中厚板鋼結構無氣刨清根焊接技術

任 張

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 概述

鋼結構分為建筑鋼結構、橋梁鋼結構等，與目前建筑領域普遍采用的鋼筋混凝土結構相比，具有強度高、工程造價低、自重輕、施工周期短和可工廠化制作等優點，如此多優勢得到廣泛重視并迅速發展，從重大工程、標志性建筑使用鋼結構到鋼結構普遍使用，呈現出了從未有過的興旺景象。大勝關大橋、壩陵河大橋、北盤江大橋等是我們國家的超級工程。這些工程為我們的生活提供了極大的便利。同時帶動著兩地的經濟發展。這些超級工程也展現了我國鋼結構制造技術的最高水平。2021年10月，中國鋼結構協會發布了《鋼結構行業“十四五”規劃及2035年遠景目標》，提出鋼結構行業“十四五”期間發展目標：到2025年底，國內鋼結構用量達到1.4億t左右，占中國粗鋼產量比例15%以上，鋼結構建筑占新建建筑面積比例達到15%以上。到2035年，我國鋼結構建筑應用達到中等發達國家水平，鋼結構用量達到每年2.0億t以上，占粗鋼產量25%以上，鋼結構建筑占新建建筑面積比例逐步達到40%，基本實現鋼結構智能建造。鋼結構主要以鋼板為主結構的支撐體系。相對于鋼筋混凝土結構，鋼結構在廠內制作，具有制作速度快、強度高、抗震性好、自重輕、安裝速度快等優點。

隨著鋼結構市場的擴大且逐漸大型化發展，隨之帶來了更加巨大的焊接工程量，傳統的焊接工藝采用氣保焊打底、埋弧焊填充、蓋面，此工藝還需清根，增加了炭精棒、焊材的使用量，既增加了焊接時間，也提高了焊接成本，作業中噪聲大且在氣刨過程中產生的大量煙霧、灰塵對環境產生極大的污染，對焊接人員的身心健康有很大的傷害，這種工藝已經不能滿足目前的作業需求，為保證焊接質量和焊接效率，縮短生產周期，提高我廠未來在鋼結構領域的競爭優勢，我廠對焊接工藝進行改革創優，針對廠內的航空學院鋼結構項目研發出一種無氣刨清根的鋼結構焊接技術。

2 無氣刨清根焊接工藝特點

本次主要針對鋼結構傳統焊接工藝中的碳弧氣刨清根、打磨這一工序進行優化措施研究，在焊接鋼結構焊縫時不清根、打磨也能保證焊縫質量。無氣刨清根焊接工藝技術對分坡口加工、焊接兩部分進行研究，坡口加工部分主要包含內容有：坡口的形式、角度、鈍邊，焊接部分主要為焊接的電流、電壓及焊接速度等。根據實際焊接過程中的問題分析得知氣刨清根主要是為了清除背面焊接時在焊縫中間部位鈍邊處產生的夾渣及未熔合，本次鋼結構焊接工藝技術開對稱K坡口，坡口角度60°～70°，在焊接前對坡口邊進行打磨，清除坡口內部兩側的毛刺及雜物，避免在焊接過程中形成夾渣，同時提高電弧電壓，增大熔深深度，使第一層熔深達到5～6 mm，在背面焊接不清根的情況下熔深依舊可以達到5～6 mm，熔核完全融合，根部未熔消除。此工藝技術減少了碳刨清根的工序，同時鋼結構變形量也得到了極好的控制。

3 下料

本項目所需構件包含普通構件和弧形構件，這給下料排料帶來了一定的麻煩，采用最新的智能排料軟件并輔以人工調整，可使板材的損耗率始終處于可控范圍，進而減少成本的投入。

下料前必須確認整個氣割系統的設備和工具全部運轉正常，并保證安全；清除鋼材表面的污垢、油污、浮銹及其他雜物。

下料過程中需要時刻關注氧氣乙炔壓力的變化，確定氣壓是否穩定，不漏氣；機體是否行走平穩；割嘴氣流是否暢通；割炬的角度和位置是否準確，以此保證下出來的鋼板滿足所需尺寸及外觀要求。

下料時應遵守以下原則：①大型工件的切割應從短邊開始；②在鋼板上切割不同尺寸的工件時，應靠邊靠角，合理布置，先割大件后割小件；③在鋼板上切割不同形狀的工件時，應先割較復雜的后割較簡單的；④窄長條形切割時，采用兩長邊同時切割的方法，以防止旁彎。零件的長度、寬度允許偏差為±3 mm；切割面平面度0.05t（t為切割面厚度）但不大于2 mm。自檢合格后經專檢人員同意后方可進入下一工序。

在下完料后需要檢查下料尺寸是否正確，如不符合下料尺寸應及時調整，避免后續焊接完成后再碳刨返修、另外還需確定毛刺是否已清除干凈，如未清理干凈需及時清理，避免后續無碳刨焊接時導致未熔合從而增加碳刨返修。

4 坡口制備

開制坡口時應嚴格按照編寫的鋼結構制作工藝指導書確定的坡口形式及大小進行制作，必需滿足無碳刨焊工藝的要求，嚴禁私自對坡口進行調整，如有需要須經技術部門確認后方可進行調整。在坡口制備中技術管理人員應根據后續焊接需求對不適宜的坡口進行調整。自檢合格后經專檢人員同意后方可進入下一工序。

5 拼裝構件拼裝和附件安裝

（1）H型鋼梁、鋼柱的拼裝

在生產車間組裝工位的H型鋼梁組立機上進行組拼，組拼時需嚴格按照圖紙進行組拼，一張圖對應一根梁，禁止經驗主義，盲目組拼；鋼柱組拼時分清腹板及翼板，組拼時注意內部的支撐件，待檢查無誤后方可蓋板。自檢合格后經專檢人員同意后方可進入下一工序。

（2）弧形梁的拼裝

弧形梁的組拼在本項目中是一個重難點，需要安排有更多經驗的老師傅進行制作，在制作中需將圖紙吃透，有異議的地方需及時與項目工程師進行對接，切勿帶著疑問施工，拼裝前嚴格根據圖紙對照腹板翼板的下料尺寸，下料尺寸檢驗合格后方可進行拼裝，避免因下料問題導致返工，自檢合格后經專檢人員同意方可進入下一工序。

（3）H型鋼梁的預拼裝

按照設計圖紙中的布置圖對每跨鋼梁進行預組，預組合格后方可進行焊接，預組時可對相同鋼梁制作工裝，進而加快制作速度，但需保證無誤后方可使用，避免出現批量性錯誤。

（4）附件安裝

在鋼結構附件安裝確保尺寸無誤后方可移交焊接工位，在進行無碳刨焊接前應先對焊道進行檢查，清除可能的浮銹、氧化渣、毛刺、雜物等，盡可能的減少影響無碳刨焊接的影響因素。

在預拼裝和附件安裝的過程中應保證預留的焊接區域能夠滿足無碳刨焊接施工，拼裝間隙不得過大、拼裝過程產生的雜物、氧化渣應及時清理。

6 結束語

無碳刨工藝技術減少了碳刨清根的工序，同時使鋼結構變形量得到了極好的控制，并且極大地提高了焊接速度和施工速度，在整個焊接過程中減少了炭精棒等耗材的使用，對鋼結構制作成本的降低起到了很大的作用；同時無碳刨工藝也減輕了對環境的污染，降低了對焊接施工人員身心健康的傷害。