十字柱-箱型柱转换节点的加工制作工艺

2015-11-16吴德胜

金属加工(热加工) 2015年16期

关键词：环板十字钢板

吴德胜

1. 节点形式

十字柱-箱型柱转换节点是由下节十字柱过渡到上节箱型柱的转换段，采用柱中套柱结构，且截面为变截面，钢柱内部还匹配大量的T形加劲肋，外部设有环板和加劲板。

2. 钢结构特点

转换节点主要由十字柱、箱型柱、环板及加劲板等组成。外形尺寸为9 750mm×3 350mm×2 800mm，质量高达47t多。节点最大钢板厚度60mm。

钢板材质：十字柱及与其相连的加劲肋采用Q390B钢材，箱型柱采用Q420GJC钢材，其余零部件均采用Q345B钢材；当钢板厚度≥40mm时，均需满足Z15的Z向性能要求。

转换节点为全焊接结构，构造复杂，组装、焊接难度大。区别于一般钢构件，有以下几个特点：①转换节点零件板采用了Q345B、Q390B、Q420GJC低合金高强度结构钢，钢板最大厚度60mm，焊接时，冷裂纹倾向性大。②除T形加劲肋与箱型焊接采用角焊缝外，其余焊缝均要求全熔透一级，质量等级要求高，对焊工提出了更高的要求。③转换节点零件板数量高达170块，故焊缝数量多，易造成焊接变形，变形后难矫正。④根据构件结构形式及焊接工艺要求，节点组装焊接时，要进行多次翻身。⑤大量的K形接头焊缝导致易出现层状撕裂。

3. 制作工艺

（1）零部件加工在下料前，对钢板进行矫平，以达到消除钢板内应力、矫平钢板平面度的要求。根据零件尺寸要求，同时考虑一定的焊缝收缩余量，采用数控火焰直条切割机（如十字柱的翼腹板）和数控火焰切割机（如加劲板、环板）进行切割下料。下料后先矫正火焰切割造成的变形，再采用半自动火焰切割机进行坡口加工（见图1、图2）。

（2）构件加工 T形钢加工：在翼板上画好定位基准线后进行T 形组立，定位焊采用C O2气体保护焊，焊脚高度不得大于设计焊缝高度的2/3；定位焊缝长度为20mm，焊道间距300mm。为减少焊接变形，采取两根T形组对的方法进行组立焊接：将检测合格的T形钢吊上胎架，两块T形钢腹板用工艺板连接，工艺板两侧对称安装；根据图样检测并调整T形组对的尺寸，用千斤顶顶紧后进行定位焊；T形钢组对完成后，在船形胎架上进行主焊缝焊接，采用埋弧焊，同时为控制焊接变形采取对称施焊；焊接完成后矫正，拆除工艺板并打磨。

图1 加劲板的坡口加工

图2 T形钢板的坡口加工

十字柱加工：十字柱制作工艺由一个H形钢柱与两个T形柱组合焊接而成。由于转换节点中的十字柱截面为变截面，故先将翼腹板均为变截面的H形钢组立好，并根据H形钢的生产流水线工艺加工制作，然后再将两个T型柱与变截面的H型钢柱组立成十字柱，矫正后按十字型柱加工工艺组焊，并矫正至合格状态。

L形、槽形钢板加工及组装：在钢板折弯的区域画好折弯基准线，钢板加热采用整体加热方式。加热温度900~1 000℃为宜，且温度（钢板内、外）均匀，务必要防止部分区域过热现象。钢板折弯加工时的温度严禁＜800℃，在钢板温度下降到800℃以下时严禁再进行折弯加工。加热后钢板在油压机上进行逐步折弯，折弯角度90°。根据油压机的行程量控制折弯角度大小，同时控制好进给量、钢板折弯的回弹量和终压温度（终压温度应≥800℃）。折弯时可用靠模测量（靠模按内环板外边缘尺寸，按1:1比例制作），避免折弯过量。钢板折弯成形后除尺寸检验外，需对折弯处钢板受拉面进行磁粉、超声波探伤，同时还需对加热温度记录进行检查。

L形、槽形钢板组装前，先对弯弧后的钢板进行复核，必要时采用火焰矫正，合格后方可进行T形肋板的装焊（见图3）。壁板上面的T型肋板与壁板焊缝要求双面角焊缝，焊接时要求两侧角焊缝对称同时施焊，焊后进行再次检测并矫正。

（3）节点组装流程根据结构形式及焊缝焊接质量等工艺要求，确定节点组装采用“逐步组装、分步焊接、整体成形”的工艺方案。

图3 L形钢板上的T型肋板装焊

4. 焊接技术

（1）焊接方法十字柱-箱型柱的焊接采取CO2气体保护焊+埋弧焊组合焊接；环板及劲板焊接采取CO2气体保护焊。

（2）焊接顺序 ①十字柱外侧劲板焊接。沿柱身高度方向，按图样要求依次装焊十字柱外侧劲板，装焊时先焊接劲板间对接焊缝，然后焊与十字柱连接焊缝。连接焊缝焊接时由双数焊工两侧对称施焊。②箱型段组装焊接。按图样要求依次组装，焊接时先焊各分段之间对接环焊缝，然后焊各段拼接纵焊缝。拼接纵焊缝焊接时，依次从第一段向第三段逐段施焊。③环板及劲板焊接。先组装外侧环板，接着组装环板劲板。先焊环板与箱型柱壁板的环焊缝，再焊环板之间的对接焊缝。焊接加劲板时，宜采取中间向两边逐装逐焊的工艺方法。

（3）焊接参数主要焊接参数如附表所示。

（4）焊接变形控制 ①在进行图样深化时，配合工艺在保证焊缝焊透的前提下，采取窄间隙焊接坡口形式。②厚板焊接时，焊前必须预热以防止层状撕裂；同时为防止厚板焊后产生角变形，首道焊缝焊接时，借用反变形措施来减小焊后的角变形量，反变形角度可为3°。其余焊缝焊接时，可加工艺支撑条，焊接完后用气割切割，并打磨光滑。③焊接时采用合理的焊接顺序，同时尽可能采用小热输入量，多道多层焊接方法以减少焊接变形。④焊后采用保温棉进行保温或进行消氢热处理。