大跨度钢桁架焊接组装施工工艺

1、大跨度钢桁架焊接组装施工工艺 文献标识码： A 前言 近年来， 随着我国钢产量逐步提高， 大跨度钢桁架的使用也 愈发常见。 大跨度钢桁架制作过程中施工技术是至关重要的， 合 理的施工方案和科学分析才能保证结构的安全、经济。 总结科学 的大跨度结构施工经验、 研究创新合理的大跨度钢构件施工工艺 很有现实意义， 它可以使大跨度钢结构构件施工更安全、 更经济、 质量更可靠，更好的满足人类的物质、生活需要。 1. 目前存在的 问题大跨度钢桁架结构的设计理念已逐步完善并得到广泛应用， 但施工过程中方案的选择、 质量的控制防范， 如何在短时间内做 到尺寸偏差小，焊接质量可靠、经济便利、安全施工成为此类工

2、程施工中的一个难题， 目前国内从事大跨度结构施工的企业技术 水平和人员技术素质良莠不齐， 少数专业公司通过与高校捆绑形 成产、学、研的方式，对大跨度钢结构施工技术有较好的研究和 应用，但是大部分施工企业对大跨度钢结构施工技术掌握并不是 很到位。2.节点及大H型钢焊接工艺2.1节点焊接工艺1）焊接 板节点连接焊接板节点由十字节点板和盖板组成， 适用于连接型 钢杆件。 十字节点宜由两块带企口的钢板对插焊成 （如图 1-1 所 示），亦可由三块钢板焊成（如图 1-2 所示）。对于小跨度结构 的受拉节点， 可不设置盖板。 十字节点板与盖板所用钢材应与结 构杆件钢材一致。 焊接钢板节点的构造应符合下列要

3、求： 杆件的 中心线在节点处宜交于一点， 否则应考虑其偏心影响； 杆件与节 点连接焊接的分布， 应使焊缝截面的重心与杆件的重心重合， 否 则应考虑其偏心影响。结构弦杆应与盖板和十字节点板共同连 接，当结构跨度较小时，弦杆也可直接与十字节点板连接。在焊 接钢板节点中， 节点板的厚度根据结构最大杆件内力确定， 并应 比连接杆件的厚度大2mm并不得小于6mm节点板的平面尺寸 应适当考虑制作和装配的误差。 十字节点板的竖向焊缝应具有足 够的承载力，并宜采用v形或k形破口的对接焊接。当采用角焊 缝时，应保证焊缝承载力不低于母材。焊缝钢板节点上，弦杆与 腹杆、腹杆与腹杆之间以及杆端部与节点板中心线之间的间

4、隙均 不宜小于20mm如图1-3所示。2）焊接管节点连接焊接管节点 体系适用于不直接承受动力荷载， 在节点处直接焊接的钢管 （圆 管、方管、矩形管）的空间格构结构。当空间格构结构构件采用 连续的钢管时才产生焊接管节点， 由于焊接管节点是钢管与钢管 之间简单的相贯而成。 焊接管节点有一个特点， 通常它有主管和 次管之分，一般次管焊接于主管之上， 而主管为一根连续的钢管。 因为空间格构结构中存在一条主要传力路线， 为承受这个传力方 向的荷载， 这方向杆件截面较大形成一个单向受力的主管。 所以 焊接管节点往往在单向受力的空间格构结构中采用。 焊接管节点 根据管截面的形式分为焊接圆管节点、焊接方管节点

5、等，如图 1-4 所示。焊接管节点焊接要处理好管与管之间的位置关系，在 构造设计中要避免焊接区的相互干扰，注意节点构造的可靠性， 关键在于节点构造如何保证焊接质量， 从而保证焊接管节点的强 度和刚度。 各个焊接管的中轴线应汇交于主管的中心节点， 以达 到受力合理。 3）大型 H 型钢焊接 1、由于大焊接规范埋弧焊， 焊缝熔深大，先焊面打底焊缝（ T 型角接接头第一层焊缝）易出 现焊接裂纹缺陷。 为此必须采取工艺措施提高先焊面打底焊缝的 抗裂性能。为了提高工效，免除 T 型角接接头背面碳弧气刨清 根工序，必须改进焊接工艺技术，保证先焊面打底焊缝全熔透。 2.2 焊接裂纹的成因与工艺措施 1） 焊

6、接裂纹概况 中厚板 T 型角接接头双面埋弧焊，为了保证焊透，减少焊 接层数，提高工效，采用焊接规范参数，使得先焊面打底焊缝的 焊缝熔深度较大焊缝宽度小， 焊后经超声波无损检测， 往往在焊 缝 中间离表面23mm的凸起部位，出现纵向焊接裂纹，其裂 纹深度达35mm见图2。2）原焊接工艺参数对 值的影响 根据焊接工艺参数， T 型角接接头腹板双面 X 型坡口的角 度为 45，先焊面打底焊缝的焊接电流为 880A ； 电弧电压 36V ,焊接速度38cm/min，进行焊接后，焊缝的熔深度即厚度 H可达67mm而焊缝表面宽度 B约为56mm其焊缝形状系 数=B/HW 1,形成的焊缝截面形状深而窄， 而

7、且焊缝表面凸起， 焊接应力较大。因此 值较小，焊缝抗裂性能低，是造焊缝中 间部位产生焊接缝裂纹的主要因素。因此值是产生焊裂纹的 因素。3）改进焊接工艺增大值 为增大焊缝形状系数 值，可将腹板坡口角度从原定 45 增大至5560,同时将先焊面打底焊缝的电弧电压提高至 38V,焊接速度减慢到33cm/min，通过这两项工艺参数改进，焊 后经测检，焊缝宽度明显增宽至 B=1213mm而焊缝熔深H基 本不变，约67mm结果焊缝形状系数 2,焊缝截面形状显 著改善， 而且焊缝表面光滑且与两坡口面熔合过渡良好， 并呈显 凹弧形,减少了焊接应力,从而提高了焊缝抗裂性能,有效抑制 裂纹产生,经超声波检测均未发

8、现焊接裂纹缺陷。 2.3 T 型角接 接头全熔透焊接工艺 1) 背面碳弧气刨清根的常规工艺 T 型角 接接头双面埋弧焊,为保证焊透,一般在先焊面焊完后,还必须 在背面焊前进行碳弧气刨清根,然而 T 型角焊缝的清根要比对 接焊缝的清根操作难度大很多,因为 T 型角焊缝清根操作不当, 易使碳弧偏离缝隙,咬掉翼缘板面,造成焊接未焊透,而且清根 形成刨槽,需打磨清理和补焊填金属,工作量增大,相当于焊接 3 道焊缝时间。 同时经过清根补焊工序, 工件又经历两次热循环 过程,对工件变形也不利。因此,必须改进常规工艺方法。2) 先焊面打底焊缝全熔透焊接工艺若要避免碳弧气刨清根, 必须要 求 T 型角接接头先

9、焊面打底焊缝全熔透。为此,应改进常规的 焊接工艺。使用背面封底工艺,即焊剂垫封底方法,配置石棉衬 托及扁钢带点固方法切实可行。 经过实践, 此种工艺方法解决了 先焊面大规范参数打底焊全熔透的技术难题, 免除背面碳弧气刨 清根,大大提高焊接工效, 确保高质量按期完成工程任务。 3) 焊 丝与翼缘板夹角的调整从焊评试件取样宏观检查中， 发现先焊面 打底焊缝有偏离 T 型角接缝隙中心位置的现象，即偏向翼缘板 一侧，这一状况很容易造成焊缝未焊透，经分析，这与 T 型角 接接头的结构形式有关。 为此必须将原来工件 （摆放在龙门台架 上）45船形位置，作适当调整，即将腹板与水平面夹角调小至 35,使得焊丝

10、与翼缘板夹角由 45减小为3234,这样 焊丝可伸向角接缝隙根部， 让电弧稍为偏向腹板钝边， 进行焊接， 同时在龙门台架行走过程中, 操作工应随时监控焊丝对正角接接 头缝隙位置, 从而确保先焊面打底焊缝全熔透焊接顺利进行。 3. 组装工艺 1）桁架结构构件在工厂内预组装,目的是在出厂前将 已制作完成的各构件进行相关组合,对设计、加工、以及适用标 准的规模性验证。 如合同规定或设计要求预组装时, 构件则应在 自由状态下做平面或立体预组装。 桁架在胎架上完成预组装, 胎 架设置前, 先根据桁架的实际投影尺寸, 在平台上划出节点和杆 件在平台上投影的 X、Y 方向的中心线,然后设置胎架,胎架高 度必

11、须严格控制,胎架高度按结构模型中的尺寸进行相应转化, 胎架标高定位采用全站仪进行精确定位, 确保胎架的标高误差不 大于0.5mm,注意在露天作业环境下，为避免日照变化引起的温 差影响， 此项工作应在凌晨或温度相对稳定的情况下实施， 示意 图如图 3 所示。 图 3 加工厂预拼胎架示意图拼装胎架立柱主要采用 200X 200X 12、10#工字钢和角钢等材料，拼装胎架高为 0.5 米，立柱底部采用膨胀螺栓与地面进行可靠固定。 胎架模板的设 置，必须保证节点和桁架杆件的定位方便， 且要安全可靠， 因此， 需设置专用定位模板， 胎架模板须采用数控切割， 以保证胎架的 组装定位精度。 2）因管桁架结构的构件一般外形尺寸较大，对 于工厂制作、异地安装的工程，无法整体组装运输出厂，一般采 用工厂内切割下料，或散件出厂、现场组装的加工形式。这就需 要在构件散件出厂前进行部分或全部构件的整体预组装。3）采 用法兰连接形式的桁架结构， 为降低运输成本， 一般也采用构件 单件出厂的形式。此部分构件在出厂前也需要进行预组装。4） 预组装组合部位的选择原则： 尽可能选用主要受力桁架、