十字柱-箱型柱轉換節點的加工制作工藝

吳德勝

1. 節點形式

十字柱-箱型柱轉換節點是由下節十字柱過渡到上節箱型柱的轉換段，采用柱中套柱結構，且截面為變截面，鋼柱內部還匹配大量的T形加勁肋，外部設有環板和加勁板。

2. 鋼結構特點

轉換節點主要由十字柱、箱型柱、環板及加勁板等組成。外形尺寸為9 750mm×3 350mm×2 800mm，質量高達47t多。節點最大鋼板厚度60mm。

鋼板材質：十字柱及與其相連的加勁肋采用Q390B鋼材，箱型柱采用Q420GJC鋼材，其余零部件均采用Q345B鋼材；當鋼板厚度≥40mm時，均需滿足Z15的Z向性能要求。

轉換節點為全焊接結構，構造復雜，組裝、焊接難度大。區別于一般鋼構件，有以下幾個特點：①轉換節點零件板采用了Q345B、Q390B、Q420GJC低合金高強度結構鋼，鋼板最大厚度60mm，焊接時，冷裂紋傾向性大。②除T形加勁肋與箱型焊接采用角焊縫外，其余焊縫均要求全熔透一級，質量等級要求高，對焊工提出了更高的要求。③轉換節點零件板數量高達170塊，故焊縫數量多，易造成焊接變形，變形后難矯正。④根據構件結構形式及焊接工藝要求，節點組裝焊接時，要進行多次翻身。⑤大量的K形接頭焊縫導致易出現層狀撕裂。

3. 制作工藝

（1）零部件加工 在下料前，對鋼板進行矯平，以達到消除鋼板內應力、矯平鋼板平面度的要求。根據零件尺寸要求，同時考慮一定的焊縫收縮余量，采用數控火焰直條切割機（如十字柱的翼腹板）和數控火焰切割機（如加勁板、環板）進行切割下料。下料后先矯正火焰切割造成的變形，再采用半自動火焰切割機進行坡口加工（見圖1、圖2）。

（2）構件加工 T形鋼加工：在翼板上畫好定位基準線后進行T 形組立，定位焊采用C O2氣體保護焊，焊腳高度不得大于設計焊縫高度的2/3；定位焊縫長度為20mm，焊道間距300mm。為減少焊接變形，采取兩根T形組對的方法進行組立焊接：將檢測合格的T形鋼吊上胎架，兩塊T形鋼腹板用工藝板連接，工藝板兩側對稱安裝；根據圖樣檢測并調整T形組對的尺寸，用千斤頂頂緊后進行定位焊；T形鋼組對完成后，在船形胎架上進行主焊縫焊接，采用埋弧焊，同時為控制焊接變形采取對稱施焊；焊接完成后矯正，拆除工藝板并打磨。

圖1 加勁板的坡口加工

圖2 T形鋼板的坡口加工

十字柱加工：十字柱制作工藝由一個H形鋼柱與兩個T形柱組合焊接而成。由于轉換節點中的十字柱截面為變截面，故先將翼腹板均為變截面的H形鋼組立好，并根據H形鋼的生產流水線工藝加工制作，然后再將兩個T型柱與變截面的H型鋼柱組立成十字柱，矯正后按十字型柱加工工藝組焊，并矯正至合格狀態。

L形、槽形鋼板加工及組裝：在鋼板折彎的區域畫好折彎基準線，鋼板加熱采用整體加熱方式。加熱溫度900~1 000℃為宜，且溫度（鋼板內、外）均勻，務必要防止部分區域過熱現象。鋼板折彎加工時的溫度嚴禁＜800℃，在鋼板溫度下降到800℃以下時嚴禁再進行折彎加工。加熱后鋼板在油壓機上進行逐步折彎，折彎角度90°。根據油壓機的行程量控制折彎角度大小，同時控制好進給量、鋼板折彎的回彈量和終壓溫度（終壓溫度應≥800℃）。折彎時可用靠模測量（靠模按內環板外邊緣尺寸，按1:1比例制作），避免折彎過量。鋼板折彎成形后除尺寸檢驗外，需對折彎處鋼板受拉面進行磁粉、超聲波探傷，同時還需對加熱溫度記錄進行檢查。

L形、槽形鋼板組裝前，先對彎弧后的鋼板進行復核，必要時采用火焰矯正，合格后方可進行T形肋板的裝焊（見圖3）。壁板上面的T型肋板與壁板焊縫要求雙面角焊縫，焊接時要求兩側角焊縫對稱同時施焊，焊后進行再次檢測并矯正。

（3）節點組裝流程 根據結構形式及焊縫焊接質量等工藝要求，確定節點組裝采用“逐步組裝、分步焊接、整體成形”的工藝方案。

圖3 L形鋼板上的T型肋板裝焊

4. 焊接技術

（1）焊接方法 十字柱-箱型柱的焊接采取CO2氣體保護焊+埋弧焊組合焊接；環板及勁板焊接采取CO2氣體保護焊。

（2）焊接順序 ①十字柱外側勁板焊接。沿柱身高度方向，按圖樣要求依次裝焊十字柱外側勁板，裝焊時先焊接勁板間對接焊縫，然后焊與十字柱連接焊縫。連接焊縫焊接時由雙數焊工兩側對稱施焊。②箱型段組裝焊接。按圖樣要求依次組裝，焊接時先焊各分段之間對接環焊縫，然后焊各段拼接縱焊縫。拼接縱焊縫焊接時，依次從第一段向第三段逐段施焊。③環板及勁板焊接。先組裝外側環板，接著組裝環板勁板。先焊環板與箱型柱壁板的環焊縫，再焊環板之間的對接焊縫。焊接加勁板時，宜采取中間向兩邊逐裝逐焊的工藝方法。

（3）焊接參數 主要焊接參數如附表所示。

（4）焊接變形控制 ①在進行圖樣深化時，配合工藝在保證焊縫焊透的前提下，采取窄間隙焊接坡口形式。②厚板焊接時，焊前必須預熱以防止層狀撕裂；同時為防止厚板焊后產生角變形，首道焊縫焊接時，借用反變形措施來減小焊后的角變形量，反變形角度可為3°。其余焊縫焊接時，可加工藝支撐條，焊接完后用氣割切割，并打磨光滑。③焊接時采用合理的焊接順序，同時盡可能采用小熱輸入量，多道多層焊接方法以減少焊接變形。④焊后采用保溫棉進行保溫或進行消氫熱處理。

5.結語

通過對十字柱-箱型柱轉換節點各部分零件的拼接工藝分析，制定了“逐步組裝、分步焊接、整體成形”的工藝方法，有效解決了尺寸大、重量重的大型轉換節點的裝焊，對于同種類型的構件制作具有很好的借鑒作用。

主要焊接參數