关键词：厚板、熔透焊缝、连体牛腿、控制变形
1、概述
南京朗玛国际广场，位于南京市繁华地段梦都大道，江东南路交界处，规划建设A、B两座100M的L型塔楼。该塔楼地下3层、地上27层，集商务、娱乐、办公、居住于一体的高层商务大楼。
为了大楼的外形美观和通行便利，在塔楼的17~24层，把A、B楼用钢结构连为一体。其主要结构形式：箱型柱、箱型梁、H型桁架梁等。单榀跨长44.9米、宽18.8米、高5米。设计A塔楼用钢量532吨、B塔楼用钢量485吨、共计1017吨。采用低合金高强度结构钢Q420BQ345B。本文拟以介绍厚板箱型梁连体牛腿的制作和通过焊接工艺评定以最为理想的焊接工艺规范来指导生产，确保对构件的焊接质量控制，与读者共享。
2、箱型梁连体牛腿的结构形式及焊接方法
2-1. 一般箱型梁都是以单件形式出现，牛腿都是后组装在梁、柱上，但是此箱型梁连体牛腿是在整块钢板上直接下料（图一）。箱型梁板厚46㎜、28㎜，截面600×500㎜。
2-2. Q420B 级钢焊接方法
2-2-1.埋弧自动焊、焊丝武汉铁锚H10Mn2、焊剂河南郑州合力SJ105。
焊接设备ZD5-1250唐山松下集团。
2-2-2.CO2气体保护焊、药芯焊丝昆山天泰TWE-81K2。实芯焊丝上海大西洋CHV-60C。CO2气体南京阿尔法/Ar气合肥巨网。焊接设备KRⅡ500唐山松下集团。
2-2-3 电渣焊、实芯焊丝上海大西洋CHW-50-6, 焊剂日本YF-15。焊接设备DZ-1200X。
2-3. Q345B级钢焊接方法
2-3-1. 埋弧自动焊、焊丝武汉铁锚H10Mn2、焊剂河南巩义豫林SJ101。焊接设备ZD5-1250唐山松下集团。
2-3-2. CO2气体保护焊、药芯焊丝武汉铁锚YCJ501-1。实芯焊丝武汉铁锚WH50-6。焊接设备KRⅡ500唐山松下集团。CO2气体南京阿尔法/Ar气合肥巨网，纯度99.99%，通过专用设备混合，比例CO270%~Ar30%。
2-3-3. 电渣焊、实芯焊丝上海大西洋CHW-50-6, 焊剂日本YF-15，焊接设备DZ-1200X。
3. 箱型梁连体牛腿的制作和焊接技术难度
3-1箱型梁连体牛腿结构复杂，除了腹板连体牛腿与上下盖板为全熔透焊缝、箱型梁节点处共有10块隔板也要全部熔透，另外连体牛腿上下盖板为曲面，焊接工位差，对焊接技术要求难度增加。厚板焊接采用熔敷速度快、焊接效率高的自动埋弧焊或全位置半自动CO2气体保护焊。所有熔透焊缝无损检测100%UT探伤。而且在一个箱型梁上共有4个牛腿，斜腹杆牛腿2个、H形牛腿1个、锥形柱牛腿1个。
3-2箱型梁连体牛腿结构复杂，板厚46㎜，冬季温差大焊接时裂纹敏感性大。单体构件长10米、高1.2米、重量15吨。曲面尺寸加工精度、结构装配、横隔板装配精度、箱型梁熔透角焊缝的坡口、角度、间距、衬垫等。四条SC-CV-B1主焊缝采用钢衬垫熔透角接，焊接质量要求高，焊缝填充量多盖板容易产生层状撕裂。同时箱型梁内隔板厚度46㎜，端部与上下盖板(电渣焊)难度增加，给焊工操作技能带来了一定的难度。对于箱型梁牛腿多焊缝错综复杂，焊接引起的变形大，箱型梁自身刚度大，变形后骄正难，给焊接变形控制带来了相当的挑战，为了确保箱型梁的焊接内在质量和外观质量，焊后的构件尺寸精度，我们从焊接坡口位置、角度、钝边，焊接规范、焊接顺序，优良焊接工艺评定及合理的装配顺序等一系列工装技术措施来保证。在箱型梁制作焊接完成后，出厂前在工厂胎架上对上下弦、直腹杆、斜腹杆作整体预拼装，确保构件在现场安装一次性成功。
4. 箱型梁连体牛腿的制作与焊接
4-1. 箱型梁连体牛腿腹板，加放焊接收缩量，通过数控切割准确下料，把两端连体牛腿腹板按图纸1:1放地样，放在组装的胎架通过垂线复测、控制构件尺寸牛腿角度、直线度等，随后拼装箱型梁牛腿腹板，然后装上引熄弧板待焊。
4-2. 腹板.上.下盖板的对接焊
4-2-1 为了确保箱型梁、柱的焊接质量，特别编制了多种焊接方法的焊工艺评定指导书，通过焊接工艺试验及物理试验，取得了合理的优良的焊接规范，编制了焊接工艺规程来指导生产作业，及焊接材料和辅材烘焙，保证工程的质量。
4-2-2.腹板.上.下盖板的拼接坡口
腹板.上.下盖板均是46㎜板厚，为了控制焊接变形，焊后有良好的平整度，采用X型坡口。上口t-钝边2/3、下口t-钝边1/3
4-2-3.焊接前必须除锈打磨，板厚≥25㎜以上要预热，46㎜板厚预热80~100℃，预热范围在焊缝中心两边各100㎜，大构件最好采用电加热。
4-2-4.焊接顺序
当焊接第一层时，焊接电流、焊接电压、不能太大，焊接速度不能太慢，以免焊穿，熔化深度在4㎜左右。第二层开始焊接电流、焊接电压适当增加，焊接时要控制道间温度在120~150℃，根据坡口形式采取多层多道焊，减少焊缝区晶粒粗大，提高焊缝区冲击韧性。
4-2-5.焊接规范
|
焊道 |
焊接方法 |
焊丝直径（㎜） |
焊接电流（A） |
焊接电压（V） |
焊接速度(㎝/min) |
备注 |
|
1. |
SAW |
5.0 |
680 |
31 |
37 |
|
|
2-3 |
SAW |
5.0 |
730 |
34 |
41 |
|
|
4-5 |
SAW |
5.0 |
650 |
31 |
42 |
|
|
6. |
SAW |
5.0 |
700 |
31 |
33 |
|
|
7. |
SAW |
5.0 |
800 |
33 |
35 |
|
|
8. |
SAW |
5.0 |
850 |
34 |
34 |
|
4-3. 腹板上下盖板完成对接焊缝后，检查焊缝外观尺寸、拼板的平整度、直线度。然后超声波UT100%探伤，探伤按GB/T11345-89标准BⅠ级焊缝评定均符合要求。
4-4 箱型梁上其它牛腿根据图纸下料单独制作与焊接。箱型梁上部牛腿箱型柱梯形。前后牛腿H形，板厚全部20㎜，全熔透角焊缝100%UT探伤骄正后待装。
5. 胎架制作
5-1. 利用废料钢材搭成胎架，并焊接牢固，用水准仪或水平管测量胎架平面高度，划线后沿线用氧气、丙烷火焰切除多余钢材，把平整度控制在≤0.5~1.0㎜的范围内，在地上按图纸划出箱型梁实际尺寸、箱型梁横隔板的尺寸，然后用垂线按地样在胎架上一侧点焊靠码板，把箱型梁下底板放在胎架靠码一侧再用垂线复测另一边，符合要求后码板限位点焊，码板分布要合理，不应妨碍梁内隔板拼装。
5-2. 根据地样位子，垂线在底板上划出隔板定位中心线，然后根据板厚划出装配线，根据节点隔板厚度有28~46㎜不等。两边衬板厚28㎜、宽80㎜，箱型梁内隔板与上下盖板采用电渣焊。电渣焊孔（22×28㎜/24×46㎜）两边衬板在装配前打磨，包括衬板装配的密贴，以防在焊接时高温下铁水从缝隙中流出，影响焊接质量，耗材、耗能、耗时、耗人工。根据底板上隔板定位线把隔板定位好。再拼装两侧腹板，腹板拼装完后检查构件尺寸，符合要求后用临时支撑固定。图六 对箱型梁隔板与腹板进行熔透角接焊，采用CO2实芯焊丝气体保护焊，100%UT探伤。
5.3横隔板与腹板为全熔透角焊缝。为避免单面应力增大采用K形坡口，坡口示意图七A、采用一边2/3、一边1/3。横隔板与上下盖板为电渣焊
5-3-1. 横隔板与腹板全熔透角焊缝顺序，t2/3一面先焊接，反面清根打磨去除渗碳层，再焊接
5-3-2. 厚板焊前预热80~100℃在焊接时，当焊接电流在280A以上焊接电压适当比正常的提高1V以上，便于提高焊接时熔宽面及平整度，以利于后面焊缝与前面焊缝熔合，降低焊缝中缺陷概率，保证焊缝的内在质量，焊接规范
5-3-4 箱型梁完成组装后，在下胎架前先把腹板与盖板、底板定位焊完成。然后在电渣焊工位上进行电渣焊。为控制箱型梁的焊接变形，采用对称、同时、同种规范焊接，焊接时根据孔径要适当摆动熔嘴电杆，切记不能过大，否则会损坏电极。 5-3-3. 箱型梁横隔板焊完，检查焊缝外观质量及焊缝尺寸，按GB/T11345-89标准对横隔板与腹板熔透角接焊缝进100%UT探伤，合格后在腹板处开电渣焊孔，孔口要开规范、要打磨清除槽内渣物、锈蚀、氧化渣等，以免影响电渣焊熔透质量。复测盖板上因连体牛腿而切割的凹口尺寸，见图九加放8㎜间隙放置钢衬垫然后对异形连体牛腿封板。
|
衬板㎜ |
隔板㎜ |
间距㎜ |
焊接电流A |
焊接电压V |
送丝速度m/min |
备注 |
|
28 |
46 |
22×46 |
440-460 |
45-47 |
10.2 |
加热 |
|
28 |
28 |
22×28 |
370-400 |
44-46 |
8.5 |
加热 |
5-3-6. 由于钢板较厚46㎜，焊接前必须要对箱型梁焊缝中心两侧100㎜处进行预热，最好采用电加热设备自动升温加热至100℃，确保焊接前构件受热均匀，避免出现由于外部温差太大加热时间温度梯度过短，导致焊接裂纹出现。焊接焊道示意图十一、焊接规范见表四，焊接时适当控制道间温度120~150℃内，以免晶粒粗大，影响冲击韧性。采用门式双丝对称埋弧自动焊。同时焊接箱型梁两条直缝，保证箱型梁构件焊接后外形尺寸的精度
|
焊道 |
焊接方法 |
焊丝直径（㎜） |
焊接电流（A） |
焊接电压（V） |
焊接速度（cm/min） |
气体流量（L/min） |
|
1. |
FCAW |
1.2 |
240-250 |
27-29 |
22 |
25 |
|
2-4 |
|
|
250-280 |
28-30 |
27 |
25 |
|
5-16 |
|
|
280-300 |
30-32 |
28 |
25 |
|
17-28 |
|
|
320 |
34 |
30 |
25 |
|
29-30 |
|
|
280-300 |
30-32 |
29 |
25 |
5-3-8 箱型梁连体牛腿完成制作焊接后，按照GB50205-2001标准,对焊缝进行VT外观、尺寸检查。100%UT探伤检测及箱型梁连体牛腿的各个尺寸都符合技术要求。为了构件在现场组装一次成功，构件在公司内进行预拼装，对箱型梁拼装质量进行了测量。检查结果见表六
(表六)
|
序号 |
项目 |
允许偏差（㎜） |
测量偏差（㎜） |
测量工具 |
|
1. |
梁的长度 |
±5.0 |
＋2.0 |
钢尺、全站仪 |
|
2. |
桁架梁高度 |
±3.0 |
＋1.0 |
钢尺 |
|
3. |
梁起拱高度 |
±4.0（L/5000） |
＋2.0 |
钢尺、粉线 |
|
4. |
坡口间隙 |
＋2.0 －1.0 |
－1.5 |
焊缝量规 |
|
5. |
梁端板平面度 |
－2.0 |
－0.5 |
钢尺、角尺 |
|
6. |
梁端板与腹板垂直度 |
±3.0 |
＋1.0 |
钢尺、角尺 |
|
7. |
对角线 |
±5.0 |
＋2.5 |
钢尺、粉线 |
|
8. |
柱身板垂直度 |
±5.0 |
＋2.0 |
钢尺、角尺 |
|
9. |
箱型梁高度 |
±2.0 |
＋1.0 |
钢尺 |
|
10. |
箱型梁宽度 |
±2.0 |
＋0.5 |
钢尺 |
6. 结论
6-1. 针对Q420BⅢ类钢种，选择本文中介绍的焊接方法、焊接材料，通过焊接工艺评定试验、物理试验，及制作中工艺控制，质量完全符合工程技术要求。
6-2. 箱型梁连体牛腿在制作焊接中，控制焊接顺序、采用多层多道焊、严格控制道间温度。
6-2. 采用两面对称焊接是确保控制构件变形很好的一种方法。