矩形钢管柱的制作工艺

PAGEPAGE7矩形钢管柱的制作工艺摘要：本文简要阐述了杭萧钢构制作矩形钢管柱使用的材料、结构形式、坡口构造及焊缝质量要求等情况，并着重介绍了制作过程中的工艺控制要点。关键词：矩形钢管柱材料形式质量要求坡口构造制作工艺控制要点概述我们杭萧钢构自2000年开始制作矩形钢管柱以来，已完成了杭州瑞丰大厦工程（两主楼分别为15层、24层，总建筑面积5万多平米）、近江五金锁具博物馆工程（四层，二万多平米）。湖南长沙会展中心部分矩形钢管柱（一千二百多吨），四川成都信息产业部29所工程（十九层，约二万平米）等。目前正在制作武汉证券大厦工程（68层，钢构件总重约一万多吨），该工程规模大，难度大，对我们杭萧钢构既是一个考验，又是一个锻炼。我们将坚持“保生存发展的质量，创杭萧钢构的品牌”的质量方针，来努力完成这个本年度全国最大的超高层钢结构工程。矩形钢管柱的材料本公司所承担的几个工程，使用的板材均为Q345类材料，由于楼层总高度较低，板料较薄，一般≤30mm，因此设计规定为B级钢即可。由于其含碳量为≤0.20%，S、P含量≤0.040%，所以焊接性能良好。一般焊接中不会出现异常。而对于板厚＞30mm的柱板，特别是超高层建筑，考虑到层状撕裂的危险。我们选用武钢产的Q345C，这种钢的含硫（S）量低≤0.010%，专门用于高层建筑。这样就能大大降低含硫夹杂物。减少层状撕裂的危险，提高了材料的可靠性，也给焊接带来了方便。焊接材料中，我们根据等强度原则，选用H08MnA的埋弧焊丝，ER50-6的CO2气保焊丝及电渣焊丝，通过各种相应的工艺评定试验，均获得了一次通过的满意结果。特别是非熔化电极的电渣焊，目前国内还没有专用的焊剂，我们采用了日铁的优质焊剂，保证了焊缝具有优良的冲击韧性，提高了接头的质量。矩形钢管柱的形式我们制作的矩形钢管柱的具体形式，有长方形和正方形，但一般多为正方形。我们制作的正方形管柱有：350×350，400×400，500×500……1200×1200，1400×1400等各种规格。而长方形的有300×600……600×1200等。柱板厚度也各不相同，通常所用的板厚为16~46mm，属中厚板，故焊接难度不大，只要能严格执行工艺的要求，质量是有保证的。矩形钢管柱的焊缝质量要求矩形钢管柱的制作验收标准主要依据《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-95，《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95，《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98及设计要求。一般焊缝质量的要求为：柱与梁连接节点上下600mm范围内的四角焊缝必须采用全熔透，为一级焊缝，B级超声波探伤，100%检验。4.2柱两端100mm部分四角焊缝必须采用全熔透，为一级焊缝，B级超声波探伤，100%检验。4.3柱翼腹板的拼接焊缝，均为全熔透一级焊缝，B级超探，100%检验。4.4与柱外梁翼缘对应的柱内隔板必须采用全熔透焊缝，为二级焊缝，B级超声波探伤，20%检验。4.5柱外四侧与短牛腿上下翼板的刚接，采用全熔透焊缝连接，为一级焊缝，B级超声波探伤，100%检验。4.6其余焊缝为外观检查按二级焊缝要求，但不作超探检验。矩形钢管柱的坡口构造矩形钢管柱的坡口构造，基本为以下类型：5.1适用埋弧焊接的柱板坡口5.1.1板厚t≤30mm的柱板坡口5.1.2板厚t＞30mm的柱板坡口半熔透焊缝坡口全熔透焊缝坡口5.2全熔透隔板坡口5.2.1要求全熔透的CO2气保焊坡口t≤20mmt＞20mm 5.2.2电渣焊缝坡口16≤t≤25mm,W=20或25t1=25t＞25mm,W=25t1=285.3CO2气保焊接刚接牛腿翼缘坡口由于是工厂焊接,故可用水平也可采用单面焊接，加垫衬板从位置，双面焊接（不用垫板）衬板处开始焊接，保证焊透。背面碳弧气刨清根，保证熔透（如上图）为一级焊缝。（如上图）5.4柱上与梁腹板栓接的连接板的焊接坡口一般采用单面开坡口，双面CO2气保焊接，不作探伤要求矩形钢管柱的制作工艺控制要点：6.1焊接材料的准备焊接材料的好坏，将直接影响焊缝的质量，因此对于焊接材料，不但要化学成分合格，机械性能符合标准要求外，而且其有关的加工质量也应满足要求。如CO2焊丝的挺度，镀铜质量（包括牢度、厚度、均匀度等）和线径尺寸，哪一项质量不佳，均会影响送丝和焊接质量。所以必须加强焊前验收和焊接中的检查。发现问题及时处理。又如埋弧自动焊用焊剂，有的厂家虽作了烘干，但并不都能符合国标要求，因此使用时，对熔炼焊剂必须进行250℃烘干,保温2小时后，冷却使用。才能保证焊接时不会因焊剂潮湿而产生气孔。所以制作矩形钢管柱必须选用优良合格的焊接材料。6.2下料及坡口加工矩形钢管柱的柱板下料为节省材料，提高利用率，宜用定宽定长的料为好。定尺要增加成本，但比较利用率的提高，还是合算的。板料的定长尺寸应考虑焊缝的收缩量，柱端面的加工量，以及安装后柱的弹性收缩量等。但余量不宜过多，以免造成浪费。柱板的下料一般都采用直条气割，为防止板料变形弯曲，条板两边的气割应同时进行。根据板厚及可燃气体不同，选用合适的割咀和气压，以保证切割的质量。切割时，必须做到切割面平整光洁，尺寸准确，割渣、毛刺、氧化皮应除净。柱板的坡口加工将直接影响装配和焊接质量，因此是一个至关重要的工序。加工坡口的常用方法为气割和机械加工（铣边或刨边）。气割速度快、效率高，两边可同时进行。但由于割咀的倾角调节难度较大，不够正确。加上板材本身的不平整等，往往影响切割的坡口质量，割出的角度不准，切割表面有沟槽，不光洁等时有发生，而机械加工要有大型设备，如铣边机或刨边机。其加工精度高，角度准，表面光洁，但效率不如气割。因此企业应根据生产进度情况，合理安排，但必须保证坡口加工的质量。坡口角度的正确与否很重要，是因为坡口大，容易焊透，脱渣容易，但焊接量大，引起变形也大。坡口小，焊满快，但易引起夹渣、焊不透，底层埋弧焊脱渣困难。所以坡口过大过小都不合适。操作中必须探索出既能保证焊接质量，又能减少焊接量的合理的坡口角度。6.3隔板的加工及组装由于隔板装在柱内，对应四周的梁翼板是受力构件，故焊接时要求全熔透，很重要。为此，隔板的加工应予以特别强调，隔板四边尺寸的正确与否，对角线的误差大小，直接会影响矩形钢管柱的形状尺寸，所以隔板四边及坡口最好能用机械加工，这样隔板四边的尺寸及垂直度能得到有效保证，误差小，坡口角度也正确。柱子四板装配后，其矩形钢管的外形尺寸就精确、方正。焊接后也不易发生菱形和扭转等变形。隔板有两边要电渣焊，在装配垫板条时，必须使用工装模具。使装配后的隔板组能保证尺寸一致，电渣焊孔大小一致。垫板与隔板的间隙应＜1mm，这样可以避免电渣焊时漏液等。6.4U型柱的装配：U型柱的装配是矩形钢管柱制作中关键的一步，必须十分重视。首先装配必须在平板或组立升降平台上进行。以一块柱翼板为底板进行划线。划线要有基准，通常以封板端为基准。然后开始划线，划线特别注意隔板的位置必须正确。以便和柱外梁翼缘一一对应。接着安装隔板，隔板应保证和底板垂直，隔板坡口朝向要放置正确，并做仔细复查，防止少装、漏装。电渣焊垫板要和底板贴紧，间隙小于1mm，否则二保焊接时，要进行焊补，以免渗漏。再接着安装两侧腹板，坚持从基准端开始，向另一端进行组立、点焊，控制宽度尺寸，点焊前必须在隔板处夹紧两腹板，定位焊应以不妨碍后续工序为原则，采用强度等级与母材相同的焊条焊接，点固焊缝长约20~30mm，尽可能不在坡口内点固，注意点固质量，防止虚焊。最后，在U型柱组成后，应在两侧腹板上引出隔板位置线及电渣焊孔中心位置线，再在两腹板上侧割出电渣焊方孔，除净孔内割渣、焊渣等。柱内腹板上下安装熔透焊缝衬板条，并贴紧，间断焊接。由检验员检验认可后，转入下道工序。6.5CO2气体保护焊焊接隔板：每块隔板有两条焊缝应用CO2气体保护焊焊接。焊接时，一般采用ER50-6，φ1.2焊丝，焊接电流I=250~300A，U=30~34V。CO2气体纯度为≥99.7%，含水量≤0.05%，气体流量为15~20L/min，当瓶内气压≤1Mpa后，不得再使用。焊接t≤20mm有衬板的隔板焊缝时，如图：应从衬板处开始将柱板、衬板、隔板三者焊在一起，保证焊透，然后用多层多道焊法，将焊道焊满。焊接t＞20mm，K型坡口的隔板时，如图：一般宜采用两面交替焊接，第一道焊接一定要注意焊丝的指向，保证根部焊透。而第二道焊接前，必须将前一道的焊渣等清除干净后再焊，保证焊透。在焊接隔板时，除保证隔板焊缝充分熔透无缺陷外，还应注意电渣焊垫板条端部与腹板间的缝隙，如果≥1mm时，必须在二保焊时进行焊补，将缝隙堵住。隔板焊好后，应进行超探检验。不合格时，还需进行气刨、返修，直至合格。6.6装配成矩形柱：隔板焊缝检查合格后，再在组立机或平台上装配上盖板。装配前，应先检查柱的变形情况。若柱有弯曲变形等，应用火焰矫正的方法，在隔板处进行矫正，使U型柱保持平直。将上盖板盖上，并从基准端开始，逐段进行压紧，两侧点固。点固应点在坡口底部，保证焊透，不得有缺陷，焊点不宜过高。6.7电渣焊焊接：我公司使用的电渣焊机是引进日铁的，简易非熔化极焊机。它比熔化极电渣焊快二倍。该焊接法中，焊丝通过导管自动的按设定的送丝速度送进。焊接时导管不熔化，随焊缝的升高而自动提升。而焊接电流是预先设定，对一定的焊丝直径（如φ1.6mm）是不变的。为了得到稳定的熔深，必须充分了解熔深与许多焊接条件包括焊接速度。导管及导电咀位置、焊接电压、焊丝送进速度、坡口横截面等的关系。具体如下：6.7.1熔深和焊接速度的关系：从左图可看出焊速快、熔深小； 焊速慢，熔深大。焊丝送进速度、坡口横截面与焊速的关系：从下图可看出焊速与焊丝送进速度成正比，与坡口横截面成反比。据上可见，焊丝送进速度和坡口横截面是决定熔透深度大小所必须控制的两个工艺参数。焊丝送进速度快，焊速快，熔深小。反之焊丝送进速度慢，焊速慢则熔透深度大。同样坡口横截面大，则焊速慢，熔透深度就大。反之坡口横截面小，则焊速快，熔透深度就小。6.7.2熔深和焊接电压简易非熔化极电渣焊比熔化极电渣焊快二倍。是因为其焊接电压较高，输入热量就多。其电源是一个足以提供大于53V焊接电压的恒压直流电源。所以电压越高，输入热量越多，熔深越大，反之则熔深越小。6.7.3熔深和导管及导电咀的位置：导管位置可位于A、B、C，但最佳的导管位置应靠近，柱板A处，这样可以增加柱板侧*处的熔深，同时焊丝在导电咀外的伸出应垂直，如若偏斜，也会影响熔深。综上只有明确了以上特点，并在操作中加以控制，就能焊出高质量的焊缝，防止焊不透，夹渣等缺陷。此外为了保证电渣焊的质量，其引弧端、引出端必须设置水冷铜垫帽口，以便焊后将两端质量不好的部分割去。当隔板厚度≥25mm时，导管还应顺隔板厚度方向作摆动，以增加两侧的熔深，使熔合线形状由圆变为椭圆。为了防止因电渣焊引起柱子弯曲，焊接时每一隔板的两侧应同时同工艺参数进行焊接，以消除两侧焊缝收缩的不均匀性。焊接中应防止突然中止的现象，万一遇上这种情况，应立即拔出导管，检查导电咀及送丝情况，并剪去焊丝端部，在渣池冷却之前尽快恢复焊接，防止渣池凝固，造成焊缝中断。焊完后，用气割割去引弧、引出端帽口，并用碳弧气刨，刨出坡口，清理并除净所有割渣、刨渣、氧化皮等污垢。在柱两侧面对电渣焊缝进行探伤，至合格。6.8矩形钢管柱四角焊缝的埋弧焊接矩形钢管柱的四角焊缝是最重要的焊缝，特别是全熔透部分，为一级，要100%超探，因此焊接时从一开始必须认真对待。6.8.1要认真清理坡口内的焊渣、割渣、氧化皮及其它杂物，并吹净灰尘等。6.8.2安装引弧、引出板、连接处应焊平整，防止焊缝处烧穿，导致引、熄弧板不起作用。6.8.3烘干焊剂，检查焊机送丝、机头、焊剂输送回收、行走等，一切正常后方可准备焊接。6.8.4焊接时，可采用单丝，为提高效率可用双丝埋弧自动焊。一般Q345类母材，选用H08MnA，φ5焊丝。焊接规范：I前=650~750AU前=30~34VI后=700~800A，U后=34~38VV速=22~26m/h。6.8.5为防止矩形钢管柱扭曲，我公司焊接时，采用两条焊缝同时、同向、同参数焊接。对于厚钢板，还应采取多层多道焊。并翻转矩形柱，交替焊接，以尽可能减少柱子弯曲变形。6.8.6焊接时，每焊一道，必须将焊渣清除干净，防止夹渣等。6.8.7焊工在焊缝完工前，应进行自检，对于表面缺陷如咬边、凹坑等应进行焊补、打磨。使表面平整，符合要求。6.8.8对全熔透焊缝进行探伤检验。超标缺陷应用碳弧气刨进行清除，清磨。然后进行手工焊补，至合格。6.9矩形钢管柱焊接完成后，应检查柱的直线度，对超标变形必须进行矫正。矫正的方法主要用火焰矫正法，对柱身凸起部分隔板处进行750~900℃的加热，然后自然冷却收缩，使柱变直。6.10矫正后的柱，送至端面铣床，对封板端进行端面铣削。铣削时，必须保证柱身与端铣平面垂直，再将装配时预留的端面加工余量铣削掉。然后以铣削端面为基准，划出柱长，将柱的另一端多余的量铣削掉。由于柱—柱对接时，焊缝要收缩，故端铣时，按柱的长度正公差要求加工，以保证柱—柱焊接后的标高能符合要求。倘若安装发现柱高偏差较大时，需要进行柱长修正，则应及时反馈给制作，以便在端铣另一端前，确定好需要加工的长度。6.11矩形钢管柱上牛腿、连接板、耳板的装配焊接：6.11.1以设计图确定的矩形钢管柱翼板面为基准面，作为N面，然后在1m处划出各柱面的十字中心线。6.11.2根据基准端及十字中心线划出牛腿、连接板、耳板等位置线，并装配。为保证连接板表面的摩擦系数，宜先抛丸，处理表面后，再装配。6.11.3检验各件位置的正确性，然后焊接。牛腿翼板要求全熔透，坡口侧焊好后，背面略作清根，除净刨渣等，将焊缝焊透，清理打磨后，作超探检验。6.11.4矫正变形，检验柱子上各零部件及相关尺寸。6.12焊钉的焊接：6.12.1要焊焊钉的柱表面及焊钉不得有锈、氧化皮、油污、油漆等影响焊接的污垢物。陶瓷环应干燥。6.12.2在要焊接焊钉的柱表面上划出焊钉的位置线