薄壁箱形構件組裝焊接技術

夏 華

（長江精工鋼結構（集團）股份有限公司，浙江紹興312030）

薄壁箱形構件組裝焊接技術

夏 華

（長江精工鋼結構（集團）股份有限公司，浙江紹興312030）

詳細分析薄壁箱形構件焊接的特點和難點，并結合工廠實際制作能力制訂有針對性的工藝技術措施。這些措施包括從焊接工藝原理的角度，合理、科學地設計出各主要焊縫的形式、主結構裝配順序、焊縫焊接順序和工藝要求，保證結構受力性能和結構的尺寸穩定，構件制作質量達到優良標準。通過該類型構件的制作，也給建筑鋼結構工廠制作工藝賦予了新的涵義——以工廠實際制作能力為本，打破常規，推陳出新，觸類旁通。

薄壁箱形構件；焊接順序；裝配順序

1概述

在鋼結構構件設計中，結構工程師為了提高構件的截面性能、節約鋼材，往往把構件設計得高而寬，相應的壁板比較薄，特別是箱型構件，這樣的構件在制作過程中容易產生較大的焊接變形、板件過燒等問題。針對這一現狀，總結公司在以往工程中對薄壁箱形構件（見圖1）采用的一些必要工藝措施，形成了此項薄壁箱形構件組裝焊接技術。

圖1 薄壁箱形構件示意

2焊接坡口及焊接方法的確定

2.1焊接坡口

在薄壁箱型構件中，由于壁板較薄（小于等于12 mm），壁板間接頭墊板一般采用L30×3的角鋼，壁板不開坡口，兩壁板組裝留4～6 mm間隙。焊接坡口如圖2所示。

2.2焊接方法

針對腹板和翼板之間的坡口型式和構件自身

特點，同時結合公司的設備，采用雙絲氣體保護自動焊機焊接薄壁構件的四條縱向焊縫。相較其他焊接方法，雙絲氣保焊具有以下優勢：

（1）因使用細焊絲、大電流密度以及有CO2保護氣體的冷卻、壓縮作用，而且采用雙絲焊接，使電弧能量集中，焊縫熔深大、焊接效率高。

（2）焊道窄，母材加熱較集中，熱影響區較小，相應的變形和殘余應力較小，針對薄壁大型箱體通長焊縫焊接最為合適。

（3）明弧作業，工件的坡口形狀可見，便于電弧對準待焊部位。

（4）氣保焊為低氫焊接方法，對焊接延遲裂紋產生的敏感性較小。

（5）氣保焊焊絲選用ER50-6，直徑φ1.2 mm，氣體選用CO2。

圖2 焊接坡口

3板料準備

3.1鋼板下料

對如縱向勁板等小型規則板料采用剪板機下料。對箱體面板采用等離子切割機或大型剪板機下料。如采用等離子切割，為減少板料受熱不均勻變形，在下料時必須采用數把槍頭同時切割，如圖3所示。

圖3 等離子多頭切割

鋼板下料時應放置焊接收縮補償余量，板件的實際下料尺寸=理論尺寸+焊接收縮量+加工余量-焊接間隙。鋼板下料后應打磨切割邊，去除割渣、毛刺等物。主板條料切割加工時，長度小于5 000 mm時加放25 mm后續切割余量，大于5 000 mm時放30 mm后續切割余量。

首件切割并檢查合格后再進行正式切割。等離子切割工藝參數如表1所示。

表1 等離子切割工藝參數

3.2板料矯平

下料切割時保證切割精度，下料后對下料零部件進行檢驗矯正，控制零部件的變形。對薄板采取七輥矯平機消除變形與殘余應力，矯平后確保鋼板平面度在1 mm/m以內。

4構件裝配

組裝焊接選用的焊接材料應與正式焊接時一致，高強度鋼與低強度鋼間的組裝焊接應按低強度鋼選擇焊接材料。

箱體的組裝、焊接在兩條（縱向、橫向）BOX流水線上進行，組裝順序如下：把其中一塊翼板放置在平臺上，將橫向、縱向勁板定位在翼板上；同時將縱向勁板、焊接墊板定位在腹板上；將縱向勁板定位在另一塊翼板上，如圖4所示。

在BOX流水線上將腹板放置在翼板上，通過兩側的油缸頂緊裝置將腹板和翼板及勁板頂緊，確保構件的組裝尺寸后焊接，勁板與面板之間采用間斷焊。鑒于本構件的板較薄，在頂緊時應控制壓力大小，并需大面積均勻施壓，嚴禁局部加壓導致變形，如圖5所示。

組裝上翼板，用流水線中組立機從上而下的頂緊裝置將上翼板和已組成的U形構件頂緊，確保尺寸后定位焊。頂緊時應大面積均勻施壓，如圖6所示。

最后將組裝好的構件通過輥道移到雙絲氣保焊機中，焊接箱體的翼板和腹板的通長焊縫；上翼板與勁板之間的焊縫采用人從兩側鉆入內部、半自

動氣保焊機焊接。

橫向勁板設置及焊接要求：間距2000mm，橫向勁板厚度為6 mm或8 mm，與面板采用三邊間斷雙面角焊縫焊接，焊縫長度60 mm，焊腳尺寸6 mm。兩端面的加勁板必須四面焊接，保證良好的外觀成形。

圖4 組裝定位

圖5 U形構件

圖6 箱體頂緊

5焊接變形的控制

5.1焊前控制措施

（1）剛性固定法。

采用設計合理的組對組焊胎夾具固定焊件，增加其剛性，達到減小焊接變形的目的，保證裝配的幾何尺寸。本構件的面板太薄，每塊面板長度方向上需焊接兩道縱向勁板。

（2）點固焊工藝對焊接變形的影響。

點固焊不僅能保證焊接間隙而且具有一定的抗變形能力，但是要考慮點固焊焊點的數量、尺寸以及焊點之間的距離。對于薄板變形來說，點固焊工藝不當可能會在焊接前就產生相當的殘余焊接應力，為隨后的焊接殘余應力積累帶來影響。點焊尺寸過小可能導致焊接過程中產生開裂而無法保證焊接間隙，而過大可能導致焊道背面未熔透而影響接頭的完整性。點固焊的順序、焊點距離的合理選擇也相當重要。點固焊尺寸40 mm，間距300 mm。

5.2焊接過程中控制措施

（1）加勁板的焊接。

采用熱輸入量較小的氣保焊進行焊接，焊縫采

用間斷焊。焊接時由兩名焊工對稱從中間向兩側焊接，有利于應力的分散和釋放，更好地控制面板的扭曲變形和彎曲變形。焊接順序如圖7所示。

圖7 加勁板的焊接

（2）主焊縫的焊接。

箱型主焊縫采用氣體保護焊（GMAW）焊接，焊接設備為OTC-XC-500/OTC-XD-500氣保焊機，焊接位置采用平焊位置焊接；T形接頭蓋面采用船形位置焊接。

①正面打底：檢查打底焊縫質量合格后翻身90°。

②反面打底、填充層：檢查打底焊縫質量合格后進行反面填充層焊接，填充厚度為2/3厚度；檢查焊縫質量合格后翻身90°。

③正面填充、蓋面：正面焊至滿焊，檢查外觀合格后翻身90°。

④反面填充、蓋面：反面焊道焊至滿焊。

⑤焊接時由兩名焊工同時對稱焊接，并采用分段跳焊，每段長度1 000～1 500 mm，反面焊道焊接方向與正面相反。

⑥焊接順序示意如圖8所示。

圖8 主焊縫的焊接順序

5.3焊后控制措施

焊后變形采用火焰矯正。

采用多點加熱的方式矯正薄板焊后的凹凸變形，加熱點直徑不小于15 mm，加熱時點與點的距離應隨變形量而定，一般在50～100 mm。

火焰矯正加熱方法有點狀加熱、現狀加熱、三角形加熱，加熱位置應在構件需收縮的一邊。加熱順序為先矯正變形大的局部，再矯正變形小的部位。采用外力輔助矯正時，冷卻時當溫度下降到200℃～400℃時，須解除全部外力，使其自然收縮。

6焊接應力的消減

（1）減小焊縫尺寸：翼板和腹板的焊縫接頭形式采用不開坡口的窄間隙（4 mm）形式，將焊縫的截面尺寸降到最低程度。

（2）采取合理的焊接順序尤為重要。

（3）采用局部退火消除焊接應力，局部退火是采用加熱器局部加熱接頭兩側一定范圍的方法消減應力。

（4）采用VASA超能振動消除應力專家系統對焊后的構件進行振動時效處理。

7制作精度的保證與測量

7.1原材料的保證

構件所需材料必須從國內外大型鋼廠采購，質保單等資料必須齊全。鋼板到廠后必須進行檢查，鋼板的各方面指標偏差必須符合設計要求。

7.2下料精度的保證

薄壁板件的下料對加工設備的要求較高，減少因設備原因而產生的偏差。

設備的操作員工必須持證上崗，嚴禁隨意操作，減少因人員原因引起的偏差。

下料后對不平度超差的構件采用矯平機矯平，矯平后精度必須達到設計要求。切割時允許的偏差如表2所示。

7.3組焊時精度的保證

（1）焊接墊板采用角鋼代替常用的扁鐵，更好地確保截面形狀。

（2）組裝時考慮截面的焊接收縮量，將焊接收縮值體現在組裝的截面尺寸中。

（3）在組裝前，對于長度方向的尺寸精度放余量15 mm，待焊接矯正并完成后，采用端面銑將構件銑到需要長度。

（4）在組焊時采用剛性固定，減少焊接變形。

（5）采用兩側同時焊接，減少變形，提高精度。

表2 允許偏差

7.4測量

采用卷尺測量構件長度。所用卷尺必須經過計量部門檢驗合格，并且現場測量的卷尺與工廠所用的測量卷尺最好一致，避免工廠、現場兩地因溫度差異導致測量工具熱脹冷縮引起測量誤差。

構件的彎扭采用水準儀進行測量。測量時將構件放在預先測平的檢測平臺上，然后用水準儀測量構件的兩端頭和中間部位（每隔2 000 mm測一點），再根據測量的數據對構件進行適當的火工矯正，使其符合設計要求。

8結論

鑒于薄壁箱型構件的結構形式，合理的拼裝和焊接順序，嚴格的設計尺寸要求，工廠的制作工藝打破了常規工藝措施，規矩而又不乏標新，制定出合理、科學而嚴謹的裝配、焊接工藝，攻克了制作、焊接的重難點，保證了節點結構受力性能以及結構的尺寸穩定，制作質量達到優良標準。通過該類型構件的制作，也給建筑鋼結構工廠制作的工藝技術賦予了新的涵義——以工廠實際制作能力為本，打破常規，推陳出新，觸類旁通。

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Thin wall box member assembly welding technology

XIA Hua
（Changjiang Jinggong Steel Building Group，Shaoxing 312030，China）

This paper analyzed in detail the characteristics of the welded thin-wall box components with difficulty，combined with factory actual production capacity to develop targeted process technical measures.These measures included the principles of welding technology from the point of view，rational，and scientific design of the form of the main weld，the main structure，assembly sequence，weld welding sequence and process requirements，to ensure the node structure performance and the size of the structure stability.The whole project of the component production reached the standard of good quality.By the type of components manufacture，to construction steel structure factory production technology gives new meaning to the factory to make the actual capacity for this，break the routine，situation，instance.

thin wall box member；welding sequence；assembly sequence

TG457

B

1001-2303（2016）11-0102-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.22

獻

夏華.薄壁箱形構件組裝焊接技術[J].電焊機，2016，46（11）：102-106.

2016-06-30

夏華（1976—），男，安徽定遠人，主要從事鋼結構技術研究工作。