异型钢结构料仓制作技术研究

张 飞， 王贤东

(长江精工钢结构(集团)股份有限公司，安徽 六安 237161)

0 引 言

异形钢结构料仓主体为钢结构，结构主体上部为长方形设计，且上大下小，呈一定锥度结构，下部收缩，内部为分布式料仓口，形状为锥形漏斗，内外做环形板及加劲板作为主框架支撑，保证整体结构自然受力均匀[1]。在料仓的制作过程，为避免开钢平板翘曲，需使用正板下料，保证其钢板表面的平整度及尺寸要求。再根据料仓构件类型，为避开焊缝重合、钢板变形等问题，通过工艺模拟，制定合适的装配、焊接顺序。再结合相对稳定、合理的焊接参数，对料仓环板进行分段跳焊，从中间向两端跳焊，焊缝满焊，以此保证焊接后不变形，料仓开裆尺寸合格。

1 料仓结构的整体介绍

该项目工程的料仓结构如图1所示，上口呈长方形，主体结构是由两侧超长边的LD-1和LD-21壁板，以及两侧短边的LD-15和LD-16组成，外部在壁板四周分布为上下共3道环板环围壁板，三道环板分别与壁板、小三角加劲板进行连接，内部为角钢及分叉料仓口钢板隔断组成。

图1 料仓整体效果图

2 制作过程的控制

2.1 钢板对接

2.1.1 钢板对接操作要点

(1) 料仓主要钢板零件(LD-1/LD-21/LD-15/LD-16)在钢板对接时全部选择正板制作[1]，即在工程钢板采购时做出要求，不允许采用开平板。钢板表面不允许存在裂纹、气泡、夹杂等缺陷，且钢板不得有目视可见的分层[2]。

(2) 料仓主要钢板零件对接前，因为超长、超宽，需要先将钢板进行抛丸、除锈处理，避免因成品构件太大无法进行设备抛丸除锈的风险。

(3) 因料仓主要零件(LD-1/LD-21/LD-15/LD-16)超宽、超长，致使料仓主壁板LD-1/LD-21在长度和宽度上都需要对接，壁板LD-15和LD-16需在宽度方向对接。排料时要求在长度方向最小对接长度≥650 mm,宽度方向最小对接长度为350 mm，对接焊缝需互相错开250 mm以上。如图2所示。

图2 对接焊缝错位(主要针对LD2/LD21)

注意：壁板LD-1/LD-21需采用数控等离子切割，钢板对接时在长度、宽度方向均需放50 mm余量。

焊接顺序：先焊接宽度对接焊缝①和②，再焊接长度对接焊缝③。

2.1.2 钢板对接焊接参数

(1) 钢板对接采用半自动埋弧焊，不允许手工焊接，钢板对接须在两端加设引、收弧板，引、收弧板长度≥120 mm，宽度≥80 mm，材质、板厚同母材，引出有效弧长度≥50 mm[3-5]。

(2) 钢板对接前必须将焊缝两侧各30 mm范围内的割渣、氧化皮、铁锈等杂质打磨干净。

(3) 钢板对接焊缝等级为全熔透二级焊缝，UT探伤。对接完成后需由探伤人员检测合格后方能转移。

(4) 钢板对接采用4.0实芯焊丝，焊丝直径φ4 mm，焊丝牌号H10Mn2，焊剂牌号SJ101[6]。

(5) 焊接参数见表1(参考)。

表1 钢板对接焊接参数

(6) 钢板对接焊接完成后，引、收弧板采用火焰切割，严禁用锤击落。

(7) 对接完成后的钢板表面，若存在焊缝余高过高、钢板表面旁弯翘曲、探伤不合格等缺陷需及时返修处理。

2.2 料仓零件板(LD-1/LD-21)下料

(1) 料仓零件(壁板、环板、小三角加劲板等)下料采用数控等离子切割，不允许使用剪板切割，孔位特征需使用数控、冲床、钻床等机械设备来完成，避免手工剪板、切割造成尺寸误差。

(2) 下料过程中，要注意检验切割尺寸，避免出现不可控的尺寸偏差。

(3) 切割后零件的外观质量应作为常规项目进行检查，如切割后零件的外形尺寸、断面光洁度、槽沟、断口垂直度、坡口角度、钝边高度、局部缺口、毛刺和残留氧化物，火焰气割后零件的允许偏差见表2。

表2 气割的允许偏差[4]

(4) 利用半自动切割设备对小件进行切割、坡口加工等，对于切割断面上深度超过1 mm的局部缺口、深度大于0.2 mm的割纹以及断面残留的毛刺和熔渣，均应给予焊补和打磨光顺。

(5) 所有零件的尺寸需检验合格后才能转移至下道工序。

2.3 窑斗料仓的拼装、焊接

2.3.1 窑斗料仓的拼装

(1) 料仓拼装下料时必须使用半自动切割设备，全熔透位置必须开坡口，保证坡口切割质量，坡口表面若有割痕等在定位前必须打磨平整。

(2) 料仓壁板拼装前，在地膜上制作好定位胎架，定位胎架示意图如图3所示，具体尺寸以深化图为准。

图3 定位胎架示意图

(3) 拼装前，必须在下料切割时以长度、对角线尺寸进行放样，确保料仓结构整体构件长度尺寸及对角线尺寸。

(4) 料仓拼装以一侧壁板角点作为基准点划出基准线和定位线。

①将装配好的仓壁平放，用压包进行矫平，用角钢将四面与地膜连接，保证仓壁平整度。

②在仓壁上安装料仓隔板，采用拉对角线的方法确定隔板位置进行定位焊接。

③在下仓壁上焊接定位支撑，将两边侧仓壁放入下舱壁上进行定位焊接。

④吊上仓壁进行装配，利用定位支撑放入上仓壁进行定位焊。

(5) 先分别拼装长度方向的料仓壁板，料仓壁板与环板、小加劲板进行拼装，即将仓壁LD-1/LD-21与角钢、三角劲板单独装配。

2.3.2 窑斗料仓的焊接

(1) 料仓的定位焊缝不允许存在裂纹等不能最终熔入正式焊缝的缺陷，定位焊必须由持证合格焊工施焊；定位焊缝从料仓距离端部30 mm位置以上开始，避免棱角和端部等出现在强度和工艺上容易出问题的部位。定位焊长度为30～50 mm，间距为300～400 mm，焊脚尺寸为hf<4 mm。

(2) 角钢与仓壁LD-1/LD-21(三角劲板与仓壁、角钢)的连接焊缝采用双面角焊缝进行满焊，焊脚尺寸为8 mm。焊接时采用中间向两端分段跳焊，每段长度500 mm。

(3) 气保焊焊接实际参数：焊接电流，160～200 A；焊接电压，24～28 V；焊接速度，30～35 cm/min。具体见表3。气保焊采用平焊接头方式，焊接材料选择ER50-6，焊丝直径Φ1.2 mm，焊丝干伸长度为12～20 mm；保护气体为99.7% CO2，气体流量控制在15～25 L/min。

表3 气保焊焊接参数

(4) 焊接顺序示意图如图4所示，一方面从中间向两端跳焊，另一方面单块零件板也是分段跳焊，避免整体焊接后热输入量过高导致受热收缩变形。

图4 焊接顺序示意图

(5) 气保焊焊接要求：

①料仓焊接前，将待焊接的坡口表面及距焊缝位置50 mm范围内的氧化皮、锈蚀、油污、水等杂质清除干净；焊丝表面的油污和锈蚀应清除干净。

②多层多道焊时，每层焊缝厚度最好小于5 mm，不得超过7 mm。

③层(道)间应及时清理焊渣及表面飞溅物，发现影响焊接质量的缺欠时，应清除后方可施焊。

④全熔透焊缝反面碳弧气刨时，应避免夹碳、夹渣等缺陷的产生；清根后，应使用砂轮打磨刨槽表面，去除渗碳淬硬层及残留熔渣后方可进行焊接。

⑤引弧与收弧技术：所有钢板对接位置必须添加因、收弧板，引弧采用回焊法引弧，在15～20 mm范围内快速回焊，保证填满弧坑，避免缺陷产生。

⑥焊缝接头技术：因焊接方法较多，同时考虑料仓结构类型复杂，全熔透焊缝需保证焊接熔深，采用摆动焊；角焊缝采用无摆动焊。

⑦焊缝端部在料仓构件上时，在角钢转角处以及焊缝交叉拐角宜连续包角焊，起收弧点不宜在端部或棱角处，应距焊缝端10 mm以上，弧坑应填满，包角质量要求圆滑饱满。主要作用是加强焊缝端部强度，避免焊缝断裂隐患。同时需要注意，多层焊接时，每层均应进行包角处理。

2.3.3 窑斗料仓的整体装配、焊接

料仓需进行整体装配，将已装焊好角钢、三角劲板的仓壁(LD-1/LD-21)与未装焊角钢、三角劲板仓壁(LD-15/LD-16/LD-17/LD-18)装配成整体，如图5所示。装配时注意在仓壁之间留2 mm装配间隙，保证整体装配尺寸，尤其是端部开裆尺寸、底部开裆尺寸和孔距(仓壁旁边的贴板待仓壁间的连接焊缝焊接完成后再装配)。

图5 整体装配图

(1) 根据LD-1/LD-21上角钢的位置，装配定位LD-15/LD-16上的角钢、三角劲板，防止错边。

(2) 仓壁之间的连接焊缝为全熔透二级焊缝，坡口角度和尺寸按照要求制作，焊接时先从内部焊接，外侧清根，保证探伤合格[7]。

①坡口填充焊时，应采用多层多道焊，焊层、焊道数视坡口角度和深度而定。主要是要注意焊道排列方式和每焊完一道后的焊缝表面形状，避免出现焊道中央向上凸起，使之与坡口面间形成尖角。这种情况易使后续焊道形成未融合缺陷。

②每一层焊完后，焊缝表面应平滑，焊缝中间部分稍呈下凹状最佳。

③坡口盖面焊时，要求前一层的焊缝表面略低于工件表面0～2 mm，焊缝表面应平齐。这样盖面焊缝可以做到焊趾端平滑过渡，成形美观。

④贴板与仓壁的连接焊缝采用单面角焊缝，焊接尺寸8 mm，待仓壁间的连接焊缝焊接完成后再进行装配，如图6所示。

图6 贴板与仓壁连接焊缝

(3) 待仓壁之间及仓壁与角钢、三角劲板的连接焊缝焊接完成后，装配贴板、套管以及与底部仓壁连接的角钢、三角劲板。仓壁底部与角钢的对接焊缝为全熔透二级焊缝，UT探伤。焊接采用留2 mm间隙焊，内侧先焊，反面清根。

(4) 套管仓壁的连接焊缝采用单面角焊缝，焊脚尺寸为8 mm。

(5) 角焊缝注意焊接外观及尺寸，焊接尺寸需满足工程工艺要求，若工程无特殊说明则焊脚尺寸hf=0.7t(t为腹板板厚)，角焊缝厚度he=0.7hf。焊接时，若焊脚尺寸hf及焊缝厚度he不合格，需及时调整。

2.4 火焰校正

若为壁板和零件旁弯，需提前校正。可通过锤击钢板紧缩部位，使其延伸而达到矫平目的。检查钢板是否矫平，任意抬起钢板一边，钢板发生弹跳，说明尚未矫平，当钢板放下时有“噗哧”声音，并紧贴平台不发生弹跳现象，即表示钢板已达到矫正要求。

若是因为钢板过长、过宽的框架设计[8]，对接焊后产生变形，则将钢板放在平台上，用带状加热法沿焊缝凸起处用火焰加热，加热线的宽度一般为钢材厚度的0.5～2倍左右，加热区域如图7所示。

图7 带状加热形式

具体加热要求如下：

(1) 对于变形较大部位的矫正，要求加热深度大于5 mm，需要较慢的加热速度，此时宜用中性焰矫正较为适当。

(2) 对于变形较小的部位矫正，要求加热深度小于5 mm，需要较快的加热速度，此时宜用氧化焰进行矫正较为适当，具体见表4。

表4 火焰焰别接加热温度

(3) 火焰矫正的关键是正确掌握火焰对钢材进行局部加热以后钢材的变化规律。影响火焰矫正效果的因素主要有火焰加热位置、加热形状、宽度、长度、大小、温度等。加热位置的确定应选择在钢材弯曲处其纤维需缩短的部位，一般在弯曲处向外凸一侧加热能使弯曲趋直。

(4) 钢材的加热温度，在火焰矫正所允许的温度范围内，对矫正的变形能力，一般是温度越高，矫正能力越大。加热深度是火焰矫正效果的重要一环。加热深度一般宜控制在钢材厚度的40%以下，当用三角形加热方式则为构件宽度的40%左右。

(5) 当一次加热未达到矫正效果时，则需二次加热，其加热温度应稍高于前次，否则将无效果。当钢材温度超过900 ℃时，则材料性能变脆，影响使用性能，因此在同一部位的加热矫正不得超过2次。

(6) 火焰矫正后冷却特别是低合金结构钢的冷却，应在空气中缓慢冷却，被加热区钢材的韧性则不下降，当采用水冷时，被加热区则有明显的脆化现象，因此严禁用浇水骤冷。

(7) 火焰矫正工艺：

①用直尺、棉线等测量变形的尺寸，确定变形的程度，并分析变形的类别；

②确定加热位置，加热顺序和是否需要施加外力，一般先矫正刚性大的方向和变形大的部位。

③确定加热范围、加热温度。对低碳钢和部分普通低合金钢用火焰矫正时，加热温度通常为600～800 ℃；

④检查矫正质量，对未能达到质量要求的范围进行再次的火焰矫正，不能超过2次，且注意不能矫正过量。

2.5 打 磨

料仓制作完成并校正合格后，对其外观进行打磨清理，以保证外观质量。具体注意如下两点：

(1) 料仓所有焊接飞溅、焊渣、焊瘤等需使用铁铲或磨光机打磨、清理干净。

(2) 所有未封口包角的需包角圆滑。

检验人员对整体料仓尺寸做最终复核、检验，合格后转移。

3 结 论

通过在异形钢结构料仓的制作过程中，从原材料钢板的选择、零件的加工、装配尺寸、结构变形和焊接质量的控制以及变形校正等方面，针对相关方面做了较完善的质量控制和工艺要求。这些有利于对同类型料仓结构的钢构件制作要求，通过积累实践经验，具体总结控制点如下：

(1) 异形钢结构料仓采用的钢板，必须选择正板下料，可有效保证来料钢板表面的平整度，避免钢板翘曲、旁弯等缺陷，保证原材料环节不会产生影响整体结构的缺陷。

(2) 因料仓整体钢板超长、超宽，需要进行对接，所有对接焊缝必须按照工艺要求进行错开，避免焊缝接头重叠。

(3) 料仓装配是采用胎架进行定位，保证整体装配尺寸，尤其是端部开裆尺寸、底部开裆尺寸和孔距。

(4) 料仓结构中，角钢与料仓壁板采用分段跳焊，且从中间向两端焊接，焊接采用小电流、小电压并降低焊接速度。

(5) 整体拼装、焊接按照工艺给定的顺序进行，保证尺寸及焊后变形。

(6) 焊后有因焊接收缩造成的变形，在变形位置通过火焰校正，保证钢板平面度及整体尺寸。

(7) 料仓在拼装、焊接过程中，有构件翻身、转运等操作，需要在框架结构打临时支撑以保证拼装尺寸。