CN112427832A - 钢结构四面体巨柱焊接方法 - Google Patents

钢结构四面体巨柱焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢结构四面体巨柱焊接方法，是对构成四面体巨柱的前、后、左、右零部件进行组焊，其焊接步骤为：①进行前、后零部件的主板与对应纵、横筋板之间的点焊；②左、右零部件的主板分别与前、后零部件的主板点焊组装，前零部件的主板与右零部件的主板之间的组焊角度、后零部件的主板与左零部件的主板之间的组焊角度均为90°，前零部件的主板与左零部件的主板之间的组焊角度﹤90°，后零部件的主板与右零部件的主板之间的组焊角度﹥90°；③于左、右零部件的主板上点焊对应的纵、横筋板；④将点焊的纵、横筋板焊接在对应零部件的主板上；⑤将相邻零部件主板间对位筋板焊接为一体；⑥焊接相邻零部件主板间内侧主焊缝和外侧主焊缝。

Description

钢结构四面体巨柱焊接方法
技术领域
本发明涉及建筑施工技术，具体为一种钢结构四面体巨柱焊接方法。
背景技术
某建筑工程外围框架巨柱(重钢结构)，其四边框板的长度分别为3250mm×2050mm×2353mm×3038mm，材质为Q420-Z25，板材厚度为45mm～60mm，四边框板内设有连接成一体的网格状筋墙。该四面体巨柱由于其结构尺寸大、板材较厚重，因而拼接、焊接难度高，制作复杂，其主要难点在于四面体巨柱制作焊接过程中焊接质量难以保证，以及各种原因导致四面体巨柱发生变形。
现有技术中对重钢构件发生变形的解决方案是对其进行校正返修，造成人工成本浪费及生产成本的增加，特别是Q420-Z25材质重钢构件，由于焊接方法不当，极易造成焊缝裂纹等严重质量问题，导致大量返修。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种有效减少焊接缺陷和焊接变形，焊接后焊缝质量合格，构件整体几何尺寸满足设计要求的钢结构四面体巨柱焊接方法。
能够解决上述技术问题的钢结构四面体巨柱焊接方法，是对构成四面体巨柱的前零部件、后零部件、左零部件、右零部件进行组焊，其组焊方案步骤为：
1、进行前零部件、后零部件的主板与对应纵筋板、横筋板之间的点焊。
2、左零部件和右零部件的主板分别与前零部件、后零部件的主板点焊组装，前零部件的主板与右零部件的主板之间的组焊角度、后零部件的主板与左零部件的主板之间的组焊角度均为90°，前零部件的主板与左零部件的主板之间的组焊角度﹤90°，后零部件的主板与右零部件的主板之间的组焊角度﹥90°。
3、于左零部件、右零部件的主板上点焊对应的纵筋板(沿板体的长度方向)、横筋板(沿板体的宽度方向)。
4、将点焊的纵筋板、横筋板焊接在对应零部件的主板上。
5、将相邻零部件主板间对位的筋板焊接为一体。
6、焊接相邻零部件主板间的内侧主焊缝和外侧主焊缝。
进一步，将点焊的纵筋板、横筋板焊接在对应零部件的主板上时，优先焊接纵筋板，使焊接收缩量按照长度方向释放，焊接完纵筋板后再焊接横筋板。
更进一步，焊接筋板与对应零部件的主板时，先对大坡口焊缝进行施焊，在大焊缝实施完两层焊缝后，对反面小焊缝先进行清根，清根时若U型坡口过深，为使焊缝无焊接死角，直接使用气刨对焊缝进行修边，将焊缝扩大并焊接反面小焊缝的第一层焊道，完成后返回大焊缝焊道进行施焊，在焊接大焊缝时观察筋板角度(设计角度为与主板垂直)变形情况，若发生变形则返回反面小焊缝焊接第二层焊道，如此往复，根据角度变形情况来选择焊缝进行焊接，以尽可能减少焊接变形。
特别的，左零部件的主板的前、后端均设计为双面坡口的焊接端，右零部件的主板的前端设计为双面坡口的焊接端，右零部件的主板的后端、后零部件的主板的右端均设计为单面坡口的焊接端。
执行第4步骤前，加焊左零部件和右零部件的主板与前零部件、后零部件的主板之间的焊缝，以对抗纵筋板、横筋板与对应零部件的主板焊接时产生的变形。
在焊接内侧主焊缝时采用对称焊法、分段跳焊法和分段退焊法进行焊接，焊完第一条内侧主焊缝后翻转四面体巨柱焊接与第一条内侧主焊缝相对的另一条内侧主焊缝，然后再翻转四面体巨柱焊接剩余的另外两条内侧主焊缝，完成后再翻转四面体巨柱回到第一条内侧主焊缝进行焊接，如此往复，直至将四条内侧主焊缝焊接完毕。
四条内侧主焊缝焊接完毕，将四面体巨柱放置在胎架上对外侧主焊缝进行清根，清根完成后打磨清除渗碳层，并使用埋弧焊对外侧主焊缝进行施焊。
本发明的有益效果：
1、本发明钢结构四面体巨柱焊接方法为避免零部件主板(厚板)单面衬垫焊接内部应力集中导致的变形和应力裂纹，将主焊缝的单面V型坡口优化为双面不等边坡口，通过轮流对正、反面主焊接进行循环焊接，抵消内部应力，达到减少焊接变形、消除焊接应力裂纹的目的。
2、本发明通过焊前预热、焊接过程中层间温度控制、使焊接时熔池温度均匀，减少热应力，达到避免产生焊缝延迟裂纹的目的。
3、本发明根据四面体巨柱结构特点而设计焊接顺序，优先焊接四面体巨柱内纵向加强筋板，使焊接收缩量按照长度方向释放，焊接完纵向加强肋板后再焊接横向加强筋，筋板焊接完成后再焊接主焊缝，使四面体巨柱在焊接过程中整体处于小的拘束状态，达到最大程度的在焊接过程中控制焊接变形的目的。
4、本发明采用分段退焊、跳焊焊接方式，在多层多道焊接过程中，将一条通长焊缝分为几道间断焊进行交错焊接，缩小焊缝两端的温度差，使焊缝热影响区的温度不致急剧增高、以减少热膨胀变化率，同时减少焊缝的持续加热时间，避免局部持续升温过高引起的焊接变形，达到减少局部焊接变形的目的。
5、本发明采用的焊接方法，能错开多层多道焊缝中每道焊缝焊接的接头，避免接头处应力过度集中导致产生的应力裂纹。
附图说明
图1为本发明一种实施方式中四面体巨柱(水平卧放)的轴测图。
图2为图1中四面体巨柱的零部件分解图。
图3为图2中前零部件的轴测图。
图4为图2中后零部件的轴测图。
图5为图2中零部件拼装顺序的第一步骤示意图。
图6为图2中零部件拼装顺序的第二步骤示意图。
图7为图2中零部件拼装顺序的第三步骤示意图。
图8为图2中零部件拼装顺序的第四步骤示意图。
图9为图2中各零部件的主板间的焊接示意图。
图10为图3、图4中筋板与主板的焊接示意图。
图11为图9中主焊缝焊接端口错开示意图。
图号标识：1、四面体巨柱；2、前零部件；2-1、前主板；3、后零部件；3-1、后主板；4、左零部件；4-1、左主板；5、右零部件；5-1、右主板；6、纵筋板；7、横筋板。
具体实施方式
下面以某建筑工程外围框架巨柱即四面体巨柱1(四边板长：3250mm×2050mm×2353mm×3038mm、板厚45mm～60mm)为例并结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明钢结构四面体巨柱焊接方法，是对构成四面体巨柱1的前零部件2、后零部件3、左零部件4、右零部件5进行组焊，所述前零部件2包括前主板2-1(3250mm长)以及内侧满板焊接的网格状筋墙(由交错的纵筋板6和横筋板7构成)，所述后零部件3包括后主板3-1(2353mm长)以及内侧满板焊接的网格状筋墙(由交错的纵筋板6和横筋板7构成)，所述左零部件4包括左主板4-1(3038mm长)以及内侧中部焊接的网格状筋墙(由交错的纵筋板6和横筋板7构成)，所述右零部件5包括右主板5-1以及内侧中部焊接的网格状筋墙(由交错的纵筋板6和横筋板7构成)，如图1、图2所示，具体的焊接方案步骤如下：
1、进行前零部件2的前主板2-1与对应纵筋板6(前、后间隔等距排列)、横筋板7(左、右间隔等距排列)之间的焊装，即将开好坡口的前主板2-1平放，在前主板2-1上弹线而标出纵、横筋板所在位置，将纵筋板6、横筋板7对齐标线并点焊定位，各纵筋板6的左、右端向后的勾部平齐前主板2-1的左、右端，如图3所示。
2、进行后零部件3的后主板3-1与对应纵筋板6(前、后间隔等距排列)、横筋板7(左、右间隔等距排列)之间的焊装，即将开好坡口的后主板3-1平放，在后主板3-1上弹线而标出纵、横筋板所在位置，将纵筋板6、横筋板7对齐标线并点焊定位，各纵筋板6的左、右端向前的勾部平齐下主板3-1的左、右端，如图4所示。
3、将开好坡口的左主板4-1平放，在左主板4-1上弹线而标出纵、横筋板所在位置；将开好坡口的右主板5-1平放，在右主板5-1上弹线而标出纵、横筋板所在位置，如图2所示。
4、左主板4-1的前端对齐前主板2-1的左端，左主板4-1的前部板体以前主板2-1内侧的纵筋板6的左端勾部外侧斜度定位(定位夹角﹤90°)，点焊左主板4-1与前主板2-1，如图5所示。
5、左主板4-1的后端对齐后主板3-1的左端，左主板4-1的后部板体以后主板3-1内侧的纵筋板6的左端勾部外侧斜度定位(定位夹角﹦90°)，点焊左主板4-1与后主板3-1，如图6所示。
6、右主板5-1的前端对齐前主板2-1的右端，右主板5-1的前部板体以前主板2-1内侧的纵筋板6的右端勾部外侧斜度定位(定位夹角﹦90°)，点焊右主板5-1与前主板2-1，如图7所示。
7、右主板5-1的后端对齐后主板3-1的右端，右主板5-1的后部板体以后主板3-1内侧的纵筋板6的右端勾部外侧斜度定位(定位夹角﹥90°)，点焊右主板5-1与后主板3-1，如图7所示。
8、于左主板4-1上按标线位置点焊纵筋板6和横筋板7；于右主板5-1上按标线位置点焊纵筋板6和横筋板7，如图8所示。
9、加焊相邻主板之间的焊缝。
10、将全部点焊的纵筋板6、横筋板7焊接于对应的主板上；将左主板4-1与前主板2-1之间对齐的纵筋板6焊接，将左主板4-1与后主板3-1之间对齐的纵筋板6焊接；将右主板5-1与前主板2-1之间对齐的纵筋板6焊接，将右主板5-1与后主板3-1之间对齐的纵筋板6焊接，从而完成四面体巨柱1半成品的制作，如图1、图8所示。
11、在四面体巨柱1半成品直立状态下焊接相邻主板间的内侧焊缝。
12、在四面体巨柱1半成品直立状态下采用埋弧焊焊接相邻主板间的外侧焊缝，从而完成四面体巨柱1成品的制作。
上述焊接方案步骤中，各零部件的主板的坡口进行了专项设计，目的在于提高厚板间主焊缝焊接的质量并降低厚板焊接的难度，避免因焊接应力集中引起焊缝冷裂纹、层状撕裂等缺陷造成返工。
1、前主板2-1的左端坡口(非焊接)角度与左主板4-1的定位夹角一致，前主板2-1的右端坡口(非焊接)角度为90°，如图9所示。
2、后主板3-1的左端坡口角度为90°(非焊接)，后主板3-1的右内端开设有焊接坡口(45°)，如图9所示。
3、左主板4-1的前、后端均开设有双面焊接坡口，且外侧坡口角度(45°)大于内侧坡口角度(40°)，如图9所示。
4、右主板5-1的前端开设有双面焊接坡口，且外侧坡口角度(45°)大于内侧坡口角度(40°)，右主板5-1的后内端开设有单面焊接坡口(40°)，如图9所示。
上述焊接步骤中，各条焊缝的焊接顺序为：
1、预热和层间温度控制，根据钢材的化学成分、接头的拘束状态、热输入大小、熔敷金属含氢量水平及所采用的的焊接方法等综合因素确定或进行焊接试验。
①、焊前预热及层间温度的保持采用火焰加热法对其进行加热，并采用专用的测温仪器测量。
②、预热的加热区域在焊接坡口两侧的100mm范围。
上述第10焊接步骤中，筋板(图中的C)与主板(图中的D)进行焊接，焊接时，筋板与主板焊缝形成的T型焊缝的不对称K型坡口中，优先对大焊缝进行施焊，在正面大焊缝实施完两层焊缝后，先对反面小焊缝进行清根，清根时若U型坡口过深，为使焊缝无焊接死角，直接使用气刨对焊缝进行修边，将焊缝扩大，并焊接反面小焊缝第一层焊道，完成后返回大焊缝焊道进行施焊；在焊接大焊缝时观察构件角度变形情况，若发生变形则返回反面小焊缝焊接第二层焊道，如此往复，根据角度变形情况来选择焊缝进行焊接，以尽可能减少焊接变形，如图10所示。
在对筋板与主板间焊缝进行多层多道焊接时，在焊接填充焊道时严禁摆宽焊道，使用窄焊道薄焊层的焊接方法进行焊接，严格控制摆弧宽度，摆弧宽度控制在20mm～25mm之间，每层填充高度应在3mm～5mm，且每次在筋板处均预留3mm～5mm为下一道焊道进行融合；每次焊接完成后，均对焊道进行层间温度进行测量，当温度超过层间温度规定的温度时应暂停焊接，等温度降至规定范围后在进行焊接。
上述第11、12焊接步骤中，优先焊接相邻主板间的内部主焊缝：采用对称焊法、分段跳焊法和分段退焊法进行焊接，焊完内部一条主焊缝一两层焊道后翻转半成品四面体巨柱1焊接与此主焊缝相对的下一道主焊缝，然后再翻转半成品四面体巨柱1焊接剩余两条主焊缝，完成后再翻转半成品四面体巨柱1回到第一条主焊缝进行焊接，如此往复，直至将半成品四面体巨柱1内部四条主焊缝焊完；之后将半成品四面体巨柱1放置在胎架上对外部主焊缝进行清根，清根完成后打磨清除渗碳层，并使用埋弧焊对外部主焊缝进行施焊。
上述内、外主焊缝在采用多层多道焊接时，同一道焊缝同一层尽量一次性焊完，未焊完同一层焊缝时不得焊接下一层焊缝，焊完同一道焊缝后再对下一层焊缝施焊时焊缝端部接口与上一道焊缝端部接口相互错开，如图11所示，图中A处为第一层焊缝端接口，图中B处为第二层焊缝端接口。

Claims (7)

1.钢结构四面体巨柱焊接方法，是对构成四面体巨柱(1)的前零部件(2)、后零部件(3)、左零部件(4)、右零部件(5)进行组焊，其组焊方案步骤为：
①、进行前零部件(2)、后零部件(3)的主板与对应纵筋板(6)、横筋板(7)之间的点焊；
②、左零部件(4)和右零部件(5)的主板分别与前零部件(2)、后零部件(3)的主板点焊组装，前零部件(2)的主板与右零部件(5)的主板之间的组焊角度、后零部件(3)的主板与左零部件(4)的主板之间的组焊角度均为90°，前零部件(2)的主板与左零部件(4)的主板之间的组焊角度﹤90°，后零部件(3)的主板与右零部件(5)的主板之间的组焊角度﹥90°；
③、于左零部件(4)、右零部件(5)的主板上点焊对应的纵筋板(6)、横筋板(7)；
④、将点焊的纵筋板(6)、横筋板(7)焊接在对应零部件的主板上；
⑤、将相邻零部件主板间对位的筋板焊接为一体；
⑥、焊接相邻零部件主板间的内侧主焊缝和外侧主焊缝。
2.根据权利要求1所述的钢结构四面体巨柱焊接方法，其特征在于：将点焊的纵筋板(6)、横筋板(7)焊接在对应零部件的主板上时，优先焊接纵筋板(6)，使焊接收缩量按照长度方向释放，焊接完纵筋板(6)后再焊接横筋板(7)。
3.根据权利要求2所述的钢结构四面体巨柱焊接方法，其特征在于：焊接筋板与对应零部件的主板时，先对大坡口焊缝进行施焊，在大焊缝实施完两层焊缝后，对反面小焊缝先进行清根，清根时若U型坡口过深，为使焊缝无焊接死角，直接使用气刨对焊缝进行修边，将焊缝扩大并焊接反面小焊缝的第一层焊道，完成后返回大焊缝焊道进行施焊，在焊接大焊缝时观察筋板角度变形情况，若发生变形则返回反面小焊缝焊接第二层焊道，如此往复。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的钢结构四面体巨柱焊接方法，其特征在于：左零部件(4)的主板的前、后端均为双面坡口的焊接端，右零部件(5)的主板的前端为双面坡口的焊接端，右零部件(5)的主板的后端、后零部件(3)的主板的右端均为单面坡口的焊接端。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的钢结构四面体巨柱焊接方法，其特征在于：执行第④步骤前，加焊左零部件(4)和右零部件(5)的主板与前零部件(2)、后零部件(3)的主板之间的焊缝，以对抗纵筋板(6)、横筋板(7)与对应零部件的主板焊接时产生的变形。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的钢结构四面体巨柱焊接方法，其特征在于：在焊接内侧主焊缝时采用对称焊法、分段跳焊法和分段退焊法进行焊接，焊完第一条内侧主焊缝后翻转四面体巨柱(1)焊接与第一条内侧主焊缝相对的另一条内侧主焊缝，然后再翻转四面体巨柱(1)焊接剩余的两条内侧主焊缝，完成后再翻转四面体巨柱(1)回到第一条内侧主焊缝进行焊接，如此往复，直至将四条内侧主焊缝焊接完毕。
7.根据权利要求6所述的钢结构四面体巨柱焊接方法，其特征在于：之后将四面体巨柱(1)放置在胎架上对外侧主焊缝进行清根，清根完成后打磨清除渗碳层，并使用埋弧焊对外侧主焊缝进行施焊。
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