減少薄板箱體柱變形的一種制備工藝

孫記偉

摘要：通過對中國移動鶴壁移動分公司指揮樓項目全焊接箱型柱的制作實踐， 我們改進了箱體柱的通用工藝，對箱體柱主體四個板對接，焊縫不需要打破口，接頭形式為交接接頭，總結了厚度為T=10mm箱型柱焊接變形的控制方法，焊接熔深為9.8mm，采用優(yōu)化后的箱體柱制備工藝可以保證了焊接強度，為薄板箱型柱的制作提供了借鑒。

關鍵詞：箱體柱;交接接頭;焊接

1.前言

近年來，多層鋼結構住宅以及商貿大樓在我國應用越來越廣泛，箱型截面比普通結構框架顯示出了較好的性價比。箱形柱斷面尺寸大由腹板與翼板的截面構成一個“回”子型，箱體內部有工藝隔板及內隔板，構造較為復雜，箱型柱為全焊接結構，焊接量大，特別是內隔板的四周有四條二氧化碳氣保焊焊縫以及2道電渣焊焊縫，焊接后容易產生應力集中，產生箱體柱的變形。在制備過程中箱體柱的彎曲、扭曲等變形都有嚴格的要求，焊接變形難以控制，是該箱形柱制作的主要難點，一旦變形量超標，矯正較為困難[1]。薄板相對于厚板更容易產生變形，因此，箱體柱薄板變形是制備過程之中遇到的問題，本公司簽訂了中國移動鶴壁移動分公司項目，此項目的箱體柱f腹板、翼板的板厚度T為10mm，板材較薄，容易產生變形。

2.箱體柱組裝

我們改進了箱體柱的通用工藝，對箱體柱主體四個板對接，焊縫不需要打破口，接頭形式為交接接頭如圖1所示，焊接后焊縫形式如圖2所示，這種工藝可以減少箱體柱的變形。

圖1 腹板與翼板的組立形式??????? 圖2 腹板與翼板的角焊縫形

箱體柱的變形主要是受熱造成的，在加熱而后冷卻過程中微觀的鐵、碳原子重新分布而組成不同的結構，晶粒大小不同于了與先前的材料，導致宏觀性能表現(xiàn)出不同的差異，材料收縮或者膨脹。因此，鋼材在在瞬間加熱與冷卻過程之中容易造成箱體柱的變形。箱體柱的制作通則工藝，箱體柱主體焊縫坡口加工采用半自動火焰切割機進行，當箱型柱面板厚度T小于20mm時，其坡口形式如圖3所示，焊接后焊后形式如圖4所示：

圖3 腹板與翼板的坡口形式 ?????圖4 腹板與翼板的對接焊縫

腹板沒有打坡口，節(jié)約了箱體柱的制備成本;打破口的工時約站整個箱體柱的制備工時10%，因此節(jié)約工費10%。

采用角焊縫，節(jié)約了原材料成本;節(jié)約材料成本K%，K=2t/（H+L），如下圖5的陰影面積。

圖5 節(jié)約材料圖示

3.箱體柱組裝工藝

3.1 隔板組裝

在裝配胎架上把劃好線的下翼板置于組立機平臺上，把已裝配好的各隔板定位在下翼板上，如圖6所示。

圖6 隔板組裝示意

3.2 腹板組裝

采用組裝平臺和自制龍門架人工裝配兩側腹板，使隔板對準腹板上所劃的位置，組裝U型箱體，如下圖7所示：然后，對腹板與隔板及腹板與翼板之間的焊縫進行定位焊，對隔板與腹板和下翼緣之間的焊縫采用CO2氣體保護焊進行全熔透焊接。

圖8上翼板安裝示意圖

4.箱體柱焊接

箱體柱板厚為10mm，二氧化碳氣保焊焊接熔深為2-3mm，焊后效果如圖9所示，圓弧過度造型美觀，圓弧過渡還可以起到減小應力集中，加強箱體柱的強度的作用。利用探傷儀對焊接后的交接焊縫進行探傷，探傷結果如圖10所示，在紫色線下面的區(qū)域內有一個小波峰，峰值在焊縫質量評定線的下方，表明了焊縫內沒有夾渣與氣孔，焊接熔深顯示為為9.8mm，采用優(yōu)化后的箱體柱制備工藝可以保證了焊接強度。

焊接的熱效應導致焊接內產生焊接內應力，不同的焊接工藝在焊接部位產生不同形狀的溫度場[2]。所有的熔化焊都經(jīng)過熱源的加熱，使焊接接頭處母材及填充材料熔化，隨后又冷卻結晶形成焊縫。焊接加熱和冷卻過程是極不均勻而且遠離平衡狀態(tài)的，因而形成復雜的瞬態(tài)溫度場和應力應變場。由于在加熱和冷卻過程中材料受約束而產生塑性變形，焊后結構中

圖9 焊縫效果圖?? ??????????????圖10 焊縫探傷圖

將留存下永久性的非協(xié)調應變，從而產生相當大的殘余應力和變形。在不同的溫度，不同的位置及不同的時刻，將產生不同的熱變形，延伸或收縮，由此導致產生塑性變形及內應力。箱型柱的拼裝方法、焊接順序和方向等因素都會使箱型柱產生彎、扭、渡浪和收縮等變形。單邊埋弧焊時由于板的縱向收縮不均勻，會引起撓曲變形，在焊接時，雙面同時使焊，此種工藝腹板翼板同時收縮，受力均勻[3]。因此，要在無專用工裝情況下全面達到鋼柱的技術要求，必須確定合理的拼裝方式，編排正確的施焊順序和方向，采用合理的焊接工藝，最大限度地控制焊接變形。

5.結論：

（1）焊縫不需要打破口，采用角焊縫的焊縫形式是有效控制全焊接鋼箱形柱焊接變形的一種工藝;

（2）焊縫內沒有夾渣與氣孔，焊接熔深為9.8mm，采用優(yōu)化后的箱體柱制備工藝可以保證了焊接強度;

（3）實踐證明，此種工藝適用于薄板焊接。

參考文獻：

[1]舒先慶，黃新明，代國文.鋼結構制造中焊接變形的控制方法.電焊機[J]，2007（6）：127-129.

[2]張文鉞.焊接冶金學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999

[3]巫升儒.建筑鋼結構焊接變形控制措施.引進與咨詢[J]，2005（3）：23-25.