東方電氣(廣州)重型機器聯(lián)合廠房鋼結(jié)構(gòu)加工制作工藝

馬世龍

(中國十五冶金建設集團有限公司，湖北 武漢 430075）

1 工程概況

東方電氣（廣州）重型機器聯(lián)合廠房工程位于南沙區(qū)黃閣鎮(zhèn)連溪大道，為單層重型鋼結(jié)構(gòu)廠房工程，廠房建筑面積56521m2，長346.65m，寬163.05m，屋頂最大高度35.73 m，長度方向為18 m間距的21根鋼柱組成，寬度方向分五跨，跨度依次為AB跨24m、CD跨36m、EF跨36m、GH跨30m、JK跨30m，在廠房的CD跨上層設置了最大起重能力為600 t的行車，該工程總用鋼量15 416 t。整體結(jié)構(gòu)效果如圖1所示。

2 鋼結(jié)構(gòu)主要特點

圖1 東方電氣（廣州）重型機器聯(lián)合廠房建筑效果

鋼柱為三階鋼柱，下柱為雙肢格構(gòu)柱，中柱為“雙聯(lián)六口”箱型柱，上柱為焊接組合工字型柱。柱高（長）43.9 m，單柱最大質(zhì)量90 t。

屋梁為焊接組合工字型變截面，最大截面寬1200 mm，高2500mm。

鋼吊車梁跨度18 m，截面為組合焊接工字型等截面，高4 500 mm，寬850 mm，單根質(zhì)量30 t。

3鋼結(jié)構(gòu)制作難點

本工程鋼材主要為Q235B和Q345B兩種材質(zhì)，所有主材拼接焊縫均要求等強焊透，其焊縫質(zhì)量等級為一級，受拉對接焊縫應達到一級焊縫的質(zhì)量要求。由于鋼構(gòu)件尺寸大、結(jié)構(gòu)復雜，所使用的鋼板屬于厚板和特厚板，造成整個工程的鋼結(jié)構(gòu)制作相當有難度，具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）該工程主要構(gòu)件均由焊接H型鋼組成，部分巨型柱、梁需分段制作，最終由多個大型焊接構(gòu)件拼裝組成，在拼裝時由于構(gòu)件變形使構(gòu)件整體存在內(nèi)部應力，從而影響焊縫的受力情況，最終影響整個構(gòu)件的結(jié)構(gòu)安全，因此控制拼裝焊縫質(zhì)量，成為該工程的一項技術(shù)難點。巨型柱結(jié)構(gòu)效果如圖2所示。

圖2 巨型柱結(jié)構(gòu)效果

（2）鋼板較厚，最厚達100 mm，本工程的焊接顯得非常有難度，尤其是巨型柱、屋梁、吊車梁、鋼柱牛腿等焊接，如何控制焊接時的焊接應力引起的變形，如何確保全熔焊接透一次性合格，這是該工程的一項技術(shù)難點。

（3）由于厚板焊接時拘束度大，節(jié)點復雜，焊接殘余應力大，焊縫施焊熔敷金屬量大，施焊作業(yè)時間長，在焊接過程中容易產(chǎn)生熱裂紋和冷裂紋，有的甚至在焊后幾天才出現(xiàn)裂紋（延遲裂紋）。

4 鋼結(jié)構(gòu)制作工藝

4.1 主要工藝流程

零件下料→零件邊緣加工和坡口加工→組裝→坡口質(zhì)量檢查→焊接→焊縫外觀檢查→焊縫無損檢測。

4.2 主要焊接設備

普通門式埋弧焊機：主要用于焊接H型鋼、T型焊縫的焊接。

交流和直流焊條電弧焊：用于打底焊縫的焊接。

碳弧氣刨機：主要用于焊縫根部清根。

半自動CO2氣體保護焊機：用于各類T型焊縫和角焊縫的焊接。

4.3 焊接坡口

合理選擇焊接坡口對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，焊接坡口主要根據(jù)行業(yè)標準《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)范》JGJ81-2002進行選擇。板厚大于等于10mm的對接焊縫采用V型坡口；板厚大于等于20 mm的對接焊縫采用X型坡口；腹板厚度大于等于25 mm的鋼柱及吊車梁翼緣與腹板T型焊縫，采用K型坡口焊接。

4.4 焊接操作要求

（1）根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002要求，考試合格取得相應項目部資格的合格焊工擔任該項目鋼結(jié)構(gòu)焊接工作，同時要求具有一定的焊接經(jīng)驗。

（2）焊接前根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002進行焊接工藝評定，檢測試焊焊縫性能，選擇最佳焊接工藝，進行交底，焊接作業(yè)人員根據(jù)最佳焊接工藝指導書要求進行焊接作業(yè)。

（3）焊前對焊絲、焊條根據(jù)說明書和規(guī)范要求進行烘干，并放入保溫筒內(nèi)隨取隨用。

4.5 焊接質(zhì)量控制

（1）對異形厚板結(jié)構(gòu)可設置胎膜夾具，對構(gòu)件進行拘束來控制變形。本工程根據(jù)構(gòu)件的形狀，制作胎膜夾具，將構(gòu)件處于固定狀態(tài)下進行裝配、定位、焊接，從而控制焊接變形。

（2）厚板焊接后的角變形控。必須對每條焊縫正反兩面分階段反復施焊，或同一條焊縫分兩個時段施焊。施焊時隨時觀察角變形情況，準備翻身焊接，以盡可能減少焊接變形和焊縫內(nèi)應力。

（3）厚板焊接產(chǎn)生熱裂紋和冷裂紋的主要原因與焊后冷卻速度有關(guān)，在本工程中采取焊前預熱、焊后保溫、消除應力等措施來防止焊接裂紋產(chǎn)生。焊前預熱焊縫區(qū)，焊接預熱溫度如表1所示。

表1 常用鋼材最低預熱溫度要求 ℃

在焊接過程中必須注意焊縫層間溫度的控制措施，如果層間溫度不控制，焊縫區(qū)域會出現(xiàn)多次熱應變，產(chǎn)生的殘余應力對焊縫質(zhì)量不利。一般層間溫度控制在100℃~200℃，為了保持該溫度，厚板焊接時要求一次性焊接連續(xù)作業(yè)完成。

為防止熱影響區(qū)快速冷卻到產(chǎn)生冷裂紋的區(qū)間，需要采取保溫措施。在焊后溫度高于150℃時，采用石棉布覆蓋焊縫區(qū)1~2h；在焊縫溫度低于150℃時，采用火焰緊急加熱，使焊縫區(qū)域溫度恢復到150℃以上，再用石棉布覆蓋焊縫1~2 h。

對中間層焊縫進行消除應力處理，用圓頭小錘頭或小型震動工具輕微錘擊焊縫，但不要對根部焊縫或坡口邊緣的母材進行錘擊。

5 焊接質(zhì)量保證

5.1 焊接過程質(zhì)量控制

下料尺寸檢查→焊接坡口尺寸檢查→組裝尺寸和坡口間隙尺寸檢查→焊條合規(guī)檢查→檢查是否按焊接工藝指導作業(yè)書作業(yè)→焊縫外觀尺寸檢查→焊縫無損檢測。

5.2 項目管理質(zhì)量控制

（1）建立完善的質(zhì)量管理體系，落實質(zhì)量職責，責任到人，嚴格監(jiān)控鋼結(jié)構(gòu)制作過程質(zhì)量控制。

（2）制定嚴格的材料管理制度，工程所需的原材料必須是合格供應商提供的優(yōu)質(zhì)品，無證產(chǎn)品一律不準進廠。

（3）組織技術(shù)人員，認真閱讀圖紙，確定關(guān)鍵工序，編制施工工藝卡，進行評定，在制作前對所有構(gòu)件均在鋼平臺上放樣，量取實際尺寸。

（4）鋼結(jié)構(gòu)制作過程中，嚴格執(zhí)行自檢、互檢、專檢制度，每道工序必須在自檢達到優(yōu)良標準后，才能進行下一道工序，檢驗工作落實到人，對不符合質(zhì)量目標的構(gòu)件，及時標識返修，杜絕不合格品流入下道工序。

6 結(jié)論

（1）本工程屬于重型機械廠房鋼結(jié)構(gòu)，焊接質(zhì)量直接影響到該工程的質(zhì)量和整體經(jīng)濟效益，通過上述技術(shù)措施和工藝方案的落實，解決了一系列厚板焊接質(zhì)量控制難點，使該項目的鋼結(jié)構(gòu)焊接工作得到了有效的控制，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量、外形尺寸均符合驗收規(guī)范和設計要求，焊縫一次性檢查驗收合格率達95%以上。

（2）該項目用鋼量規(guī)模大，多半使用鋼材屬于厚板和特厚板，其鋼結(jié)構(gòu)制作難度大，其焊接技術(shù)經(jīng)驗，對公司今后類似工程具有較大的借鑒價值。