，更節約鋼材，所以廣泛用于高承載力、大跨度的重鋼結構廠房中。

2 工程概況

我公司借鑒以前格構式鋼柱的生產經驗，對寶鋼廣東湛江鋼鐵基地項目2250mm熱軋主體工程鋼結構工程的格構柱進行開發，有助于我公司對格構式鋼柱的高效制作積累經驗，優化生產流程，進而提升在海南省鋼結構領域中的優勢，對于擴寬市場有著重要的的意義。

本工程的鋼柱均為雙肢格構式與實腹式結合的形式（如圖1所示）。上柱為焊接H型實腹式，下柱為雙肢格構式鋼管混凝土柱，柱腳采用分離式柱腳，肩梁采用單腹壁肩梁。鋼柱有以下特點：

1.重量大：平均重量達7.4噸，最重的達8.4噸；

2.體積大：拼裝好后，柱子最高達23.5m，雙肢柱中心距達2.5m；

3.肩梁處工藝裝配比較復雜：很多零件穿插拼接后才施焊；

4.熔透焊縫多：肩梁處、柱頂鋼梁連接板處所有接料焊縫均屬一級焊縫要求，采用100%UT檢查；

5.工期緊：整個項目2600t，計劃45天完成全部發運，加工鋼柱的時間配額短。

圖1 格構柱三維圖

3 研制過程

本項目以顧客的要求和產品的技術指標為研究設計依據。主要研究內容有：重型格構柱制作工藝設計，廠內加工難點優化，焊接變形控制技術等。

根據加工廠設備、場地等情況，決定將鋼柱分兩段制作，而加工工藝也有所改動（如圖3所示）。由技術骨干人員負責相應工序的工藝方案制定和生產過程技術服務，通過控制過程質量來保障產品質量。

3.1工藝設計

本項目根據格構式鋼柱結構，提出了兩個方案：方案一采用常規的“切料——焊接——矯正——噴漆”工序，優點是符合工廠設備的流水線設計，制作會比較流暢，但由于除銹機器允許構件高度不大于2m，需要對機器改裝調試，成本偏大；方案二即為上面提出的工藝流程，先將零件除銹、噴底、中漆后，再返回正常工序。雖然零件多一次周轉，但是省去了改裝設備的開銷，可行性更強，最終定位最優方案。

3.2施工方案確定

肩梁與下肢柱在專用拼裝胎上整體拼裝焊接成柱頭小組成，雙肢之間的斜腹桿采用相貫線切割機下料確精度。因構件過高翻轉困難，在確保焊接變形可控情況下，盡可能減少翻轉次數，并實現各條熔透焊縫的平位清根焊接，減小焊接作業難度保證焊縫質量。

上肢柱為常規工型，可在工型拼裝胎上拼裝，在埋弧自動焊船形位置焊接4條主角焊縫以保證焊縫成型和質量。

3.3焊接工藝

定位焊焊縫所采用的焊接材料及焊接工藝要求與正式焊縫的要求相同；定位焊焊縫的焊接避免在焊縫的起始、結束和拐角處施焊，弧坑填滿，嚴禁在焊區以外的母材上引弧和熄弧。定位焊的焊角尺寸不大于焊縫設計尺寸的2/3，且不得小于4mm；定位焊清除熔渣，檢查定位焊焊縫有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷時，必須清除后重新焊接。

多層和多道焊時，在焊接過程中嚴格清除焊道或焊層間的焊渣、夾渣、氧化物等，可采用砂輪、鑿子及鋼絲刷等工具進行清理；從接頭的兩側進行焊接完全焊透的對接焊縫時，在反面開始焊接之前，采用適當的方法 （如碳刨等）清理根部至正面完整焊縫金屬為止，清理部分的深度不得大于該部分的寬度；每一焊道熔敷金屬的深度或熔敷的最大寬度不超過焊道表面的寬度；同一焊縫連續施焊，一次完成；不能一次完成的焊縫注意焊后的緩冷和重新焊接前的預熱。

4 技術創新點

經過共享鋼構質檢部和顧客的聯合檢驗和評定，通過本項目研發而制作的產品符合顧客技術標準、規范要求，主要技術指標尺寸、焊腳高度、焊縫質量、探傷合格率等均以達到客戶的要求，得到客戶的充分認可，到目前已按照約定的工期全部發貨。

本項目的技術創新性與先進性主要體現在以下幾方面：

4.1技術方面

掌握了超重雙肢格構柱的制作方法。超重雙肢格構柱是我司投產以來第一次接觸此類產品。從詳圖深化、工人識圖、技術難點上積累了寶貴的經驗；

4.2工藝路線方面

制定了符合我公司的超大體積構件的工藝制作路線；合理對超大構件進行分段，節約了機器的改造成本；保證了加工進度；

4.3焊接方面

施焊時合理的安排焊接順序，根據可以減少焊接變形，使施工難度大的多條熔透焊縫實現平位焊接，保證工程質量；該項目所有主材拼接焊縫的外觀檢查和無損檢驗要求符合一級焊縫質量標準，為今后類似的施工達到探傷標準提供了參考依據。

5 結論

本文結合工程實例，通過應用Tekla Structures、PIPE2002、CAD軟件對超重格構式鋼柱制作產品的優化設計、虛擬制造安裝的研究分析，總結出一套復雜異型空間管桁架設計、制作及安裝工藝技術，此工藝操作簡便，構件曲面成型效果好，制作整體尺寸精度高，焊接質量好，實施性強，使工程能夠順利完成安裝，滿足標準規范要求。

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