《焊接技术》2018年9期论文连载

发布时间:2018-12-03 21:51    

多支腿异形锻钢节点组焊工艺研究

陈 苍,杨高阳,刘 强,邓凌云,叶晓东,赵航飞,杜小飞

摘要:武汉中心项目伸臂桁架节点处牛腿众多,且多为异形构件,焊接空间有限,若采用传统的全焊接形式,工艺难度极大,且焊接质量难以保证,故将该处节点优化为锻钢节点。锻钢节点在超高层项目中应用极少,故从实际加工制作方面对锻钢节点的制作进行了工艺剖析,通过深层次分析节点制作重点和难点,确定最优化的加工制作方案,保证了锻钢节点制作的可操作性以及焊接的可靠性,为类似工程提供参考依据。

关键词:多支腿异形;锻钢节点;余量加放;折弯工艺;工艺吊耳;焊接顺序

0 前言

武汉中心工程塔楼88层,裙楼4层,建筑高438 m,结构标高为410.7 m,结构形式为巨柱框架+核心筒+伸臂桁架的筒体结构,整栋塔楼共有6道巨型桁架加强层,其中3道为伸臂桁架,分别位于第31~33层、 46~48层、 63~65层, 臂桁架节点处牛腿众多,且多为异形构件,焊接空间有限,若采用传统的全焊接形式,工艺难度极大且焊接质量难以保证,故将该处节点优化为锻钢节点。

锻钢件节点主要材质为Q390GJC钢,最大板厚100 mm,最大自身质量约52 t。节点中心主杆件为锻钢件,与之连接的部件为低合金高强钢,单根节点焊缝总长21 940 mm,熔敷金属达到1 223 kg,焊缝填充量大。锻钢节点如图1所示。

图1 典型锻钢节点

1 锻钢节点组焊重难点分析(1)锻钢节点焊接要求较高,钢板板厚最大达100 mm,因此,选择合理的焊接工艺参数、避免焊接裂纹、防止层状撕裂是节点制作的难点。(2)锻钢节点构件外形尺寸大、结构复杂、焊缝集中,故合理制订装配制作方案和焊接顺序、设置合理的焊缝收缩余量、控制焊接变形和残余应力,确保构件尺寸精度也是节点制作难点。(3)锻钢节点部分零件板为异形板,需进行折弯处理,选择合理的折弯工艺,确保零件板折弯精度是节点制作难点。2 锻钢节点组焊工艺2.1 零件下料工艺要求(1)余量加放[1-2]

式中:Aw为焊缝横截面积,mm2;A为杆件横截面积,mm2;L为杆件长度,mm;ΔL为纵向收缩量,mm; K1=0.043 (GMAW)。

式中:δ为板厚。

根据式 (1), (2): 牛腿和暗梁节点板长度方向加放收缩余量6 mm,牛腿宽度方向加放收缩余量10 mm,暗梁宽度方向加放收缩余量6 mm。

(2)坡口开设

零件与锻钢件焊接坡口形式如图2所示,坡口角度25°,根部间隙10 mm。坡口开设采用火焰切割,切割完成后,打磨坡口面,去除淬硬层[3-4]

图2 零件坡口开设

2.2 零件折弯工艺要求

待坡口开设完成后,异形板需要折弯处理,零件板厚达100 mm,采用火焰加热+机械压制的工艺进行折弯处理,如图3及图4所示。首先,确定折弯线;然后,在折弯线左右两侧各100 mm范围内进行火焰加热,加热温度750~800℃;加热完成后,在专用胎架上采用2 000 t油压机进行机械折弯,使用靠模测量折弯精度。

图3 火焰加热

图4 机械折弯及靠模测量

2.3 工艺吊耳设置

2个牛腿和2个暗梁单独制作成4个组件后,考虑焊接过程中需要将工件翻身,需在合理的位置进行吊点设置。考虑翻身的安全性及方便性,通过重心计算,牛腿和暗梁工艺吊耳设置如图5和图6所示。

图5 异形牛腿工艺吊耳设置

图6 暗梁工艺吊耳设置

2.4 组焊顺序及工艺要求(1)组焊顺序

如图7所示,先装配一侧牛腿和暗梁,并点固焊固定,焊缝1和焊缝2打底焊完成后翻身焊接打底焊缝3和焊缝4;打底焊完成后翻身焊接焊缝1和焊缝2,填充至1/3处时再翻身焊接焊缝3和焊缝4并填充至1/3;然后翻身填充焊缝1和焊缝2至2/3处,再翻身填充焊缝3和焊缝4至2/3处;最后以同样方法进行填充、盖面焊。注意焊缝1和焊缝2,焊缝3和焊缝4需2名焊工同时、对称、等速焊接。

图7 锻钢节点焊接顺序

锻钢节点整体翻身时,要求起重机缓慢起升,将吊绳绷紧稍停,翻身示意如图8所示。

图8 翻身示意图

焊缝1~4焊接完成后,装配另一侧牛腿和暗梁,并加设工艺支撑,按左右对称焊接的方式完成剩余组件的焊接。

(2)焊接工艺参数的选择

根据焊接工艺评定 (PQR)要求,编制焊接工艺 (WPS)[5-6]。 焊丝均采用 φ1.2 mm 的 ER50-6 焊丝,保护气体流量均为15~20 L/min。GMAW 参数选择见表1及表2。

表1 GMAW (F)焊接工艺参数

表2 GMAW (H)焊接工艺参数

(3)焊接过程控制措施

①焊前控制 焊前使用电加热设备进行预热,预热温度120~150℃。

②焊中控制 焊接过程中严格控制层间温度,焊接操作人员及监护人员应随时对焊接区域的温度进行检测,当层间温度低于120℃时,应及时进行补热,当层间温度高于250℃时,应立即停焊,待温度自然降至120℃时,再进行焊接。

③焊后控制 焊后应及时进行保温处理,保温方式为保温棉覆盖,保温时间4 h。

3 结论

以异形多支腿锻钢节点为例,通过对节点制作重点、难点的可操作性分析,对焊缝收缩余量设置、零件板折弯工艺、工艺吊耳设置、装焊顺序、焊接工艺参数、焊接过程控制及焊接变形控制进行了系统阐述,所形成的制作焊接工艺是成功的,对同类结构节点的制作具有较高的借鉴价值。

参考文献:

[1] 阙子雄,张金辉,陈 辉,等.厚板高强度复杂桁架节点制作焊接工艺[J].电焊机, 2014, 44(5): 51-56.

[2] 刘代龙,阙子雄,陈 辉,等.空间复杂桁架节点制作焊接工艺的开发与应用[J].电焊机, 2010, 40(4): 85-90.

[3] JGJ 99—2015 高层民用建筑钢结构技术规程[S].

[4] GB 50205—2001 钢结构施工质量验收规范[S].

[5] GB 50755—2012 钢结构工程施工规范[S].

[6] GB 50661—2011 钢结构焊接规范[S].

中图分类号:TG444.74