淺談提高“日”字形柱制造質(zhì)量的方法

董勝彬，韓吉超，李靖

1.中國(guó)電建集團(tuán)山東電力建設(shè)第一工程有限公司 山東濟(jì)南 250102

2.山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司 山東濟(jì)南 250200

關(guān)鍵字：“日”字形柱；質(zhì)量控制；焊接變形

1 序言

鋼結(jié)構(gòu)廠房是目前工業(yè)與民用建筑廣泛使用的設(shè)施，鋼柱則是鋼結(jié)構(gòu)廠房主要承重構(gòu)件。鋼柱制造質(zhì)量的好壞，直接影響到鋼結(jié)構(gòu)廠房的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。鋼柱根據(jù)截面結(jié)構(gòu)形式的不同，可以分為“十”字形柱、“H” 形柱及箱型柱。隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的日益成熟，新型的“日”字形柱（見圖1）逐漸得到廣泛使用。“日”字形柱是繼“H” 形柱、箱型柱、“十”字形柱又一新的結(jié)構(gòu)形式。由于“日”字形柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接難度高，對(duì)“日”字形柱的制造質(zhì)量提出了更高的要求。

圖1 “日”字形柱截面

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前“日”字形柱制作過程中，存在柱身扭曲、旁彎等質(zhì)量問題，造成了大量的返工工序，增加了企業(yè)制造成本。因此，加強(qiáng)“日”字形柱焊接質(zhì)量的控制，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 “日”字形柱制造過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)

“日”字形柱焊接過程中，涉及的工序有下料、焊接、打磨及熱處理等工藝，其中焊接工藝是發(fā)生質(zhì)量問題最多的工藝階段。因此，焊接工藝是直接影響“日”字形柱制造質(zhì)量的重要因素。

焊接工藝的控制要點(diǎn)包括操作人員、焊接設(shè)備、焊接材料質(zhì)量、焊接方法及焊接環(huán)境等。對(duì)控制要點(diǎn)開展以下要素檢查，以保障焊接工藝的質(zhì)量[2]。

（1）人的檢查 首先檢查焊接操作人員、質(zhì)量檢查人員是否持證上崗、是否培訓(xùn)上崗；同時(shí)檢查操作人員、檢查人員的技能培訓(xùn)情況。

（2）設(shè)備的檢查 檢查焊接設(shè)備的性能是否符合焊接要求，焊接設(shè)備有無損害、有無定期檢測(cè)；質(zhì)量測(cè)量?jī)x器精度是否符合要求，儀器有無損壞、是否定期檢測(cè)，精度是否符合要求。

（3）材料的檢查 檢查焊接材料、鋼板是否符合技術(shù)要求，焊接材料、鋼板進(jìn)場(chǎng)有無質(zhì)量證明文件，進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)是否合格。

（4）焊接方法的檢查 檢查“日”字形柱立板、翼緣板組立順序是否得當(dāng)，是否按照預(yù)定的組立工藝方案進(jìn)行作業(yè)；因內(nèi)隔板間距太大，為防止變形，要求組立時(shí)加斜撐進(jìn)行固定支撐，檢查壁板之間是否增加斜撐進(jìn)行固定；檢查主焊縫埋弧焊焊接參數(shù)調(diào)節(jié)是否得當(dāng)并符合要求。

（5）焊接環(huán)境的檢查 檢查焊接現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、工裝是否符合要求，現(xiàn)場(chǎng)工裝布置是否合理、作業(yè)條件是否滿足要求。

3 傳統(tǒng)“日”字形柱制造的質(zhì)量控制措施

（1）人的控制措施 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的規(guī)模，進(jìn)行相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，并進(jìn)行專業(yè)技術(shù)考核，合格率達(dá)到100%；達(dá)到全員持證上崗的要求。

（2）設(shè)備的控制措施 現(xiàn)場(chǎng)鉚工使用的卷尺和鋼角尺，每年進(jìn)行定期檢定，精度符合使用要求；現(xiàn)場(chǎng)焊機(jī)每半年進(jìn)行定期檢測(cè)，焊機(jī)具有質(zhì)量合格證，焊接性能良好且工作狀態(tài)正常。

（3）材料的控制措施 埋弧焊應(yīng)采用與焊件材料強(qiáng)度相適應(yīng)的焊絲和焊劑。焊絲應(yīng)具有質(zhì)量證明書或檢驗(yàn)報(bào)告，符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。鋼板有合格的出廠證明文件及廠內(nèi)驗(yàn)收、復(fù)檢記錄，其化學(xué)成分、力學(xué)性能和其他質(zhì)量要求必須符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

（4）焊接方法的控制措施 焊接方法符合圖樣、技術(shù)協(xié)議相關(guān)技術(shù)要求；“日”字形柱按照組立順序要求，先組立“工”字形，最后再組立上下壁板，組立成“日”字形。

組立完成后的“日”字形柱，因鋼柱內(nèi)隔板間距太大，支撐不足，易造成鋼柱壁板彎曲變形，因此需進(jìn)行火焰矯正。

對(duì)組立完成的“日”字形柱，按焊接工藝評(píng)定要求的焊接電流、電弧電壓、焊接速度等參數(shù)進(jìn)行埋弧焊。

（5）焊接環(huán)境的控制措施 現(xiàn)場(chǎng)工裝平整、作業(yè)環(huán)境要達(dá)到6S管理要求；為防止“日”字形柱組立時(shí)因壁板受力不均而引起板材波浪變形，需制作專用工裝，工裝表面測(cè)平后再進(jìn)行作業(yè)。

4 質(zhì)量控制措施的優(yōu)化改進(jìn)

按照上述五點(diǎn)控制措施，進(jìn)行“日”字形柱焊接，發(fā)現(xiàn)仍存在壁板彎曲變形、柱身扭曲變形等現(xiàn)象。

“日”字形柱焊接過程中需要控制的三個(gè)指標(biāo)為柱彎曲偏差、柱扭曲偏差及相鄰壁板垂直度。因此，要在焊接過程中采取相應(yīng)的工藝措施保證這三個(gè)指標(biāo)合格。

本文針對(duì)質(zhì)量控制措施中的焊接方法進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)措施如下。

為保證“日”字形柱組立壁板垂直度滿足技術(shù)要求、防止柱身產(chǎn)生彎曲變形，組立過程中由傳統(tǒng)的單一內(nèi)隔板支撐改為內(nèi)隔板加板條進(jìn)行支撐；支撐板條采用車間下料過程中產(chǎn)生的廢料進(jìn)行制作，這樣既改進(jìn)了工藝，又使材料進(jìn)行了二次利用。改進(jìn)前后的支撐工藝如圖2、圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)單一內(nèi)隔板支撐工藝

圖3 內(nèi)隔板加板條的改進(jìn)工藝

根據(jù)焊接工藝評(píng)定，修改“日”字形柱4條主焊縫埋弧焊的焊接參數(shù)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)未按焊接工藝評(píng)定的焊接參數(shù)進(jìn)行了修改。按照工藝要求，厚度＞16mm的壁板要先開坡口，坡口由原來半自動(dòng)火焰切割改為半自動(dòng)等離子切割（見圖4），改善了火焰切割氧化鐵流掛、坡口鋸齒狀等缺陷，提高了勞動(dòng)效率；同時(shí)主焊縫先用手工焊打底再用埋弧焊，減少了柱身扭曲變形量（見圖5），埋弧焊焊接工藝嚴(yán)格按修改后的工藝操作規(guī)程進(jìn)行。

圖4 半自動(dòng)等離子切割開坡口

圖5 手工焊打底填充焊縫

5 項(xiàng)目驗(yàn)證

根據(jù)改進(jìn)的工藝措施進(jìn)行“日”字形柱焊接，

所有的“日”字形柱柱身無彎曲、無扭曲變形，且不需進(jìn)行火焰矯正，使用效果良好，達(dá)到了使用要求。

為了鞏固改進(jìn)的工藝措施，本單位根據(jù)該措施，編制了某項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)文件和鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)組織設(shè)計(jì)文件，完善了“日”字形柱生產(chǎn)組織流程；制定了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文件，將焊接控制納入規(guī)范化管理；加強(qiáng)過程監(jiān)管和控制，保證工藝措施落實(shí)可靠，為今后的類似項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和操作依據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)比分析了傳統(tǒng)“日”字形柱制造質(zhì)量控制措施方法，針對(duì)“日”字形柱的壁板之間支撐方式和焊接參數(shù)兩個(gè)方面，進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

1）根據(jù)壁板間隔距離的大小，由傳統(tǒng)的單一內(nèi)隔板支撐改為內(nèi)隔板加板條支撐，提高了壁板之間的垂直度，降低了柱身的彎曲變形。

2）當(dāng)壁板厚度＞16mm時(shí)，坡口加工方式由傳統(tǒng)的火焰切割改為等離子切割，不僅改善了坡口質(zhì)量，而且提高了工作效率。

3）“日”字形柱的主焊縫在焊接之前，先用手工焊打底，再用埋弧焊進(jìn)行焊接，有利于減少柱身的扭曲變形。

上述措施對(duì)同類型的鋼結(jié)構(gòu)柱焊接質(zhì)量控制具有一定的借鑒意義。