建筑鋼結(jié)構(gòu)箱形構(gòu)件電渣焊焊接工藝的優(yōu)化

程登，張發(fā)榮，李正，沈燦，王笛

1.湖北精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司 湖北武漢 430000

2.浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司 浙江紹興 312030

1 序言

電渣焊是從20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的熔化焊方法，在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于箱形梁、柱內(nèi)部隔板與面板之間的連接焊縫[1]。經(jīng)過幾十年的應(yīng)用與發(fā)展，常規(guī)電渣焊在技術(shù)日趨成熟的同時(shí)其弊端也突顯出來。由于電渣焊技術(shù)的相對(duì)滯后，極大地制約了箱形構(gòu)件的生產(chǎn)產(chǎn)能，所以為了解決日益增長的生產(chǎn)需求與落后生產(chǎn)技術(shù)之間這一矛盾，對(duì)現(xiàn)有箱形構(gòu)件組裝順序和電渣焊工藝進(jìn)行研究并改進(jìn)，最終提高了電渣焊的生產(chǎn)效率及焊縫合格率。電渣焊焊接實(shí)物及原理如圖1、圖2所示。

圖1 電渣焊焊接實(shí)物

圖2 電渣焊原理示意

2 改進(jìn)技術(shù)點(diǎn)及實(shí)施

2.1 電渣焊焊接腹板上的圓孔改方孔

常規(guī)電渣焊腹板上為圓孔，由于隔板的電渣焊道為方形，隔板焊道與箱形腹板之間會(huì)存在死角（見圖3），所以焊接過程中會(huì)導(dǎo)致焊渣無法浮出，造成焊縫出現(xiàn)夾渣缺陷；另外，鉆圓孔是在箱形主焊縫埋弧焊焊接完成后進(jìn)行的，在焊后需要對(duì)電渣焊熄弧及引弧位置箱形主體焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊，這會(huì)導(dǎo)致埋弧焊外觀產(chǎn)生缺陷[2]。

基于以上原因，將箱形腹板上電渣焊孔按電渣焊焊道大小開設(shè)方孔，即可有效避免因死角導(dǎo)致電渣焊焊接夾渣問題。另外，由于焊接流程的更改，電渣焊引弧及熄弧缺陷在箱形主體焊縫焊接之前即可清除掉，避免了箱形制作完成后對(duì)主焊縫的修補(bǔ)。經(jīng)過多年的工程實(shí)踐，證明焊接流程改進(jìn)后運(yùn)行良好。改進(jìn)前后施工工藝流程對(duì)比如圖4所示。

圖4 改進(jìn)前后施工工藝流程對(duì)比

2.2 電渣焊實(shí)用范圍的擴(kuò)大

當(dāng)設(shè)計(jì)內(nèi)隔板厚度不足16mm時(shí)，會(huì)使電渣焊熔嘴管（熔嘴常規(guī)直徑16mm）無法正常送入坡口內(nèi)進(jìn)行焊接。因此，通常情況下當(dāng)箱形內(nèi)隔板厚度≤16mm時(shí)，無法采用電渣焊，只能采用隔板三面焊接或?qū)?nèi)隔板與箱形蓋板之間采用塞焊焊接，針對(duì)此問題提出了如下解決方案。

在出現(xiàn)電渣焊隔板較薄無法焊接時(shí)，通過增加內(nèi)隔板厚度來加大電渣焊坡口間隙尺寸。即將內(nèi)隔板與襯板之間增加一塊適當(dāng)厚度的墊板（墊板材質(zhì)同主材保持一致）[3]，來加大電渣焊坡口的尺寸，如圖5所示。采用加墊板工藝時(shí)，應(yīng)確保內(nèi)隔板上裝襯墊板的裝配質(zhì)量，防止相互之間過大的間隙，使焊縫金屬外流。

圖5 內(nèi)隔板厚度較薄的電渣焊坡口裝配

2.3 玻璃纖維帶應(yīng)用技術(shù)

內(nèi)隔板上裝配襯條板產(chǎn)生的缺陷和裝配箱形時(shí)的誤差，將會(huì)造成后續(xù)電渣焊時(shí)的漏渣，導(dǎo)致電渣焊過程終斷，焊縫質(zhì)量難以保證。對(duì)此在內(nèi)隔板上裝配電渣焊襯條板時(shí)要求襯板面與隔板、襯板面與壁板接觸間隙縫必需＜1mm[2]，以防止電渣焊過程中的漏渣現(xiàn)象。電渣焊襯板裝配時(shí)常見的缺陷如圖6所示。

圖6 隔板裝配襯條板缺陷對(duì)電渣焊質(zhì)量影響示意

目前，行業(yè)內(nèi)電渣焊焊接時(shí)為了防止電渣焊熔池泄漏問題，采用將電渣焊焊接夾板條校平后采用銑床銑平后再使用的方法來解決這一情況[2]。此種方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，極大地制約電渣焊的焊接效率，且無法解決因箱形面板變形而造成電渣焊焊縫漏液的情況。

基于以上原因，使用了一種寬度20mm、厚度3mm的柔性玻璃纖維帶，并采用雙面膠固定在夾板條與箱形面板的接觸面上形成柔性夾層，以此來解決電渣焊夾板條及箱形面板不平的問題。采用此方法不僅優(yōu)化了電渣焊的焊接工序，也大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

改進(jìn)實(shí)施關(guān)鍵步驟如下。

第一步：將電渣焊夾板條下料并進(jìn)行校平處理（見圖7），無需銑平處理，校平完成后直接送入下道工序進(jìn)行箱形內(nèi)隔板上夾板條組對(duì)（見圖8）。

圖7 夾板條校平

圖8 電渣焊縫隔板上夾板條組對(duì)

第二步：槽型組立及玻璃纖維帶的粘貼（見圖9、圖10）。將電渣焊隔板與箱形下翼緣板、腹板組立，并采用氣體保護(hù)焊方法焊接隔板與箱形腹板之間的角焊縫；再將夾板條與箱形蓋板接觸面加設(shè)玻璃纖維帶，玻璃纖維帶采用雙面膠進(jìn)行固定。

圖9 槽形組立

圖10 玻璃纖維帶加設(shè)

第三步：組立箱形蓋板，將箱形轉(zhuǎn)入電渣焊工序進(jìn)行焊接（見圖11）。焊接時(shí)選用型號(hào)為ER50-6、φ1.6mm焊絲配HF-600電渣焊焊劑[4]。焊縫完成后進(jìn)行超聲波檢測(cè)。

圖11 電渣焊焊接

3 試驗(yàn)及接頭性能檢測(cè)

為了保證以上改進(jìn)及革新能夠滿足電渣焊接頭的各項(xiàng)力學(xué)性能要求，在各項(xiàng)改進(jìn)實(shí)際應(yīng)用之前，對(duì)電渣焊接頭進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。

3.1 電渣焊試驗(yàn)

試驗(yàn)采用板厚25mm、長度600mm的Q355C板材，焊接材料選用型號(hào)為ER50-6、φ1.6mm焊絲配HF-600電渣焊焊劑，焊接設(shè)備選用常規(guī)熔嘴電渣焊機(jī)。

為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性、客觀性，電渣焊試板的加工工藝、試驗(yàn)接頭形式、焊接過程、焊接環(huán)境均與實(shí)際工程保持一致。試驗(yàn)接頭平面示意如圖12所示，試件焊接如圖13所示。

圖12 試驗(yàn)接頭平面示意

圖13 試件焊接

3.2 檢測(cè)結(jié)果

試件制作完成后送第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，按照焊接規(guī)范中焊接工藝評(píng)定試件檢測(cè)相關(guān)要求，對(duì)電渣焊試件進(jìn)行了UT、硬度、宏觀腐蝕等項(xiàng)目的檢測(cè)[5]。從檢測(cè)報(bào)告相關(guān)數(shù)據(jù)看，其各項(xiàng)性能均符合相關(guān)規(guī)范要求，接頭宏觀斷面如圖14所示。

圖14 接頭宏觀斷面

4 結(jié)束語

通過試驗(yàn)及實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)電渣焊的組立、焊接等傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)及革新，縮短了箱形構(gòu)件的生產(chǎn)周期，加大了電渣焊的使用范圍，提高了電渣焊的一次合格率。本文的改進(jìn)與優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，可為同行業(yè)箱形結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)提供借鑒。