中厚板钢结构无气刨清根焊接技术

任 张

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

1 概述

钢结构分为建筑钢结构、桥梁钢结构等，与目前建筑领域普遍采用的钢筋混凝土结构相比，具有强度高、工程造价低、自重轻、施工周期短和可工厂化制作等优点，如此多优势得到广泛重视并迅速发展，从重大工程、标志性建筑使用钢结构到钢结构普遍使用，呈现出了从未有过的兴旺景象。大胜关大桥、坝陵河大桥、北盘江大桥等是我们国家的超级工程。这些工程为我们的生活提供了极大的便利。同时带动着两地的经济发展。这些超级工程也展现了我国钢结构制造技术的最高水平。2021年10月，中国钢结构协会发布了《钢结构行业“十四五”规划及2035年远景目标》，提出钢结构行业“十四五”期间发展目标：到2025年底，国内钢结构用量达到1.4亿t左右，占中国粗钢产量比例15%以上，钢结构建筑占新建建筑面积比例达到15%以上。到2035年，我国钢结构建筑应用达到中等发达国家水平，钢结构用量达到每年2.0亿t以上，占粗钢产量25%以上，钢结构建筑占新建建筑面积比例逐步达到40%，基本实现钢结构智能建造。钢结构主要以钢板为主结构的支撑体系。相对于钢筋混凝土结构，钢结构在厂内制作，具有制作速度快、强度高、抗震性好、自重轻、安装速度快等优点。

随着钢结构市场的扩大且逐渐大型化发展，随之带来了更加巨大的焊接工程量，传统的焊接工艺采用气保焊打底、埋弧焊填充、盖面，此工艺还需清根，增加了炭精棒、焊材的使用量，既增加了焊接时间，也提高了焊接成本，作业中噪声大且在气刨过程中产生的大量烟雾、灰尘对环境产生极大的污染，对焊接人员的身心健康有很大的伤害，这种工艺已经不能满足目前的作业需求，为保证焊接质量和焊接效率，缩短生产周期，提高我厂未来在钢结构领域的竞争优势，我厂对焊接工艺进行改革创优，针对厂内的航空学院钢结构项目研发出一种无气刨清根的钢结构焊接技术。

2 无气刨清根焊接工艺特点

本次主要针对钢结构传统焊接工艺中的碳弧气刨清根、打磨这一工序进行优化措施研究，在焊接钢结构焊缝时不清根、打磨也能保证焊缝质量。无气刨清根焊接工艺技术对分坡口加工、焊接两部分进行研究，坡口加工部分主要包含内容有：坡口的形式、角度、钝边，焊接部分主要为焊接的电流、电压及焊接速度等。根据实际焊接过程中的问题分析得知气刨清根主要是为了清除背面焊接时在焊缝中间部位钝边处产生的夹渣及未熔合，本次钢结构焊接工艺技术开对称K坡口，坡口角度60°～70°，在焊接前对坡口边进行打磨，清除坡口内部两侧的毛刺及杂物，避免在焊接过程中形成夹渣，同时提高电弧电压，增大熔深深度，使第一层熔深达到5～6 mm，在背面焊接不清根的情况下熔深依旧可以达到5～6 mm，熔核完全融合，根部未熔消除。此工艺技术减少了碳刨清根的工序，同时钢结构变形量也得到了极好的控制。

3 下料

本项目所需构件包含普通构件和弧形构件，这给下料排料带来了一定的麻烦，采用最新的智能排料软件并辅以人工调整，可使板材的损耗率始终处于可控范围，进而减少成本的投入。

下料前必须确认整个气割系统的设备和工具全部运转正常，并保证安全；清除钢材表面的污垢、油污、浮锈及其他杂物。

下料过程中需要时刻关注氧气乙炔压力的变化，确定气压是否稳定，不漏气；机体是否行走平稳；割嘴气流是否畅通；割炬的角度和位置是否准确，以此保证下出来的钢板满足所需尺寸及外观要求。

下料时应遵守以下原则：①大型工件的切割应从短边开始；②在钢板上切割不同尺寸的工件时，应靠边靠角，合理布置，先割大件后割小件；③在钢板上切割不同形状的工件时，应先割较复杂的后割较简单的；④窄长条形切割时，采用两长边同时切割的方法，以防止旁弯。零件的长度、宽度允许偏差为±3 mm；切割面平面度0.05t（t为切割面厚度）但不大于2 mm。自检合格后经专检人员同意后方可进入下一工序。

在下完料后需要检查下料尺寸是否正确，如不符合下料尺寸应及时调整，避免后续焊接完成后再碳刨返修、另外还需确定毛刺是否已清除干净，如未清理干净需及时清理，避免后续无碳刨焊接时导致未熔合从而增加碳刨返修。

4 坡口制备

开制坡口时应严格按照编写的钢结构制作工艺指导书确定的坡口形式及大小进行制作，必需满足无碳刨焊工艺的要求，严禁私自对坡口进行调整，如有需要须经技术部门确认后方可进行调整。在坡口制备中技术管理人员应根据后续焊接需求对不适宜的坡口进行调整。自检合格后经专检人员同意后方可进入下一工序。

5 拼装构件拼装和附件安装

（1）H型钢梁、钢柱的拼装

在生产车间组装工位的H型钢梁组立机上进行组拼，组拼时需严格按照图纸进行组拼，一张图对应一根梁，禁止经验主义，盲目组拼；钢柱组拼时分清腹板及翼板，组拼时注意内部的支撑件，待检查无误后方可盖板。自检合格后经专检人员同意后方可进入下一工序。

（2）弧形梁的拼装

弧形梁的组拼在本项目中是一个重难点，需要安排有更多经验的老师傅进行制作，在制作中需将图纸吃透，有异议的地方需及时与项目工程师进行对接，切勿带着疑问施工，拼装前严格根据图纸对照腹板翼板的下料尺寸，下料尺寸检验合格后方可进行拼装，避免因下料问题导致返工，自检合格后经专检人员同意方可进入下一工序。

（3）H型钢梁的预拼装

按照设计图纸中的布置图对每跨钢梁进行预组，预组合格后方可进行焊接，预组时可对相同钢梁制作工装，进而加快制作速度，但需保证无误后方可使用，避免出现批量性错误。

（4）附件安装

在钢结构附件安装确保尺寸无误后方可移交焊接工位，在进行无碳刨焊接前应先对焊道进行检查，清除可能的浮锈、氧化渣、毛刺、杂物等，尽可能的减少影响无碳刨焊接的影响因素。

在预拼装和附件安装的过程中应保证预留的焊接区域能够满足无碳刨焊接施工，拼装间隙不得过大、拼装过程产生的杂物、氧化渣应及时清理。

6 结束语

无碳刨工艺技术减少了碳刨清根的工序，同时使钢结构变形量得到了极好的控制，并且极大地提高了焊接速度和施工速度，在整个焊接过程中减少了炭精棒等耗材的使用，对钢结构制作成本的降低起到了很大的作用；同时无碳刨工艺也减轻了对环境的污染，降低了对焊接施工人员身心健康的伤害。