大跨H型鋼梁柱的制造與吊裝課件

介紹大跨度鋼結(jié)構(gòu)梁、柱制造與吊裝，采用埋弧自動(dòng)焊、CAD和電子圖板放樣法、電子圖板找重心法、連接板配對(duì)制孔五種新工藝有效控制焊接變形和制造下料尺寸精度采用多車吊裝大跨度鋼結(jié)構(gòu)梁、柱。

關(guān)鍵詞：H型鋼梁、柱制造，變形控制，吊裝。

摘

要

一、前言：

xx鉆機(jī)維修工房，由鉆井公司根據(jù)已建的露天鉆機(jī)維修廠區(qū)擴(kuò)建而成，原露天道軌上有兩部20噸的龍門吊，高度為18米，龍門吊軌距為30米，新建工房根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用鋼結(jié)構(gòu)輕型屋架，廠房西面為可拆除的山墻，便于天車出入，工房四周墻面采用彩鋼板組裝。本工房由XX工業(yè)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，高度為21m，長(zhǎng)度為71.5m，廠房?jī)?nèi)部可容納兩部龍門吊，鋼屋架梁跨度為42m，梁截面為工字型，用Q235-B鋼板焊接而成，山墻處梁分為5段，其余處分為6段，單榀梁重2.1噸，分段處端板用高強(qiáng)螺栓連接，柱高19m，立柱截面均為工字型，用Q235—B鋼板拼焊而成，截面下段900mm寬，上段1410mm寬，柱之間的間距為6.5m，梁與梁、柱與柱

之間均用φ108×4的鋼管聯(lián)接，共計(jì)12榀大梁，24根鋼立柱，東西兩頭各有5個(gè)抗風(fēng)柱，共計(jì)10榀，高度均為21米左右。

二.結(jié)構(gòu)分析

此類型鋼結(jié)構(gòu)梁柱為XX境內(nèi)跨度最大的工房之一，此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、鋼材焊接性能好、易產(chǎn)生變形，構(gòu)件細(xì)而長(zhǎng)，安裝精度要求高，且沒有現(xiàn)場(chǎng)施工的條件，構(gòu)件大，運(yùn)輸困難，變形難以控制，運(yùn)輸、吊裝高空組對(duì)難度大，需多部吊車同時(shí)配合。

優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)用，造價(jià)低，易拆卸，工期短。

三.下料、落料精度及變形控制

3.1放樣

構(gòu)件細(xì)而長(zhǎng)，受場(chǎng)地的限制，放樣需在平坦的場(chǎng)地。由于樣板長(zhǎng)、樣板多，油毛氈用量大，加上夏天鋼板溫度高，樣板易變型，影響放樣精確度，所以我們運(yùn)用計(jì)算機(jī)放樣技術(shù)、采用CAD或電子圖版應(yīng)用軟件放大樣，按1：1比例畫出每一塊樣板的精確尺寸及對(duì)角線長(zhǎng)度直接在鋼板上落料，精度高、誤差小。

3.2下料

梁、柱有上下翼板和腹板及法蘭板聯(lián)接板組成，下料的精度決定了以后組對(duì)焊接的質(zhì)量，鋼屋架的上下翼板寬為250mm，板厚δ=12mm。原材料板材長(zhǎng)度為8米左右不等，寬度為2米，如果按此長(zhǎng)度切割，共計(jì)需要切割一千五百條250mm寬的鋼板，工作量很大，切割精度要求高，手工切割達(dá)不到要求，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，速度慢。

如果采用剪板機(jī)落料，存在兩個(gè)問題：一是受剪板機(jī)制約易產(chǎn)生扭曲變形且每塊板只能剪成2.5米的長(zhǎng)度。二是調(diào)直矯正工作量大，焊接接頭多，易產(chǎn)生彎曲變形，外觀上也不好看，影響梁、柱上下翼板的直線度。采用自動(dòng)切割機(jī)下料后，下料速度快且質(zhì)量高。工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。

為防止切割后變形，在切割起始處、結(jié)尾及中部選4—5點(diǎn)不切割預(yù)留長(zhǎng)度為40—50mm為宜，切割完后等鋼板溫度降至約到室溫后，再切割預(yù)留處，檢查翼板變形，矯正變形，單塊翼板變形應(yīng)控制在2mm。

3.3落料

4、制孔

鋼屋架法蘭連接端板多達(dá)75對(duì)，鉆孔加工數(shù)量達(dá)2400個(gè)，最大的孔直徑為φ=48mm，最小的22mm，誤差要求≤0.5mm，最厚的鋼板為50mm，考慮到由于劃線誤差、鉆孔誤差組對(duì)誤差及焊接變形疊加在一起。影響梁柱的聯(lián)接。為減少安裝時(shí)擴(kuò)孔先將同類型的鋼板四塊一組點(diǎn)焊，劃線打眼一次鉆孔。然后兩個(gè)一組編號(hào)配對(duì)。如圖梁12-2接柱12-2，通過這種方法的實(shí)踐，組裝時(shí)所有螺栓安裝一次成功。

5、梁、柱預(yù)制組對(duì)

組對(duì)有兩種方法見圖:一是直立組對(duì)法，二是平鋪組對(duì)法，直立組對(duì)相比平鋪法有很多缺點(diǎn)，因?yàn)楦拱逭?、薄而長(zhǎng)，組對(duì)時(shí)晃動(dòng)太大還必需用吊車提正，吊車占用時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性差又不安全。

二是平鋪組對(duì)法、先將腹板平放在制作好的平行支架上，兩邊擺放好翼板、及法蘭連接板，剛好達(dá)到位置線，方法簡(jiǎn)單易行，可多組同時(shí)施工，質(zhì)量安全有保證，施工速度快（見下圖）

6.1手工焊與自動(dòng)焊

鋼結(jié)構(gòu)梁、柱是用鋼板組對(duì)成“H”形而成，焊接長(zhǎng)度達(dá)5千米、采用手工焊，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接速度慢，外觀成型差，焊縫寬窄不易控制，人均每天最多能焊20米左右效率低。采用埋弧自動(dòng)焊大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，每臺(tái)焊機(jī)每天至少可焊接76米，效率高且焊縫飽滿，滿足設(shè)計(jì)要求。

六、焊接方法的選擇

七.焊接工藝

7.1焊材選擇

7.1.1焊絲選擇

根據(jù)Q235—B鋼材的機(jī)械性能及化學(xué)成分，依據(jù)JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》選用H08A鍍銅碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲，配合焊劑進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊，焊縫金屬具有優(yōu)良的力學(xué)性能。配合焊劑可用于碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別較低的合金鋼。

7.1.2焊劑選用

焊劑決定了焊縫成型、焊角尺寸及焊接質(zhì)量，根據(jù)鋼種、板厚、接頭形式、焊接設(shè)備、施焊工藝等，同時(shí)要求滿足焊絲焊劑匹配。

SJ301屬硅鈣型中性燒結(jié)焊劑，堿度約1.0，呈灰色球形顆粒，粒度為10—60目?？山恢绷鲀捎?，直流施焊時(shí)焊絲接正極。電弧穩(wěn)定，脫渣容易，焊縫成型美觀。可滿足大線能量多層多道，雙面單道，高速焊等焊接方法及工藝的需要，對(duì)焊接區(qū)的少量油、鐵銹不敏感。熔渣屬“短渣”性質(zhì)焊接小直徑的環(huán)縫時(shí)亦無熔渣下淌現(xiàn)象，故特別適宜用于環(huán)縫焊接。配合H08A、H08MnA、H08MnMoA等焊絲，可焊接普通結(jié)構(gòu)鋼，、鍋爐用鋼、管線用鋼HJ431是熔煉型高錳高硅低氟焊劑，呈紅棕色到淺黃色的玻璃狀顆粒，粒度8—40目?？山恢绷鲀捎茫绷鲿r(shí)焊絲接正極，工藝良好，電弧穩(wěn)定。配合H08A、H08MnA、H10Mn2及H10MnSi焊絲，焊接A3、20g及18Nb、14MnNb、16Mn鋼結(jié)構(gòu)，如船舶、鍋爐、壓力容器等，也可用于電渣焊及銅的焊接。

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焊劑

成型

焊角

尺寸

電流電壓匹配

氣孔

缺陷

脫渣性

工藝

性能

備注

HJ431

一般

差

一般

不易

出現(xiàn)

不易

出現(xiàn)

好

一般

①

SJ301

好

好

要求高

易出現(xiàn)

凹坑、麻點(diǎn)

好

好

②

備注：①HJ431在平焊位置成形美觀。②SJ301在焊接角焊縫時(shí)焊角尺寸易保證。

通過對(duì)以上兩種焊劑的比較，選用SJ301焊劑。

SJ301與HJ431性能比較

7.2焊接工藝參數(shù)調(diào)試

埋弧焊在焊接前要調(diào)試好各種參數(shù)，根據(jù)不同的材質(zhì)、板厚，采用不同的焊接電流、電壓及焊接速度與之匹配。根據(jù)多次的實(shí)驗(yàn)，焊接角焊縫翼板為14mm，腹板為12mm時(shí)電流為390—400A，電壓為30—32V，速度為19cm/min，焊角高度≥6mm，且不咬邊，當(dāng)翼板為12mm，腹板為10mm時(shí)，焊接電流為390—400A，，電壓為30—32V，速度為為19cm/min，當(dāng)翼板為10mm，腹板為8mm時(shí)，電流為380A，，電壓為30—32V，行車速度為速度為為19cm/min。

焊

接

工

藝

卡

工程名稱

新疆吐哈油田鉆井公司鉆機(jī)修理工房

圖號(hào)

03025S

零部件名稱

翼板+腹板

圖號(hào)

03025S-G-6

焊接工藝評(píng)定編號(hào)

95-39

焊工項(xiàng)目資格號(hào)

M1—5

母

材

材

質(zhì)

規(guī)格

類別

焊

接

材

料

牌

號(hào)

規(guī)

格

烘溫℃

腹板

Q235-B

δ=8δ=10

Ι

H08A

Ф3

翼板Q235-B

δ=10δ=12

Ι

SJ301

300-350℃

翼板Q235-B

δ=14

Ι

焊

接

規(guī)

范

層數(shù)

焊材直徑

電流

(A)

電壓

(V)

速

度

cm/min

層間溫度

℃

接頭型式：

1

Ф3

380-450

26-32

18-20

焊接位置

平角焊

探傷要求：

其它：角焊縫的焊腳尺寸厚度：K≥1/3St，且不小于6mm。

7.3焊接

7.3.1焊接變形:

焊接H型鋼結(jié)構(gòu)常見的變形有如扭曲變形、上下翼板角變形、上拱及左右彎曲變形，通過對(duì)結(jié)構(gòu)的分析，采取以下措施控制變形。

7.3.2直立焊接法:（見右圖）

將組對(duì)好的鋼屋架立起固定好,兩邊輔設(shè)用角鐵做成的道軌,長(zhǎng)20米,用兩臺(tái)埋弧自動(dòng)焊同時(shí)對(duì)稱施焊,以同樣的電流、電壓及焊接速度。由于在焊接過程中,鋼架翼板角焊縫受熱集中,單位長(zhǎng)度上線能量輸入高，引起上翹變形,從而很難跟蹤焊道,焊接完后的質(zhì)量很難保證,咬邊大,焊角高度不夠,冷卻后沿寬度方向焊接變形多達(dá)50mm,長(zhǎng)度方向左右彎曲變形100mm,每臺(tái)自動(dòng)焊需兩個(gè)人操作,耗費(fèi)時(shí)間,變形無法控制，焊縫質(zhì)量無法保證。

7.3.3鋼性固定法:（見下圖）

將鋼架,點(diǎn)焊在鋼性平臺(tái)上，然后用兩臺(tái)自動(dòng)焊機(jī)同時(shí)對(duì)焊,焊接完畢后磨開點(diǎn)焊處。由于兩臺(tái)焊機(jī)同時(shí)對(duì)一點(diǎn)施焊,線能量集中輸入,變形大,冷卻后變形上拱處高達(dá)60mm,因?yàn)橛猩瞎白冃?翻過來以后無法固定在平臺(tái)上,變形難以矯正。

7.3.4平焊法:（見下圖）

經(jīng)過以上兩種的失敗以后,總結(jié)經(jīng)驗(yàn),分析原因決定將鋼屋架平放焊接,將埋弧自動(dòng)焊焊機(jī)直接放在腹板上,不用道軌,而是用導(dǎo)向輪將焊機(jī)卡在翼板的邊緣,通過翼板保持焊絲與焊道間角度和間距,焊完一側(cè)再焊另一側(cè),焊接線能量相對(duì)減小,應(yīng)力相互抵消,雖然在焊接程中腹板也有所擺動(dòng),但焊機(jī)是在腹板上,相對(duì)角焊縫并未移動(dòng),采用其它方法即使在平焊位置也需兩人配合,調(diào)間距,掃焊劑,而現(xiàn)在只需一個(gè)人,采用導(dǎo)向輪后則無須經(jīng)常調(diào)間距,速度快,焊縫尺寸得到保證，焊完后總體質(zhì)量較好。

八、拉運(yùn)及吊裝

1、拉運(yùn)：梁和柱長(zhǎng)度均在20米以上，用現(xiàn)有任何車輛拉運(yùn)長(zhǎng)度都不夠、我們將30噸管托牽引桿加長(zhǎng)8米，將車的兩支點(diǎn)間距調(diào)整為16米，滿足拉運(yùn)的條件。柱子之間用鋼管隔開共五間，鋼管焊在托車上，結(jié)件的底部和左右都用膠皮墊實(shí)，以防側(cè)倒和碰掉耐火涂料，一次裝運(yùn)五品梁或柱。

2、柱的吊裝：由于現(xiàn)場(chǎng)有兩臺(tái)龍門吊在工作，工作場(chǎng)所比較俠窄緊張，可采用一邊拉運(yùn)，一邊吊裝的方法，柱子重量為1.8噸,高度為19米,事先在找好重心的軸線位置上焊好吊環(huán)，用兩臺(tái)30噸的吊車起吊,主吊車吊起上部、輔助吊車吊起根部配合主吊車，先拉運(yùn)吊裝北面A軸上的12榀立柱，再吊東面的五榀抗風(fēng)柱，后吊南面B軸上的12榀立柱，由東向西按照編號(hào)吊起、就位、找正焊接。

3、柱子與柱子的連接：柱子之間的連接用三根Φ114的系桿用螺絲連接起來,然后焊接,高度分別為止6.4M．12.8M．19.2M。系桿在吊柱子時(shí)先用一個(gè)螺栓連接在連接板上隨柱子一起吊起。一輛吊車找正，另一輛吊車將吊欄吊上，上面乘一人，吊鉤上掛一個(gè)滑梁的拉運(yùn)及吊裝：

1、梁的設(shè)計(jì)成人字