異型鋼結(jié)構(gòu)料倉(cāng)制作技術(shù)研究

張 飛， 王賢東

(長(zhǎng)江精工鋼結(jié)構(gòu)(集團(tuán))股份有限公司，安徽 六安 237161)

0 引 言

異形鋼結(jié)構(gòu)料倉(cāng)主體為鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主體上部為長(zhǎng)方形設(shè)計(jì)，且上大下小，呈一定錐度結(jié)構(gòu)，下部收縮，內(nèi)部為分布式料倉(cāng)口，形狀為錐形漏斗，內(nèi)外做環(huán)形板及加勁板作為主框架支撐，保證整體結(jié)構(gòu)自然受力均勻[1]。在料倉(cāng)的制作過程，為避免開鋼平板翹曲，需使用正板下料，保證其鋼板表面的平整度及尺寸要求。再根據(jù)料倉(cāng)構(gòu)件類型，為避開焊縫重合、鋼板變形等問題，通過工藝模擬，制定合適的裝配、焊接順序。再結(jié)合相對(duì)穩(wěn)定、合理的焊接參數(shù)，對(duì)料倉(cāng)環(huán)板進(jìn)行分段跳焊，從中間向兩端跳焊，焊縫滿焊，以此保證焊接后不變形，料倉(cāng)開襠尺寸合格。

1 料倉(cāng)結(jié)構(gòu)的整體介紹

該項(xiàng)目工程的料倉(cāng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，上口呈長(zhǎng)方形，主體結(jié)構(gòu)是由兩側(cè)超長(zhǎng)邊的LD-1和LD-21壁板，以及兩側(cè)短邊的LD-15和LD-16組成，外部在壁板四周分布為上下共3道環(huán)板環(huán)圍壁板，三道環(huán)板分別與壁板、小三角加勁板進(jìn)行連接，內(nèi)部為角鋼及分叉料倉(cāng)口鋼板隔斷組成。

圖1 料倉(cāng)整體效果圖

2 制作過程的控制

2.1 鋼板對(duì)接

2.1.1 鋼板對(duì)接操作要點(diǎn)

(1) 料倉(cāng)主要鋼板零件(LD-1/LD-21/LD-15/LD-16)在鋼板對(duì)接時(shí)全部選擇正板制作[1]，即在工程鋼板采購(gòu)時(shí)做出要求，不允許采用開平板。鋼板表面不允許存在裂紋、氣泡、夾雜等缺陷，且鋼板不得有目視可見的分層[2]。

(2) 料倉(cāng)主要鋼板零件對(duì)接前，因?yàn)槌L(zhǎng)、超寬，需要先將鋼板進(jìn)行拋丸、除銹處理，避免因成品構(gòu)件太大無法進(jìn)行設(shè)備拋丸除銹的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 因料倉(cāng)主要零件(LD-1/LD-21/LD-15/LD-16)超寬、超長(zhǎng)，致使料倉(cāng)主壁板LD-1/LD-21在長(zhǎng)度和寬度上都需要對(duì)接，壁板LD-15和LD-16需在寬度方向?qū)印Ｅ帕蠒r(shí)要求在長(zhǎng)度方向最小對(duì)接長(zhǎng)度≥650 mm,寬度方向最小對(duì)接長(zhǎng)度為350 mm，對(duì)接焊縫需互相錯(cuò)開250 mm以上。如圖2所示。

圖2 對(duì)接焊縫錯(cuò)位(主要針對(duì)LD2/LD21)

注意：壁板LD-1/LD-21需采用數(shù)控等離子切割，鋼板對(duì)接時(shí)在長(zhǎng)度、寬度方向均需放50 mm余量。

焊接順序：先焊接寬度對(duì)接焊縫①和②，再焊接長(zhǎng)度對(duì)接焊縫③。

2.1.2 鋼板對(duì)接焊接參數(shù)

(1) 鋼板對(duì)接采用半自動(dòng)埋弧焊，不允許手工焊接，鋼板對(duì)接須在兩端加設(shè)引、收弧板，引、收弧板長(zhǎng)度≥120 mm，寬度≥80 mm，材質(zhì)、板厚同母材，引出有效弧長(zhǎng)度≥50 mm[3-5]。

(2) 鋼板對(duì)接前必須將焊縫兩側(cè)各30 mm范圍內(nèi)的割渣、氧化皮、鐵銹等雜質(zhì)打磨干凈。

(3) 鋼板對(duì)接焊縫等級(jí)為全熔透二級(jí)焊縫，UT探傷。對(duì)接完成后需由探傷人員檢測(cè)合格后方能轉(zhuǎn)移。

(4) 鋼板對(duì)接采用4.0實(shí)芯焊絲，焊絲直徑φ4 mm，焊絲牌號(hào)H10Mn2，焊劑牌號(hào)SJ101[6]。

(5) 焊接參數(shù)見表1(參考)。

表1 鋼板對(duì)接焊接參數(shù)

(6) 鋼板對(duì)接焊接完成后，引、收弧板采用火焰切割，嚴(yán)禁用錘擊落。

(7) 對(duì)接完成后的鋼板表面，若存在焊縫余高過高、鋼板表面旁彎翹曲、探傷不合格等缺陷需及時(shí)返修處理。

2.2 料倉(cāng)零件板(LD-1/LD-21)下料

(1) 料倉(cāng)零件(壁板、環(huán)板、小三角加勁板等)下料采用數(shù)控等離子切割，不允許使用剪板切割，孔位特征需使用數(shù)控、沖床、鉆床等機(jī)械設(shè)備來完成，避免手工剪板、切割造成尺寸誤差。

(2) 下料過程中，要注意檢驗(yàn)切割尺寸，避免出現(xiàn)不可控的尺寸偏差。

(3) 切割后零件的外觀質(zhì)量應(yīng)作為常規(guī)項(xiàng)目進(jìn)行檢查，如切割后零件的外形尺寸、斷面光潔度、槽溝、斷口垂直度、坡口角度、鈍邊高度、局部缺口、毛刺和殘留氧化物，火焰氣割后零件的允許偏差見表2。

表2 氣割的允許偏差[4]

(4) 利用半自動(dòng)切割設(shè)備對(duì)小件進(jìn)行切割、坡口加工等，對(duì)于切割斷面上深度超過1 mm的局部缺口、深度大于0.2 mm的割紋以及斷面殘留的毛刺和熔渣，均應(yīng)給予焊補(bǔ)和打磨光順。

(5) 所有零件的尺寸需檢驗(yàn)合格后才能轉(zhuǎn)移至下道工序。

2.3 窯斗料倉(cāng)的拼裝、焊接

2.3.1 窯斗料倉(cāng)的拼裝

(1) 料倉(cāng)拼裝下料時(shí)必須使用半自動(dòng)切割設(shè)備，全熔透位置必須開坡口，保證坡口切割質(zhì)量，坡口表面若有割痕等在定位前必須打磨平整。

(2) 料倉(cāng)壁板拼裝前，在地膜上制作好定位胎架，定位胎架示意圖如圖3所示，具體尺寸以深化圖為準(zhǔn)。

圖3 定位胎架示意圖

(3) 拼裝前，必須在下料切割時(shí)以長(zhǎng)度、對(duì)角線尺寸進(jìn)行放樣，確保料倉(cāng)結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件長(zhǎng)度尺寸及對(duì)角線尺寸。

(4) 料倉(cāng)拼裝以一側(cè)壁板角點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)劃出基準(zhǔn)線和定位線。

①將裝配好的倉(cāng)壁平放，用壓包進(jìn)行矯平，用角鋼將四面與地膜連接，保證倉(cāng)壁平整度。

②在倉(cāng)壁上安裝料倉(cāng)隔板，采用拉對(duì)角線的方法確定隔板位置進(jìn)行定位焊接。

③在下倉(cāng)壁上焊接定位支撐，將兩邊側(cè)倉(cāng)壁放入下艙壁上進(jìn)行定位焊接。

④吊上倉(cāng)壁進(jìn)行裝配，利用定位支撐放入上倉(cāng)壁進(jìn)行定位焊。

(5) 先分別拼裝長(zhǎng)度方向的料倉(cāng)壁板，料倉(cāng)壁板與環(huán)板、小加勁板進(jìn)行拼裝，即將倉(cāng)壁LD-1/LD-21與角鋼、三角勁板單獨(dú)裝配。

2.3.2 窯斗料倉(cāng)的焊接

(1) 料倉(cāng)的定位焊縫不允許存在裂紋等不能最終熔入正式焊縫的缺陷，定位焊必須由持證合格焊工施焊；定位焊縫從料倉(cāng)距離端部30 mm位置以上開始，避免棱角和端部等出現(xiàn)在強(qiáng)度和工藝上容易出問題的部位。定位焊長(zhǎng)度為30～50 mm，間距為300～400 mm，焊腳尺寸為hf<4 mm。

(2) 角鋼與倉(cāng)壁LD-1/LD-21(三角勁板與倉(cāng)壁、角鋼)的連接焊縫采用雙面角焊縫進(jìn)行滿焊，焊腳尺寸為8 mm。焊接時(shí)采用中間向兩端分段跳焊，每段長(zhǎng)度500 mm。

(3) 氣保焊焊接實(shí)際參數(shù)：焊接電流，160～200 A；焊接電壓，24～28 V；焊接速度，30～35 cm/min。具體見表3。氣保焊采用平焊接頭方式，焊接材料選擇ER50-6，焊絲直徑Φ1.2 mm，焊絲干伸長(zhǎng)度為12～20 mm；保護(hù)氣體為99.7% CO2，氣體流量控制在15～25 L/min。

表3 氣保焊焊接參數(shù)

(4) 焊接順序示意圖如圖4所示，一方面從中間向兩端跳焊，另一方面單塊零件板也是分段跳焊，避免整體焊接后熱輸入量過高導(dǎo)致受熱收縮變形。

圖4 焊接順序示意圖

(5) 氣保焊焊接要求：

①料倉(cāng)焊接前，將待焊接的坡口表面及距焊縫位置50 mm范圍內(nèi)的氧化皮、銹蝕、油污、水等雜質(zhì)清除干凈；焊絲表面的油污和銹蝕應(yīng)清除干凈。

②多層多道焊時(shí)，每層焊縫厚度最好小于5 mm，不得超過7 mm。

③層(道)間應(yīng)及時(shí)清理焊渣及表面飛濺物，發(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺欠時(shí)，應(yīng)清除后方可施焊。

④全熔透焊縫反面碳弧氣刨時(shí)，應(yīng)避免夾碳、夾渣等缺陷的產(chǎn)生；清根后，應(yīng)使用砂輪打磨刨槽表面，去除滲碳淬硬層及殘留熔渣后方可進(jìn)行焊接。

⑤引弧與收弧技術(shù)：所有鋼板對(duì)接位置必須添加因、收弧板，引弧采用回焊法引弧，在15～20 mm范圍內(nèi)快速回焊，保證填滿弧坑，避免缺陷產(chǎn)生。

⑥焊縫接頭技術(shù)：因焊接方法較多，同時(shí)考慮料倉(cāng)結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜，全熔透焊縫需保證焊接熔深，采用擺動(dòng)焊；角焊縫采用無擺動(dòng)焊。

⑦焊縫端部在料倉(cāng)構(gòu)件上時(shí)，在角鋼轉(zhuǎn)角處以及焊縫交叉拐角宜連續(xù)包角焊，起收弧點(diǎn)不宜在端部或棱角處，應(yīng)距焊縫端10 mm以上，弧坑應(yīng)填滿，包角質(zhì)量要求圓滑飽滿。主要作用是加強(qiáng)焊縫端部強(qiáng)度，避免焊縫斷裂隱患。同時(shí)需要注意，多層焊接時(shí)，每層均應(yīng)進(jìn)行包角處理。

2.3.3 窯斗料倉(cāng)的整體裝配、焊接

料倉(cāng)需進(jìn)行整體裝配，將已裝焊好角鋼、三角勁板的倉(cāng)壁(LD-1/LD-21)與未裝焊角鋼、三角勁板倉(cāng)壁(LD-15/LD-16/LD-17/LD-18)裝配成整體，如圖5所示。裝配時(shí)注意在倉(cāng)壁之間留2 mm裝配間隙，保證整體裝配尺寸，尤其是端部開襠尺寸、底部開襠尺寸和孔距(倉(cāng)壁旁邊的貼板待倉(cāng)壁間的連接焊縫焊接完成后再裝配)。

圖5 整體裝配圖

(1) 根據(jù)LD-1/LD-21上角鋼的位置，裝配定位LD-15/LD-16上的角鋼、三角勁板，防止錯(cuò)邊。

(2) 倉(cāng)壁之間的連接焊縫為全熔透二級(jí)焊縫，坡口角度和尺寸按照要求制作，焊接時(shí)先從內(nèi)部焊接，外側(cè)清根，保證探傷合格[7]。

①坡口填充焊時(shí)，應(yīng)采用多層多道焊，焊層、焊道數(shù)視坡口角度和深度而定。主要是要注意焊道排列方式和每焊完一道后的焊縫表面形狀，避免出現(xiàn)焊道中央向上凸起，使之與坡口面間形成尖角。這種情況易使后續(xù)焊道形成未融合缺陷。

②每一層焊完后，焊縫表面應(yīng)平滑，焊縫中間部分稍呈下凹狀最佳。

③坡口蓋面焊時(shí)，要求前一層的焊縫表面略低于工件表面0～2 mm，焊縫表面應(yīng)平齊。這樣蓋面焊縫可以做到焊趾端平滑過渡，成形美觀。

④貼板與倉(cāng)壁的連接焊縫采用單面角焊縫，焊接尺寸8 mm，待倉(cāng)壁間的連接焊縫焊接完成后再進(jìn)行裝配，如圖6所示。

圖6 貼板與倉(cāng)壁連接焊縫

(3) 待倉(cāng)壁之間及倉(cāng)壁與角鋼、三角勁板的連接焊縫焊接完成后，裝配貼板、套管以及與底部倉(cāng)壁連接的角鋼、三角勁板。倉(cāng)壁底部與角鋼的對(duì)接焊縫為全熔透二級(jí)焊縫，UT探傷。焊接采用留2 mm間隙焊，內(nèi)側(cè)先焊，反面清根。

(4) 套管倉(cāng)壁的連接焊縫采用單面角焊縫，焊腳尺寸為8 mm。

(5) 角焊縫注意焊接外觀及尺寸，焊接尺寸需滿足工程工藝要求，若工程無特殊說明則焊腳尺寸hf=0.7t(t為腹板板厚)，角焊縫厚度he=0.7hf。焊接時(shí)，若焊腳尺寸hf及焊縫厚度he不合格，需及時(shí)調(diào)整。

2.4 火焰校正

若為壁板和零件旁彎，需提前校正。可通過錘擊鋼板緊縮部位，使其延伸而達(dá)到矯平目的。檢查鋼板是否矯平，任意抬起鋼板一邊，鋼板發(fā)生彈跳，說明尚未矯平，當(dāng)鋼板放下時(shí)有“噗哧”聲音，并緊貼平臺(tái)不發(fā)生彈跳現(xiàn)象，即表示鋼板已達(dá)到矯正要求。

若是因?yàn)殇摪暹^長(zhǎng)、過寬的框架設(shè)計(jì)[8]，對(duì)接焊后產(chǎn)生變形，則將鋼板放在平臺(tái)上，用帶狀加熱法沿焊縫凸起處用火焰加熱，加熱線的寬度一般為鋼材厚度的0.5～2倍左右，加熱區(qū)域如圖7所示。

圖7 帶狀加熱形式

具體加熱要求如下：

(1) 對(duì)于變形較大部位的矯正，要求加熱深度大于5 mm，需要較慢的加熱速度，此時(shí)宜用中性焰矯正較為適當(dāng)。

(2) 對(duì)于變形較小的部位矯正，要求加熱深度小于5 mm，需要較快的加熱速度，此時(shí)宜用氧化焰進(jìn)行矯正較為適當(dāng)，具體見表4。

表4 火焰焰別接加熱溫度

(3) 火焰矯正的關(guān)鍵是正確掌握火焰對(duì)鋼材進(jìn)行局部加熱以后鋼材的變化規(guī)律。影響火焰矯正效果的因素主要有火焰加熱位置、加熱形狀、寬度、長(zhǎng)度、大小、溫度等。加熱位置的確定應(yīng)選擇在鋼材彎曲處其纖維需縮短的部位，一般在彎曲處向外凸一側(cè)加熱能使彎曲趨直。

(4) 鋼材的加熱溫度，在火焰矯正所允許的溫度范圍內(nèi)，對(duì)矯正的變形能力，一般是溫度越高，矯正能力越大。加熱深度是火焰矯正效果的重要一環(huán)。加熱深度一般宜控制在鋼材厚度的40%以下，當(dāng)用三角形加熱方式則為構(gòu)件寬度的40%左右。

(5) 當(dāng)一次加熱未達(dá)到矯正效果時(shí)，則需二次加熱，其加熱溫度應(yīng)稍高于前次，否則將無效果。當(dāng)鋼材溫度超過900 ℃時(shí)，則材料性能變脆，影響使用性能，因此在同一部位的加熱矯正不得超過2次。

(6) 火焰矯正后冷卻特別是低合金結(jié)構(gòu)鋼的冷卻，應(yīng)在空氣中緩慢冷卻，被加熱區(qū)鋼材的韌性則不下降，當(dāng)采用水冷時(shí)，被加熱區(qū)則有明顯的脆化現(xiàn)象，因此嚴(yán)禁用澆水驟冷。

(7) 火焰矯正工藝：

①用直尺、棉線等測(cè)量變形的尺寸，確定變形的程度，并分析變形的類別；

②確定加熱位置，加熱順序和是否需要施加外力，一般先矯正剛性大的方向和變形大的部位。

③確定加熱范圍、加熱溫度。對(duì)低碳鋼和部分普通低合金鋼用火焰矯正時(shí)，加熱溫度通常為600～800 ℃；

④檢查矯正質(zhì)量，對(duì)未能達(dá)到質(zhì)量要求的范圍進(jìn)行再次的火焰矯正，不能超過2次，且注意不能矯正過量。

2.5 打 磨

料倉(cāng)制作完成并校正合格后，對(duì)其外觀進(jìn)行打磨清理，以保證外觀質(zhì)量。具體注意如下兩點(diǎn)：

(1) 料倉(cāng)所有焊接飛濺、焊渣、焊瘤等需使用鐵鏟或磨光機(jī)打磨、清理干凈。

(2) 所有未封口包角的需包角圓滑。

檢驗(yàn)人員對(duì)整體料倉(cāng)尺寸做最終復(fù)核、檢驗(yàn)，合格后轉(zhuǎn)移。

3 結(jié) 論

通過在異形鋼結(jié)構(gòu)料倉(cāng)的制作過程中，從原材料鋼板的選擇、零件的加工、裝配尺寸、結(jié)構(gòu)變形和焊接質(zhì)量的控制以及變形校正等方面，針對(duì)相關(guān)方面做了較完善的質(zhì)量控制和工藝要求。這些有利于對(duì)同類型料倉(cāng)結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件制作要求，通過積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具體總結(jié)控制點(diǎn)如下：

(1) 異形鋼結(jié)構(gòu)料倉(cāng)采用的鋼板，必須選擇正板下料，可有效保證來料鋼板表面的平整度，避免鋼板翹曲、旁彎等缺陷，保證原材料環(huán)節(jié)不會(huì)產(chǎn)生影響整體結(jié)構(gòu)的缺陷。

(2) 因料倉(cāng)整體鋼板超長(zhǎng)、超寬，需要進(jìn)行對(duì)接，所有對(duì)接焊縫必須按照工藝要求進(jìn)行錯(cuò)開，避免焊縫接頭重疊。

(3) 料倉(cāng)裝配是采用胎架進(jìn)行定位，保證整體裝配尺寸，尤其是端部開襠尺寸、底部開襠尺寸和孔距。

(4) 料倉(cāng)結(jié)構(gòu)中，角鋼與料倉(cāng)壁板采用分段跳焊，且從中間向兩端焊接，焊接采用小電流、小電壓并降低焊接速度。

(5) 整體拼裝、焊接按照工藝給定的順序進(jìn)行，保證尺寸及焊后變形。

(6) 焊后有因焊接收縮造成的變形，在變形位置通過火焰校正，保證鋼板平面度及整體尺寸。

(7) 料倉(cāng)在拼裝、焊接過程中，有構(gòu)件翻身、轉(zhuǎn)運(yùn)等操作，需要在框架結(jié)構(gòu)打臨時(shí)支撐以保證拼裝尺寸。