H型大截面吊车梁制作的关键工艺探讨
阮先波 刘灿磊 沈康锋
（ 山东莱钢建设有限公司威海分公司，山东·威海，264200 ）
【摘要】H型大截面吊车梁因其截面大，超出设备加工能力范围，从而使得变形的控制和矫正难度增大，本文主要针对大截面吊车梁加工制作过程中的下料、组立、焊接及焊后矫正等影响构件质量的关键工序作相关方面的探讨。
【关键词】焊接变形 反变形 火焰矫正
H型大截面吊车梁因其截面高度大、重量大、腹板高厚比大等特点，使得无法使用机械，只能人工组立、矫正，变形的控制和矫正难度大。现根据我公司加工制作的三进船业六工厂加工车间45m跨度吊车梁为例，对H型大截面吊车梁的加工制作工艺作相关的探讨。
根据图纸设计，三进船业六工厂加工车间45m跨度吊车梁在加工厂共分为13m、19m、13m三段，截面规格为H(2700～3600～2700)X400X18X20/18，现场栓焊连接成整体。 1. 钢板的下料拼接 1.1 腹板下料拼接
由于腹板宽度B=3562mm，因此需进行纵、横两个方向拼接。为了最大限度地减小焊接应力，减少焊接变形矫正的工作量，应合理安排拼接焊缝焊接顺序。 1.1.1 板的拼接
板的拼接最小拼接宽度不小于300mm，且应避免纵向劲板的位置，最小拼接长度不小于1000mm，且应避免横向劲板的位置。应避免出现纵、横交叉的“十”字型焊缝。
应错开300以上≥≥
图1：钢板拼接示意图
1.1.2 焊接顺序
先焊接横向对接焊缝，再焊接纵向焊缝。见以下流程图2，先焊接焊缝②、③、④，后焊接①。不能纵、横方向拼接完毕后再焊接，否则钢板将产生不规则变形，矫正难度大。
横缝②焊接 A、B钢板拼接 矫正 探伤
AB与C拼接 横缝③焊接 探伤 矫正 D、E钢板拼接
横缝④焊接 1 探伤 矫正 矫正 探伤 纵缝①焊接 ABC与DE拼接
图2：腹板拼接流程图
1.1.3 钢板拼接焊缝坡口
焊接方式采用CO2气体保护焊打底，埋弧焊接填充盖面。采取单面“V”型坡口，坡口角度和40o，钝边2mm。CO2气体保护焊打底深度10mm左右，焊接过程中尽量控制热输入。 1.1.4 反变形措施及焊后矫正
为了减少焊接变形的矫正工作在焊前预先采取反变形措施。“V”型坡口正面角度大于180o，反变形角度根据工艺试验确定，试件采用和腹板同一批次的材料，坡口角度和焊接设备等工艺条件均与后续施工条件相同，取3组试件角变形的平均值。根据以往经验，反变形角度一般大约为3o～5o。
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图3：反变形示意图
钢板焊接的角变形可以采用火焰矫正，在钢板变形的“凸”面，焊缝两侧距边缘50mm范围内，沿焊缝长度方向通长加热，注意控制加热温度，不能烤透，加热反面不能出现“发红”现象。如下图4所示。矫正完成后使其自然冷却，严禁浇水冷却。
加热宽度约50mm加热深度13tt
图4：角变形火焰矫正示意图
1.2 翼板的下料
在加工厂的一般做法是先统计汇总一个作业批次中相同规格翼板的总长度，然后将钢板原材分条切割出相应数量，最后再根据翼板零件的长度进行拼接。为了提高劳动效率，减少引弧板的设置数量，先根据翼板零件长度进行原材整板拼接，再分条切割。这种方式特别适宜于相同翼板零件批量较大的作业。 2. H型钢的组立、焊接 2.1 H型钢的组立
H型钢截面高度3600mm，超出组立设备加工能力，只能采用人工组立，对于翼板的焊接角
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变形也无法使用矫正机进行矫正。根据图纸设计吊车梁上翼缘与腹板要求熔透焊，下翼缘与腹板为12mm角焊缝。由于上翼缘为熔透焊缝，焊接热输入量较大，产生的角变形也大。为了减少焊后变形矫正的工作量，对上翼缘采取反变形的措施，反变形角度3o～5o。下翼缘与腹板不需反变形，按垂直组立。如下图5所示。
ⅠⅢ～ⅣⅡ
图5：H型钢组立示意图
2.2 H型钢埋弧焊接
H型钢4条焊缝的埋弧焊接顺序为：Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ。焊缝Ⅰ处开破口面先采用CO2气体保护焊打底，然后埋弧焊盖面。埋弧焊接完成焊缝Ⅱ后，在开始焊接焊缝Ⅲ之前，先碳弧气刨清根，再采用CO2气体保护焊打底，最后埋弧焊接盖面。CO2气体保护焊及埋弧焊接可分别参照下表选择合理的焊接工艺参数进行焊接作业。
表1：CO2气体保护焊焊接工艺参数
焊丝直径 （mm） 1.2 焊接电流 （A） 260～320 电弧电压 （V） 26～30 焊接速度 （mm/min） 300～400 气体流量 （L/min） 15～25 表2：埋弧焊焊接工艺参数
焊丝直径 （mm） 4 3. 大跨度吊车梁的起拱工艺措施
对于跨度小、截面高度小的吊车梁，通常做法是在H型钢埋弧焊接完成之后，采取局部非对称火焰加热吊车梁使其产生不均匀收缩变形，从而达到起拱的目的。但对于大截面的吊车梁则不宜采取火焰加热的方法，可以在腹板下料时直接考虑起拱。
根据图纸设计要求按照L/1000起拱，即起拱高度45mm。为了方便实际操作，可采取近似弧线的折线形起拱，通过连接弧线上的若干控制点形成的折线作为火焰切割线。如下图6所示：
焊接电流 （A） 675～700 电弧电压 （V） 32～34 焊接速度 （mm/min） 400 5101520253035374045403735302520151051370128714721601177113000201023841107200075001900045000750020002384201011071601177113000137014721287
图6：腹板折线起拱示意图
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4. H型钢焊接变形的火焰矫正
H型钢焊接变形主要有翼板的角变形及焊接收缩量不同产生的旁弯。对常见的几种变形可分别采用以下几种方法进行火焰矫正。 4.1 “括号型”角变形
当腹板两侧焊缝焊接时热输入量相同，焊缝收缩所产生的角变形量相等时就会产生类似括号形状的变形。对大截面的H型钢因无法使用矫正机进行矫正，可以按下图7所示的方法进行火焰矫正。
加热宽度约50mm加热深度13tt
图7：“括号”型角变形火焰矫正示意图
4.2 “喇叭型”角变形
当腹板两侧焊缝焊接时热输入量不相同，焊缝收缩所产生的角变形量不相等，此时就会出现一边开口大，一边开口小类似于喇叭形状的变形形式。按照下图8所示的方法进行火焰矫正。
加热宽度约50mmt加热深度13t
图8：“喇叭”型角变形火焰矫正示意图
4.3 H型钢的“旁弯”变形
由于腹板两侧焊缝的纵向收缩不均，导致H型钢出现侧向弯曲的现象。按照下图9所示的
方法进行火焰矫正。对于一般变形一次加热矫正即可达到误差允许范围之内。对变形严重的情况，可以按下图类似方法进行二次矫正，但二次矫正的范围应选取第一次的两加热点之间。
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LL/2L/4h加热宽度约为2h
图9：“旁弯”变形火焰矫正示意图
5. 纵、横加劲板的组装、变形控制和处理
由于腹板宽度尺寸较大，腹板相对较薄，纵横劲板封闭围焊区域大小3.562m×2.5m，腹板厚度t=18mm，由于封闭围焊，如果焊接顺序及焊接工艺措施采取不当，焊接应力得不到有效释放，极易造成腹板“起鼓”变形，严重时甚至会导致吊车梁严重扭曲。 5.1 组装焊接顺序
先将两侧纵、横加劲板都组装完毕后，再焊接，不可单侧组装焊接后，再组装焊接另一侧，否则腹板将产生扭曲变形，矫正困难。焊接过程中应尽量减小焊接热输入，并采用断续焊接，减少热量的集中输入。焊接时从中间向两边对称焊接，切记不要为了提高焊接速度，采用大电流施焊。 5.2 主要工艺措施
主要采用合理的焊接顺序和焊后热处理两种措施相结合，从而将焊接变形减小到规范允许范围内。
5.2.1 焊接顺序
采取先焊接横向劲板，后焊接纵向劲板的焊结顺序，在纵向劲板与横向劲板交接处留50mm不焊，待所有纵、横劲板都焊接完成后再补焊。按下图10所示：按1→2→3→4依次焊接。
3333341241241241241241212横向劲板与腹板焊接焊缝纵向劲板与腹板焊接焊缝34横向劲板与翼板焊接焊缝纵向劲板与横向劲板焊接焊缝
图10：吊车梁纵、横加劲板焊缝示意图
5.2.2 焊接变形的矫正
对局部焊接“起鼓”变形处，可以采用局部加热并辅以锤击的方法进行矫正。局部加热温度控制在800～900℃，采用点状加热，每个加热点直径大小以40mm左右，加热点布置以“起鼓”区域的中心为圆心向四周均布，相邻加热点间距200mm左右。边加热，边使铁锤敲击加热区，敲击时应垫上一块厚度12mm，大小200mm×200mm左右的钢板，避免因直接锤击造成腹板局部凹坑点。
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作者信息 姓名：阮先波
工作单位：山东莱钢建设有限公司威海分公司 单位所在城市：山东省威海市 邮政编码：264200 技术职称：助理工程师 学历：本科 专业：土木工程
现从事主要工作：负责钢结构加工制造的技术管理
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