開平板在鋼結(jié)構(gòu)制作中的適用范圍拓展及其運(yùn)用實(shí)踐

余葆東

中國(guó)十九冶集團(tuán)有限公司材料設(shè)備工程分公司（611731）

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)制造是集團(tuán)公司主要產(chǎn)業(yè)之一，其規(guī)模及利潤(rùn)占公司總額的20%以上，直接影響企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和利潤(rùn)空間。作為鋼結(jié)構(gòu)主材的采購(gòu)管理人員，發(fā)現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)制作中，如果能將開平板適度運(yùn)用于工程實(shí)踐中，利用開平板的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，降低企業(yè)采購(gòu)成本，提升工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。文章就如何通過(guò)改善工藝技術(shù)、拓展開平板的適用范圍及在工程實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 開平板與原平板的差異

1.1 生產(chǎn)工藝的差異

開平板與原平板都是用連鑄板坯或初軋板坯作原料，經(jīng)熱軋機(jī)在高溫下軋制而成的鋼板。

開平板（又稱剪切鋼板）是以板坯（主要為連鑄坯）為原料，經(jīng)加熱后由粗軋機(jī)組及精軋機(jī)組制成帶鋼。從精軋最后一架軋機(jī)出來(lái)的熱鋼帶通過(guò)層流冷卻至設(shè)定溫度，由卷取機(jī)卷成鋼帶卷，冷卻后的鋼帶卷經(jīng)過(guò)不同的精整作業(yè)線（平整、矯直、橫切或縱切、檢驗(yàn)、稱重、包裝及標(biāo)志等）加工而成為鋼板、平整卷及縱切鋼帶產(chǎn)品。

原平板（又稱單軋鋼板）是以倍尺板坯入庫(kù)，經(jīng)板坯切割、加熱、粗除鱗、軋制精除鱗、冷卻（ADCO）、熱分段剪分段、矯直、冷床空冷、上下表面檢查修磨、切邊、切頭尾、定尺、取樣、標(biāo)印、探傷而成定型鋼板[1]。

1.2 外觀及力學(xué)性能差異

1.2.1 外觀（如圖1所示、見表1）

表1 開平板和原平板外觀對(duì)比

圖1 原平板與開平板外觀差異

1）鋼板尺寸:開平板除非特殊要求，一般都是兩切邊，厚度在1.5～20mm。原平板一般都是四切邊，尺寸不限。

2）顏色:開平板是卷制而成的，故其氧化皮較少，同樣時(shí)間的開平板和原平板放置一段時(shí)間后其顏色不同，原平板發(fā)紅，開平板發(fā)藍(lán)。

3）平整度:開平板和原平板不平度均執(zhí)行GB 709—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但因生產(chǎn)工藝的不同，原平板比開平板平整度要高一些。

4）鐮刀彎:開平板是原卷經(jīng)過(guò)整平機(jī)整平后切割，過(guò)一段時(shí)間有可能會(huì)出現(xiàn)原卷型狀的鐮刀彎。鐮刀彎不能大于GB709—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[2]。

5）厚度公差:開平板和原平板的厚度公差控制均符合GB/T709—2006國(guó)標(biāo)。原平板厚度偏差種類按對(duì)稱偏差（N類）驗(yàn)收，開平板厚度精度按普通精度（PT·A)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。

6）試驗(yàn)實(shí)測(cè):以某國(guó)內(nèi)知名大廠提供的同生產(chǎn)日期、同規(guī)格、同材質(zhì)δ6mm鋼板為試件，通過(guò)小量程的激光位移傳感器、鋼絲等工具手段進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)得知，開平板不平度均1m為3.5mm，2m為5 mm。厚度公差（下差）為-2mm、-3mm，即厚度在5.7mm、5.8mm。鐮刀彎平均值為3.5mm。表面局部有細(xì)微劃痕印跡。

同規(guī)格同材質(zhì)原平板不平度均1m為0.3mm，2m為0.5mm。無(wú)厚度公差，未發(fā)現(xiàn)鐮刀彎，表面光潔無(wú)劃痕印跡。

1.2.2 力學(xué)性能的差異

原平板工藝完善，尺寸穩(wěn)定性和平整度較好，內(nèi)應(yīng)力水平較低且分布均勻。開平板是經(jīng)過(guò)整平機(jī)整平后切割，其退火工藝的差異引起不均勻冷卻造成板內(nèi)殘余應(yīng)力較高，尺寸穩(wěn)定性較差（見表2）。

表2 開平板和原平板力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)比

開平板內(nèi)應(yīng)力分布不均勻，出現(xiàn)垂直長(zhǎng)度的不同方向上產(chǎn)生承載能力不同的現(xiàn)象，并且這個(gè)承載能力很難用一般的強(qiáng)度指標(biāo)衡量。所以開平板在焊接的時(shí)候會(huì)有很大的焊接變形,后期調(diào)整非常困難。

1.3 開平板的應(yīng)用限制

開平板和原平板在性能上的差異，使得開平板的應(yīng)用范圍受到極大限制，在外觀質(zhì)量要求較高、或者焊接質(zhì)量要求較高、或者承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件基本不選用開平板。但開平板在價(jià)格上有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)工藝提升等技術(shù)手段可改善開平板的性能，拓展開平板的應(yīng)用范圍。

2 通過(guò)工藝提升等技術(shù)手段拓展開平板的適用范圍

2.1 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的控制

使用方很難直接控制產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，往往通過(guò)選擇滿足要求的生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)。如果要用開平板制作外觀質(zhì)量要求較高、焊接質(zhì)量要求較高、承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件，選擇生產(chǎn)過(guò)程控制嚴(yán)格的企業(yè)生產(chǎn)的開平板作為加工原材料。這些企業(yè)有成熟穩(wěn)定的質(zhì)量控制體系，產(chǎn)品質(zhì)量有保障，尤其是對(duì)開平薄板的選用。

2.2 切割下料工序控制

開平板在切割下料時(shí)應(yīng)選用等離子切割等熱變形小、熱影響區(qū)較少的加工手段，嚴(yán)禁使用火焰切割等熱切割方式，以此降低切割施工對(duì)板內(nèi)應(yīng)力的擾動(dòng)，減少切割對(duì)板內(nèi)應(yīng)力變化的影響，避免造成加工切割后鋼板變形較大，導(dǎo)致構(gòu)件外觀質(zhì)量不合格。

2.3 構(gòu)件坡口的開口形式及開口工藝

為了保證焊接質(zhì)量,在焊接前應(yīng)對(duì)工件需要焊接處進(jìn)行的加工，可以氣割，也可以切削而成，一般為斜面，有時(shí)也為曲面，這個(gè)就叫開坡口。開平薄板為保證較薄板材能夠焊透但不焊穿、焊接融合好，選擇V型坡口，盡量減少K型、I型、U型、X型等開口形式，通過(guò)調(diào)整焊接熱量輸入，提高焊縫接頭強(qiáng)度。

在不破壞鋼板內(nèi)部應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上，將鋼板邊緣的缺陷切削掉并形成焊接坡口，坡口開口應(yīng)采用鋼板刨邊機(jī)刨邊等機(jī)械冷切削加工工藝，盡量避免砂輪機(jī)打磨、火焰切割機(jī)開坡口、等離子切割、直流焊機(jī)碳弧氣刨等開坡口等方式。

2.4 除銹工藝的選擇

應(yīng)選用像酸洗除銹等對(duì)鋼板內(nèi)應(yīng)力擾動(dòng)較小的加工工藝。禁止使用拋丸除銹等可能使鋼板內(nèi)應(yīng)力發(fā)生改變，造成開平薄板的鐮刀彎或者波浪彎的除銹工藝。

2.5 鋼板校平

制作外觀質(zhì)量要求較高、焊接質(zhì)量要求較高、承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件時(shí)，應(yīng)事先對(duì)開平板進(jìn)行校平，以消除板內(nèi)應(yīng)力，改善平整狀態(tài)，提高工件的質(zhì)量。

2.6 焊接控制

1）通過(guò)焊接工藝評(píng)定選擇合適的焊接電流、焊接電壓和焊接速度，減少構(gòu)件焊接變形。

以Q235B、板厚6mm的開平板為例，施焊過(guò)程中埋弧焊電流控制應(yīng)在380～420A，切忌不能超過(guò)450A，否則焊件變形過(guò)大。也不能小于350A,這樣構(gòu)件往往焊不透，造成探傷過(guò)不了關(guān)。電壓應(yīng)控制在30V左右，焊接速度控制在58m/min左右。

2）為防止構(gòu)件變形，保證構(gòu)件平整，組焊時(shí)盡可能少留焊件根部間隙，δ6mm、8mm鋼板不留根部間隙。

3）為保證構(gòu)件外觀質(zhì)量，組焊采用氣保焊打底和填充，埋弧焊蓋面，這種組焊方式具有熱輸出較小、熱應(yīng)力區(qū)較窄、焊接變形較小的特征，保證構(gòu)件能焊透且不會(huì)燒穿，工作效率高，外觀美觀，成型后無(wú)須再經(jīng)過(guò)清磨流程。清根打磨工序會(huì)引起構(gòu)件的變形，不能用于開平板焊接中。

4）開平板應(yīng)在焊接工作臺(tái)上實(shí)施焊接工藝。工作臺(tái)應(yīng)平整、牢靠，以保證焊接焊縫平整，切忌在不平整的地面實(shí)施焊接工藝。

2.7 提高工作人員主動(dòng)參與度

為提高施工工人的參與興趣及主動(dòng)性，建立企業(yè)利潤(rùn)與工人利益的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建議視其工藝加工難度，適當(dāng)調(diào)整工人工資。施工工人主動(dòng)參與度明顯提升。

3 開平板在鋼結(jié)構(gòu)制作中的運(yùn)用實(shí)踐

由我公司承接的某市第二過(guò)江通道及連接線工程鋼圍堰項(xiàng)目位于長(zhǎng)江上游河道中，工程構(gòu)件最大設(shè)防水位采用5年一遇洪水水位235.5m，深入江水水底215.865m，承壓水位20m深。

構(gòu)件為圓形結(jié)構(gòu)，雙層薄壁，外徑直徑38m，全高21.144m，兩壁板之間用隔艙板和水平桁架連接，底部首節(jié)重260.7t，單節(jié)最大重量28.97t。設(shè)計(jì)要求:外壁設(shè)計(jì)為δ8mm鋼板，內(nèi)壁設(shè)計(jì)為δ6 mm鋼板，材質(zhì)設(shè)定Q235B，執(zhí)行國(guó)標(biāo)GB/T700—2006，焊接要求嚴(yán)格進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)并形成報(bào)告，角焊縫質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)，面板與環(huán)板的對(duì)接焊縫為全熔透焊縫，面板焊縫質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)，面板與箱梁焊縫質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)，面板要求用滲透法進(jìn)行檢驗(yàn)，豎肋與環(huán)板避免十字交叉焊縫。

為確保工程質(zhì)量，節(jié)約項(xiàng)目成本，在本項(xiàng)目進(jìn)行開平板的拓展應(yīng)用研究。

3.1 構(gòu)件焊縫通過(guò)滲透法逐項(xiàng)檢驗(yàn)，質(zhì)量滿足工程需求

本項(xiàng)目選用某大廠生產(chǎn)的Q235B熱軋開平板，采用了應(yīng)用6重17輥校平機(jī)除應(yīng)校平3遍，酸洗除銹、用等離子切割機(jī)切割下料，用鋼板刨邊機(jī)開單面V型坡口。碳弧氣刨清根，CO2氣體保護(hù)焊打底填充，埋弧自動(dòng)焊蓋面、封底的焊接工藝實(shí)施本項(xiàng)目焊接工程。埋弧焊控制電流400A，電壓33V，焊接速度35m/min。同時(shí)，為防止構(gòu)件變形，組焊時(shí)在焊接工作臺(tái)上實(shí)施焊接工藝，盡可能少留焊件根部間隙，δ6mm、8mm鋼板不留根部間隙，不采用清根打磨的工序。

經(jīng)權(quán)威第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661—2011規(guī)定[3]，根據(jù)工程情況編制的工藝評(píng)定指導(dǎo)書、焊接試件、制取并檢驗(yàn)試樣、測(cè)定性能，確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確，評(píng)定焊接工藝結(jié)果合格。所檢參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，焊縫處已焊透、無(wú)氣泡、無(wú)夾雜、無(wú)裂紋。熔合線外及熱影響區(qū)無(wú)未融合、無(wú)裂紋，表面質(zhì)量合格。最終評(píng)定焊接工藝結(jié)果為:合格。焊件的外觀質(zhì)量、焊縫尺寸、力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，完全滿足工程工藝需求。

3.2 開平板拓展應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益顯著

1）采購(gòu)價(jià)格與同規(guī)格原平板相比節(jié)約610元/t。

本項(xiàng)目入口合同預(yù)算均價(jià)4330元/t（含采保費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)2%），材料損預(yù)算為6%，鋼構(gòu)件成本為4498.00元/t。本項(xiàng)目采用開平板，實(shí)際采購(gòu)到場(chǎng)均價(jià)為4320元/t，由于開平板長(zhǎng)度可以由施工方自由裁定，所以最終損耗控制為1.53%，鋼構(gòu)件成本為4384.8元/t，每噸構(gòu)件創(chuàng)造利潤(rùn)113.2元/t。與同規(guī)格原平板市場(chǎng)均價(jià)4930元/t相比較，降低采購(gòu)成本610元/t。

2）減少焊縫降低施工成本60元/t。

本項(xiàng)目由于使用開平板拼裝，不受原材料長(zhǎng)度制約，每帶構(gòu)件所需鋼板長(zhǎng)方向均按藍(lán)圖整張下料，每帶減少焊縫2條，每條焊縫1.5m。降低施工成本60元/t。

3）本項(xiàng)目采用等離子切割，切割費(fèi)用0.826元/m，與其他傳統(tǒng)工藝持平。

4）本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)分包費(fèi)提高20元/t，提高作業(yè)人員工資。

綜上所述，通過(guò)開平板在該項(xiàng)目的拓展應(yīng)用，每噸鋼構(gòu)件比按傳統(tǒng)工藝施工節(jié)約610+60-20=650元/t，按本項(xiàng)目622.598t鋼構(gòu)件計(jì)算，節(jié)約施工成本400萬(wàn)元左右，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

綜合近幾年市場(chǎng)行情判斷，開平板與原平板一般價(jià)格差異在300～800元/t。如果每噸鋼板能節(jié)約400元采購(gòu)成本，按企業(yè)每年鋼板應(yīng)用量10萬(wàn)t估算，應(yīng)用一半的開平板替代原平板，可以為企業(yè)節(jié)約2000萬(wàn)元的采購(gòu)資金。

4 結(jié)語(yǔ)

以上工程實(shí)踐案例分析，通過(guò)控制加工工藝過(guò)程，開平板完全可以應(yīng)用于外觀質(zhì)量要求較高、焊接質(zhì)量要求較高、承受力學(xué)壓強(qiáng)型的構(gòu)件中，拓展了開平板在鋼構(gòu)件加工制作中的應(yīng)用空間，對(duì)降低項(xiàng)目生產(chǎn)成本、提升企業(yè)效益有顯著成效。