复杂Y型钢柱制作工艺研究
2021-01-13王贤文朱春梅李曼飞
王贤文 朱春梅 李曼飞 马 威 许 帅
(中建钢构武汉有限公司，湖北 武汉 430100)
1 工程概况
某市展示厅项目由展厅和其他配套设施组成，展厅内部设共享中庭。展厅结构高度22.35 m，建筑高度22.6 m，总建筑面积3 865.45 m2，无地下室，地上4层，屋顶层为机房设备层。项目内部结构为钢框架结构+压型钢板组合楼板+局部剪力墙，外围护结构为抗风柱+斜撑+铝合金玻璃幕墙,如图1所示，其中钢框架中的Y型钢柱形式，加工难度比较大。
2 Y型钢柱结构典型节点形式
本工程Y型钢柱的节点形式主要为复杂圆管柱+3个T肋及牛腿形式，将其结构类型编号命名为Y型钢柱A。Y型钢柱A为组合钢框柱结构，其由1个圆管柱+3个T肋+牛腿组合而成，组合截面大小为φ299×40+3×T134×112×25×40 mm。典型节点如图2，图3所示。
针对较复杂的Y型钢柱A节点，本项目圆管柱外部均有三个均部的T肋板，T肋板外部均被5 mm的钢板包边覆盖，5 mm钢板涉及多点折弯，折弯难度较大，如图4所示；T肋腹板宽度较小，T肋翼腹板组合焊缝及T肋与钢柱本体之间的焊缝均为全熔透，制作下料及焊接变形较大，如图5所示；钢柱T肋与牛腿腹板距离较近，无法满足T肋与牛腿腹板组成的内部区域的油漆涂装空间要求，存在涂装死角，如图6所示。
3 Y型钢柱整体装焊顺序
本项目部分钢柱为圆管柱与T肋组合构件，如图7所示，焊缝较为密集，具体装焊流程如下。
先根据放样图纸加工T肋组件，T肋零件自身组合焊缝及与钢柱本体的焊缝均按照焊缝通图标注的CP和PP分段执行。因T肋零件较长，且腹板宽度仅94 mm，为减少零件旁弯变形，T肋组件可两两成对组合组焊，如图8所示。
以柱顶为基准，划线装焊1号和2号牛腿，牛腿焊缝要求均按照清根焊焊接，如图9所示。
划线依次装配T肋组件1和2，为保证后续T肋3零件能够顺利的插入装配，T肋1和2仅先与钢柱本体之间点焊固定，先不与主体焊接。划线装配3号～6号牛腿，牛腿先不进行焊接，点焊固定即可，如图10所示。
调整牛腿3和5与牛腿4和6之间的间隙，插入装配T肋3组件，合格后进行T肋和其余牛腿组合焊缝的焊接并探伤(T肋与钢柱本体之间的焊缝为隐蔽焊缝)，如图11所示。
将T肋两侧的10 mm钢板包边装焊，此钢板包边与T肋和主体之间的焊缝为间断焊(焊200 mm间隔200 mm，焊脚高度5 mm)装焊牛腿腹板与T肋之间的封板(封板仅起封闭作用，焊脚高度按照5 mm即可)，合格后装焊外侧牛腿7和8，如图12所示。
割除柱底余量，根据图纸定位尺寸及焊缝要求，装焊柱底板及横向、竖向加劲板，如图13所示。
4 工艺控制要点
工艺控制要点包括下料、组装、焊接，通过先进的设备、科学的余量设置及合理的装配焊接顺序，确保每道工序的加工质量，控制拼装尺寸偏差和焊接变形。
4.1 下料要求
零件板全部采用精细等离子切割技术进行下料，为控制下料尺寸偏差，割缝补偿设置为2 mm。因T肋零件较长，且腹板宽度仅94 mm，为防止单侧受热旁弯，采用双枪对称切割。下料完成后零件采用白色油漆笔做好标识，包括：项目名称，零件号及对应构件号，以防用错。柱底板锚栓孔、连接板高强螺栓孔、穿筋孔、吊装孔等采用钻孔，透气孔及溢浆孔可使用数控切割制孔。焊接坡口采用半自动切割机进行切割，为保证焊接质量，坡口角度偏差控制在±5°以内，割纹深度不大于0.3 mm，不允许出现缺口、挂渣等缺陷。
4.2 组装要求
装配前确认零部件编号、坡口方向和外形尺寸等信息与图纸及工艺文件一致；核对待装配的构件本体编号、规格正确，局部的修补及弯扭变形均已调整完毕。T肋和牛腿各项单体分开点固焊，点焊采用药芯焊丝CO2气体保护焊工艺。装配控制要点：H型牛腿腹板最外侧螺栓孔中心与筒体外侧母线尺寸，钢牛腿倾斜角度、钢柱长度尺寸。
4.3 焊接要求
本工程Y型钢柱T肋和牛腿自身焊缝均为熔透焊缝，对焊接要求较高。T肋对接与角接组合焊缝采用气保焊打底、埋弧焊填充盖面工艺，焊接前先将两组T肋部件组对成H型构件，增加刚性约束，焊接过程中多翻身，减小焊接变形。
其余焊缝全部采用药芯焊丝CO2气体保护焊进行焊接，焊接过程中采用小电流、小电压多层多道焊工艺进行焊接。正面坡口焊接完成1/3后，翻身从背面进行碳弧气刨然后完成背面焊缝焊接，最后完成正面剩余坡口焊接。为防止焊缝十字交叉造成的应力集中，在焊缝交叉处提前开设R35过焊孔，端头焊缝包角处理。
因本项目建筑外观要求较高，外露的全熔透焊缝原则上均采用清根焊。针对确实存在焊接空间不足的情况(当两块横向加劲板之间的距离小于80 mm时)，采取衬垫焊，同时在外侧加设一块6 mm左右的板子进行封堵(角焊缝满焊一道即可)且四周R角需封堵，形成密闭空间。
5 结语
对复杂Y型钢柱整体结构进行分析，制定合理的装焊顺序，严格控制下料、组焊、焊接要点，有效的控制了构件整体精度和焊接变形，缩短了制作周期，保证了产品加工质量，具有显著的应用推广价值。
