結(jié)構(gòu)用高頻焊接薄壁H型鋼的研發(fā)

張紅田

(新疆八鋼鋼管有限責(zé)任公司)

前言

高頻焊薄壁H型鋼主要應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、高鐵、地鐵、體育場(chǎng)館、展館等領(lǐng)域。1993年我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)第一條高頻焊H型鋼生產(chǎn)線，并為國(guó)產(chǎn)高頻焊接H型鋼頒布了國(guó)家建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。高頻焊接H型鋼以其優(yōu)異的斷面抗彎扭性能、靈活多樣的生產(chǎn)方式、較低的生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)，在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。我國(guó)高頻焊接H型鋼經(jīng)過20年多的市場(chǎng)開拓與發(fā)展，由1998年的年消費(fèi)量2萬t到2020年約90萬t，呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì)。一般認(rèn)為，當(dāng)H型鋼的斷面模數(shù)超過10000，或斷面為輕型薄壁時(shí)，高頻焊接生產(chǎn)H型鋼比熱軋等其他方式生產(chǎn)H型鋼更具優(yōu)勢(shì)[1]。熱軋H型鋼生產(chǎn)成本比高頻焊接H型鋼高約1倍，人工組立焊接H型鋼比高頻焊接H型鋼高約3倍；高頻焊接H型鋼性能滿足大部分使用需求，且規(guī)格品種更為豐富。

高頻焊接H型鋼主要用于廠房工業(yè)建筑和輕鋼民用建筑中。工業(yè)廠房建筑主要用在檁條、次鋼結(jié)構(gòu)和抗風(fēng)柱中。按新疆地區(qū)每年鋼結(jié)構(gòu)工程量60萬t測(cè)算，高頻焊接H型鋼占鋼結(jié)構(gòu)用鋼的8%，其年市場(chǎng)容量約為4.8萬t。采用鋼結(jié)構(gòu)來建設(shè)輕鋼民用建筑，由于大部分建筑材料可重復(fù)回收使用，是一種綠色環(huán)保的建筑方式。國(guó)內(nèi)各級(jí)地方政府也出臺(tái)相應(yīng)的政策推廣使用這種新型建筑方式，鼓勵(lì)用于富民安居工程、城鎮(zhèn)保障性住房、公租房、棚戶區(qū)改造和其他公共民用設(shè)施，預(yù)計(jì)高頻焊H型鋼在疆內(nèi)每年的需求量約10萬t。結(jié)合市場(chǎng)需求及八鋼鋼管產(chǎn)線工藝及裝備條件，開發(fā)了高頻焊薄壁H型鋼。

1 開發(fā)高頻焊接H型鋼的條件

1.1 工藝產(chǎn)線及產(chǎn)品規(guī)格

高頻焊接H型鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)線總長(zhǎng)約132m，布置在一座24m×154m的廠房?jī)?nèi)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能4萬t，其產(chǎn)品規(guī)格見表1，生產(chǎn)工藝流程見圖1。

表1 高頻焊接H型鋼產(chǎn)品規(guī)格

圖1 高頻焊接H型鋼生產(chǎn)工藝流程

1.2 主要設(shè)備

高頻焊接H型鋼生產(chǎn)線由上料機(jī)構(gòu)、活套、焊機(jī)、拉拔機(jī)、剪切機(jī)和收集裝置組成，主要設(shè)備見表2。

表2 高頻焊接H型鋼生產(chǎn)線主要設(shè)備表

1.3 生產(chǎn)工藝

高頻焊接H型鋼的生產(chǎn)工藝流程：上料→開卷→端銑→活套儲(chǔ)料→夾送→高頻焊接→矯正→拉拔→定尺剪切→檢驗(yàn)→整理→收集打包→入庫(kù)

2 主要生產(chǎn)工藝

高頻焊接H型鋼生產(chǎn)的主要工序?yàn)樯狭?、活套?chǔ)料、高頻焊接、矯正拉拔、定尺剪切和收集打包等。根據(jù)生產(chǎn)線特點(diǎn)，分為前道、中道和后道工序。

2.1 前道生產(chǎn)工藝

前道即為材料準(zhǔn)備階段，主要功能是為生產(chǎn)高頻焊接H型鋼提供符合要求的、連續(xù)的鋼帶。前道技術(shù)工藝分輕載和重載：當(dāng)鋼帶厚度小于或等于6mm時(shí)，可采用輕載工藝，鋼帶經(jīng)活套穿過；當(dāng)鋼帶厚度大于6mm時(shí)，采用重載工藝，鋼帶不經(jīng)過活套。

2.2 中道生產(chǎn)工藝

中道是高頻焊接H型鋼的主要生產(chǎn)階段，將三根鋼帶組裝焊接成H形并按定尺要求剪切，成為H型鋼產(chǎn)品。中道可分為焊接成形、在線矯正、定尺剪切三個(gè)工序。

(1)焊接成型工序。采用高頻焊機(jī)將鋼帶組裝焊接成H型鋼。高頻焊機(jī)焊槍根據(jù)H型鋼規(guī)格不同有ABCD四種形式(表3)，并根據(jù)壁厚，按圖2選擇合適的工藝圖表，在不同生產(chǎn)速度下匹配適宜的焊機(jī)電壓。

表3 高頻焊機(jī)焊槍類型表

a.腹板2.3～3.0mm焊接工藝圖 b.腹板3.2～4.0mm焊接工藝圖

c.腹板4.0～5.0mm焊接工藝圖 d.腹板5.0～6.0mm焊接工藝圖

e.腹板6.0～7.0mm焊接工藝圖 f.腹板7.0～8.0mm焊接工藝圖圖2 不同腹板厚度的焊接工藝圖

(2)在線矯正工序。在線矯正工序包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是通過對(duì)翼緣板的適量擠壓延伸，達(dá)到矯正H型鋼的彎曲、拱曲和扭曲的目的；二是對(duì)H型鋼生產(chǎn)線提供主動(dòng)力。該工序使用的主要設(shè)備包括翼緣矯正機(jī)和拉矯機(jī)。對(duì)翼緣擠壓矯正的原則是“哪條邊彎曲，則擠壓哪條邊”。

(3)定尺剪切工序。定尺剪切工序的作用是按照顧客的要求，將H型鋼剪切至所需要的長(zhǎng)度。定尺剪切工序所使用的主要設(shè)備為剪切機(jī)，剪切備件的使用原則：對(duì)于常用規(guī)格，按工藝規(guī)程選擇剪切模板，并配套選用剪切模窗、剪切模座、及剪切橫梁；對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，盡量采用專用模板進(jìn)行剪切，并配套采用剪切模窗、剪切模座和剪切橫梁；根據(jù)剪切模板選擇合適的墊塊，保證墊塊上平面與剪切模座上平面在同一水平面上。

2.3 后道生產(chǎn)工藝

后道是高頻焊接H型鋼的檢驗(yàn)、整理、收集階段，是生產(chǎn)線最后的階段。各工序的產(chǎn)品質(zhì)量均在后道得到反映，在后道工序設(shè)置后道質(zhì)量控制點(diǎn)，對(duì)H型鋼外形質(zhì)量、焊接質(zhì)量均進(jìn)行必要檢測(cè)。對(duì)檢測(cè)出的外形不合格的H型鋼(如彎曲、拱曲、扭曲、翼緣傾斜等缺陷)進(jìn)行離線矯正，可采用機(jī)械矯正和火焰矯正；對(duì)于由于高頻焊機(jī)停機(jī)或故障所造成的局部未焊處，可采用手工電弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊。矯正或補(bǔ)焊后需進(jìn)行再檢驗(yàn)方可入庫(kù)。

3 產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)

依據(jù)JG/T 137-2007《結(jié)構(gòu)用高頻焊接薄壁H型鋼》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)成品高頻焊接H型鋼。主要檢測(cè)原料化學(xué)成分、成品力學(xué)性能、型號(hào)及截面特性、外形尺寸、表面質(zhì)量等指標(biāo)。其中重要的是需按標(biāo)準(zhǔn)制作專用剝離試驗(yàn)工具，對(duì)H型鋼焊縫處進(jìn)行剝離試驗(yàn)，剝離試驗(yàn)斷口位于非焊縫處判定為合格產(chǎn)品。圖3是剝離試驗(yàn)工具試驗(yàn)的示意圖，圖4為剝離試驗(yàn)實(shí)物。

圖3 高頻焊接H型鋼剝離試驗(yàn)示意圖[2]

4 關(guān)鍵工序技術(shù)要點(diǎn)

(1)前道工序中，根據(jù)不同的翼板厚度，制定了輕載和重載兩種生產(chǎn)方式。同時(shí)增設(shè)了上料小車的安全附件，更新了頭尾對(duì)焊焊機(jī)，完善了立式活套中的帶鋼糾偏裝置，制定了帶卷上料開卷、頭尾對(duì)焊、立式活套儲(chǔ)料、帶鋼平整等工藝技術(shù)規(guī)程。

(2)中道工序是該產(chǎn)品生產(chǎn)的核心工序，該工序生產(chǎn)中，對(duì)高頻焊接、翼緣矯正、拉矯和液壓定尺剪切等工序進(jìn)行了重點(diǎn)研究。主要改進(jìn)和優(yōu)化措施有：利用現(xiàn)有廠房的立面空間，將高頻焊機(jī)的電源系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)布置進(jìn)行了優(yōu)化；重新設(shè)計(jì)了焊后冷卻裝置；對(duì)液壓定尺剪切機(jī)的模具和模座進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)了改造；最終形成了完整的中道工藝技術(shù)參數(shù)。

(3)在后道工序設(shè)置了成品質(zhì)量控制點(diǎn)，制作了剝離試驗(yàn)裝置，對(duì)H型鋼外形質(zhì)量、焊接質(zhì)量均進(jìn)行必要的檢查和監(jiān)督。

5 結(jié)束語

八鋼鋼管產(chǎn)線研發(fā)的高頻焊接薄壁H型鋼經(jīng)自檢和第三方檢驗(yàn)，符合JG/T 137-2007《結(jié)構(gòu)用高頻焊接薄壁H型鋼》的要求，生產(chǎn)出了符合標(biāo)準(zhǔn)的高頻焊接H型鋼產(chǎn)品，填補(bǔ)了新疆和西北空白。試制期間，形成了完整的工藝規(guī)程、關(guān)鍵控制點(diǎn)和內(nèi)控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

在高頻焊接薄壁H型鋼市場(chǎng)推廣過程中，還存在一定難度，如用戶對(duì)高頻焊接薄壁H型鋼的認(rèn)知情況不足，設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)該類產(chǎn)品時(shí)沒有相應(yīng)的規(guī)范和軟件支撐，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑全壽命周期的綠色生產(chǎn)情況仍未得到廣泛認(rèn)可等。筆者認(rèn)為，隨著國(guó)家推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑政策和金融支撐政策的出臺(tái)，高頻焊接H型鋼會(huì)得市場(chǎng)認(rèn)可，并得到廣泛應(yīng)用。