开平板在钢结构制作中的适用范围拓展及其运用实践

2021-12-04余葆东

河南建材 2021年12期

余葆东

中国十九冶集团有限公司材料设备工程分公司（611731）

0 前言

钢结构制造是集团公司主要产业之一，其规模及利润占公司总额的20%以上，直接影响企业的进一步发展和利润空间。作为钢结构主材的采购管理人员，发现在钢结构制作中，如果能将开平板适度运用于工程实践中，利用开平板的价格优势，降低企业采购成本，提升工程项目经济效益。文章就如何通过改善工艺技术、拓展开平板的适用范围及在工程实践中的应用进行探讨。

1 开平板与原平板的差异

1.1 生产工艺的差异

开平板与原平板都是用连铸板坯或初轧板坯作原料，经热轧机在高温下轧制而成的钢板。

开平板（又称剪切钢板）是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢。从精轧最后一架轧机出来的热钢带通过层流冷却至设定温度，由卷取机卷成钢带卷，冷却后的钢带卷经过不同的精整作业线（平整、矫直、横切或纵切、检验、称重、包装及标志等）加工而成为钢板、平整卷及纵切钢带产品。

原平板（又称单轧钢板）是以倍尺板坯入库，经板坯切割、加热、粗除鳞、轧制精除鳞、冷却（ADCO）、热分段剪分段、矫直、冷床空冷、上下表面检查修磨、切边、切头尾、定尺、取样、标印、探伤而成定型钢板[1]。

1.2 外观及力学性能差异

1.2.1 外观（如图1所示、见表1）

表1 开平板和原平板外观对比

图1 原平板与开平板外观差异

1）钢板尺寸:开平板除非特殊要求，一般都是两切边，厚度在1.5～20mm。原平板一般都是四切边，尺寸不限。

2）颜色:开平板是卷制而成的，故其氧化皮较少，同样时间的开平板和原平板放置一段时间后其颜色不同，原平板发红，开平板发蓝。

3）平整度:开平板和原平板不平度均执行GB 709—2006标准规范。但因生产工艺的不同，原平板比开平板平整度要高一些。

4）镰刀弯:开平板是原卷经过整平机整平后切割，过一段时间有可能会出现原卷型状的镰刀弯。镰刀弯不能大于GB709—2006标准规范[2]。

5）厚度公差:开平板和原平板的厚度公差控制均符合GB/T709—2006国标。原平板厚度偏差种类按对称偏差（N类）验收，开平板厚度精度按普通精度（PT·A)标准验收。

6）试验实测:以某国内知名大厂提供的同生产日期、同规格、同材质δ6mm钢板为试件，通过小量程的激光位移传感器、钢丝等工具手段进行检测试验得知，开平板不平度均1m为3.5mm，2m为5 mm。厚度公差（下差）为-2mm、-3mm，即厚度在5.7mm、5.8mm。镰刀弯平均值为3.5mm。表面局部有细微划痕印迹。

同规格同材质原平板不平度均1m为0.3mm，2m为0.5mm。无厚度公差，未发现镰刀弯，表面光洁无划痕印迹。

1.2.2 力学性能的差异

原平板工艺完善，尺寸稳定性和平整度较好，内应力水平较低且分布均匀。开平板是经过整平机整平后切割，其退火工艺的差异引起不均匀冷却造成板内残余应力较高，尺寸稳定性较差（见表2）。

表2 开平板和原平板力学性能指标对比

开平板内应力分布不均匀，出现垂直长度的不同方向上产生承载能力不同的现象，并且这个承载能力很难用一般的强度指标衡量。所以开平板在焊接的时候会有很大的焊接变形,后期调整非常困难。

1.3 开平板的应用限制

开平板和原平板在性能上的差异，使得开平板的应用范围受到极大限制，在外观质量要求较高、或者焊接质量要求较高、或者承受力学压强型的构件基本不选用开平板。但开平板在价格上有优势，通过工艺提升等技术手段可改善开平板的性能，拓展开平板的应用范围。

2 通过工艺提升等技术手段拓展开平板的适用范围

2.1 产品生产工艺的控制

使用方很难直接控制产品的生产工艺，往往通过选择满足要求的生产厂家实现。如果要用开平板制作外观质量要求较高、焊接质量要求较高、承受力学压强型的构件，选择生产过程控制严格的企业生产的开平板作为加工原材料。这些企业有成熟稳定的质量控制体系，产品质量有保障，尤其是对开平薄板的选用。

2.2 切割下料工序控制

开平板在切割下料时应选用等离子切割等热变形小、热影响区较少的加工手段，严禁使用火焰切割等热切割方式，以此降低切割施工对板内应力的扰动，减少切割对板内应力变化的影响，避免造成加工切割后钢板变形较大，导致构件外观质量不合格。

2.3 构件坡口的开口形式及开口工艺

为了保证焊接质量,在焊接前应对工件需要焊接处进行的加工，可以气割，也可以切削而成，一般为斜面，有时也为曲面，这个就叫开坡口。开平薄板为保证较薄板材能够焊透但不焊穿、焊接融合好，选择V型坡口，尽量减少K型、I型、U型、X型等开口形式，通过调整焊接热量输入，提高焊缝接头强度。

在不破坏钢板内部应力分布的基础上，将钢板边缘的缺陷切削掉并形成焊接坡口，坡口开口应采用钢板刨边机刨边等机械冷切削加工工艺，尽量避免砂轮机打磨、火焰切割机开坡口、等离子切割、直流焊机碳弧气刨等开坡口等方式。

2.4 除锈工艺的选择

应选用像酸洗除锈等对钢板内应力扰动较小的加工工艺。禁止使用抛丸除锈等可能使钢板内应力发生改变，造成开平薄板的镰刀弯或者波浪弯的除锈工艺。

2.5 钢板校平

制作外观质量要求较高、焊接质量要求较高、承受力学压强型的构件时，应事先对开平板进行校平，以消除板内应力，改善平整状态，提高工件的质量。

2.6 焊接控制

1）通过焊接工艺评定选择合适的焊接电流、焊接电压和焊接速度，减少构件焊接变形。

以Q235B、板厚6mm的开平板为例，施焊过程中埋弧焊电流控制应在380～420A，切忌不能超过450A，否则焊件变形过大。也不能小于350A,这样构件往往焊不透，造成探伤过不了关。电压应控制在30V左右，焊接速度控制在58m/min左右。

2）为防止构件变形，保证构件平整，组焊时尽可能少留焊件根部间隙，δ6mm、8mm钢板不留根部间隙。

3）为保证构件外观质量，组焊采用气保焊打底和填充，埋弧焊盖面，这种组焊方式具有热输出较小、热应力区较窄、焊接变形较小的特征，保证构件能焊透且不会烧穿，工作效率高，外观美观，成型后无须再经过清磨流程。清根打磨工序会引起构件的变形，不能用于开平板焊接中。

4）开平板应在焊接工作台上实施焊接工艺。工作台应平整、牢靠，以保证焊接焊缝平整，切忌在不平整的地面实施焊接工艺。

2.7 提高工作人员主动参与度

为提高施工工人的参与兴趣及主动性，建立企业利润与工人利益的关联关系，建议视其工艺加工难度，适当调整工人工资。施工工人主动参与度明显提升。

3 开平板在钢结构制作中的运用实践

由我公司承接的某市第二过江通道及连接线工程钢围堰项目位于长江上游河道中，工程构件最大设防水位采用5年一遇洪水水位235.5m，深入江水水底215.865m，承压水位20m深。

构件为圆形结构，双层薄壁，外径直径38m，全高21.144m，两壁板之间用隔舱板和水平桁架连接，底部首节重260.7t，单节最大重量28.97t。设计要求:外壁设计为δ8mm钢板，内壁设计为δ6 mm钢板，材质设定Q235B，执行国标GB/T700—2006，焊接要求严格进行焊接工艺评定试验并形成报告，角焊缝质量等级为Ⅱ级，面板与环板的对接焊缝为全熔透焊缝，面板焊缝质量等级为Ⅰ级，面板与箱梁焊缝质量等级为Ⅰ级，面板要求用渗透法进行检验，竖肋与环板避免十字交叉焊缝。

为确保工程质量，节约项目成本，在本项目进行开平板的拓展应用研究。

3.1 构件焊缝通过渗透法逐项检验，质量满足工程需求

本项目选用某大厂生产的Q235B热轧开平板，采用了应用6重17辊校平机除应校平3遍，酸洗除锈、用等离子切割机切割下料，用钢板刨边机开单面V型坡口。碳弧气刨清根，CO2气体保护焊打底填充，埋弧自动焊盖面、封底的焊接工艺实施本项目焊接工程。埋弧焊控制电流400A，电压33V，焊接速度35m/min。同时，为防止构件变形，组焊时在焊接工作台上实施焊接工艺，尽可能少留焊件根部间隙，δ6mm、8mm钢板不留根部间隙，不采用清根打磨的工序。

经权威第三方检验机构依据《钢结构焊接规范》GB50661—2011规定[3]，根据工程情况编制的工艺评定指导书、焊接试件、制取并检验试样、测定性能，确认试验记录正确，评定焊接工艺结果合格。所检参数符合标准要求，焊缝处已焊透、无气泡、无夹杂、无裂纹。熔合线外及热影响区无未融合、无裂纹，表面质量合格。最终评定焊接工艺结果为:合格。焊件的外观质量、焊缝尺寸、力学性能试验结果均符合设计及规范要求，完全满足工程工艺需求。

3.2 开平板拓展应用的经济效益显著

1）采购价格与同规格原平板相比节约610元/t。

本项目入口合同预算均价4330元/t（含采保费及运输费2%），材料损预算为6%，钢构件成本为4498.00元/t。本项目采用开平板，实际采购到场均价为4320元/t，由于开平板长度可以由施工方自由裁定，所以最终损耗控制为1.53%，钢构件成本为4384.8元/t，每吨构件创造利润113.2元/t。与同规格原平板市场均价4930元/t相比较，降低采购成本610元/t。

2）减少焊缝降低施工成本60元/t。

本项目由于使用开平板拼装，不受原材料长度制约，每带构件所需钢板长方向均按蓝图整张下料，每带减少焊缝2条，每条焊缝1.5m。降低施工成本60元/t。

3）本项目采用等离子切割，切割费用0.826元/m，与其他传统工艺持平。

4）本项目钢结构分包费提高20元/t，提高作业人员工资。

综上所述，通过开平板在该项目的拓展应用，每吨钢构件比按传统工艺施工节约610+60-20=650元/t，按本项目622.598t钢构件计算，节约施工成本400万元左右，经济效益明显。

综合近几年市场行情判断，开平板与原平板一般价格差异在300～800元/t。如果每吨钢板能节约400元采购成本，按企业每年钢板应用量10万t估算，应用一半的开平板替代原平板，可以为企业节约2000万元的采购资金。