焊接H型鋼施工技術創新淺析

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摘要：文中以貴州省圖書館新館及少年兒童圖書館為例，通過對異形H型鋼施工工藝和焊接設備的改進，消除了焊接生產的限制，提高了鋼結構部件的生產質量和生產效率。H型鋼是一種截面更優化，強度重量較為理想的型材。H型鋼基于不同部位排列，具有抗彎曲能力強、施工簡單等優點，在工程建設中得到了廣泛的應用。

關鍵詞：異型焊接H型鋼；施工技術；創新

0引言

H型鋼機械性能良好，被廣泛應用于各種工程建筑中。H型鋼具有最佳的截面性能和形狀，能在很大程度上滿足工程設計要求，具有重量輕、節省材料的優點。由于結構樣式不同，H型鋼的焊接結構復雜多樣，操作難度高，部分焊接設備的允許運行范圍無法滿足特殊形狀焊接工藝的要求，這已成為限制鋼結構應用的瓶頸因素。因此，有必要對異型焊接H型鋼進行改進，確保其順利生產。

1工程概況

本項目包括貴州省圖書館新館以及少年兒童圖書館兩館，位于貴州省博物館新館東北側。該工程屬于框架剪力墻結構，耗費鋼材1700t。型鋼混凝土鋼框架柱結構截面為16~35mm，H形截面焊接施工點共計352個。

2工藝原理及特點

H型鋼焊接工藝是根據H型鋼的結構性能，以控制焊接中的應力和應變，合理控制變形為原則。該工藝可以控制焊接中的裂紋，保證H型鋼的焊接質量，同時提高了焊接效率［1］。H型鋼生產、折彎、防腐底漆和中間漆均在工廠加工。在出廠前，采用反焊和角焊，焊接在坡口表面，使其滲入焊縫，滿足超聲波探傷要求。將其運送到現場，調整連接水平，完成安裝焊接和整理，分成吊塊，分段吊裝。在現場焊接時，根據現場施工條件及具體的施工要求，合理地選擇焊接工藝，確定數量、位置、順序和接頭坡口形狀，然后進行加熱，減少焊接時間，提高了焊接效率。在此過程中，控制好焊接溫度，以把控焊接應力。在質量控制過程中，采用BIM建模設置焊縫參數，根據模型焊接H型材，減少實際焊接中的誤差，使焊縫達到國家標準，解決了焊縫控制復雜的問題。在BIM軟件中，采用構件的虛擬拼接，增加了連接的準確性，確保了施工過程安全可靠，滿足項目的施工要求。

3操作要點

在Tekla中，選擇鋼結構的深化并創建適合H型梁的模型，根據圖紙設置軸網和列高。創建列時，可以先創建一個整體，然后再按節點進行劃分。在項目屬性中，設置每一列的最高點和最低點，使模型符合真實情況。使用BIM的Tekla，在模擬選項的材料對話框中選擇材料，以添加新材料類型，并設置螺栓和鋼材屬性。H型鋼選擇XX-260，長螺栓選擇長度尺寸為100mm，根據實際情況調整螺母之間的距離。在Tekla中，通過模擬相關應用組件的焊接和螺栓連接，以獲得H鋼建模結果。若梁柱組件為T形焊接件，需要給定螺母位置，同時也可根據組件的特點進行適當的調整。H型鋼柱需嚴格按照技術要求、工藝標準和圖紙說明來進行切割、矯直和拼接。對于錨栓連接主梁中的H型鋼翼板與齒輪通道、H型鋼膜與固定齒輪通道，要先畫出主梁H型鋼翼板與H型鋼板連接結構的具體位置，將焊錨分別焊接到主梁鋼板和橫梁H型鋼板的正確位置，再檢查焊縫質量，確保施工質量符合規范要求。同時，在確保相關鏈接和各個環節符合規范要求后，方可進行下一個構建步驟。螺紋槽鋼連接錨桿和鋼筋，對于結構孔道垂直的設置會影響主梁與橫梁，同時槽道末端焊接有全焊接錨栓，確保其符合焊接要求。梁的下部鋼筋為H型鋼提供支撐，將鋼梁吊入梁模板，并固定梁的鋼架。將三根螺紋鋼筋的端頭插入H型鋼板的螺紋孔中，對應梁螺紋鋼的兩個螺紋孔，要合理調整梁的位置。用旋轉扳手微調螺紋鋼筋，沿螺紋鋼桿調整螺紋槽和主梁板與十字葉片的距離，以滿足設計間距的技術要求。調整完成后，焊接相鄰的兩塊連接鋼板，然后完成主梁與橫梁的連接。

4異型焊接H型鋼施工的技術

4.1施工準備

鋼材的品種、性能應符合異型焊接H型鋼施工設計標準及國家應用技術標準要求。此外，焊接材料必須有產品質量證明。同時，做好主要機具的焊接準備工作，如H型鋼組立機、砂磨機和碳刨鉗等。

4.2零件下料

零件下料時，技術人員要靈活安排，根據原材料大小，將直條料拼接在一起下料，提高了原材料的利用率。H型鋼柱的切割、拼接要嚴格按照生產工藝和技術要求進行。切割質量應符合表1要求［2］。在加工過程中，翼板和腹板要垂直切割，H型鋼要采用數控機床進行下料。翼板和腹板的使用參數規格需要預留50mm的余量，寬度不留空隙；深化下料凈尺寸標注，此外還需要明確標明尺寸不包含余量，根據要求加放。如果長度不足需要加裝鋼體時，翼節不小于翼板的2倍。一個部位的接頭數量不超2個，必須保證腹板和機翼對接焊縫長度在200mm以上。梁兩端與牛腿連接時，將牛腿和橫梁焊接到一塊H型鋼上，然后將兩端整體切割和鉆孔，以避免高度差異。下料后，應根據材料傳遞色碼，在工件上標明名稱、規格和件號，并分類存放［3］。

4.3異型梁的埋弧自動焊接及坡口加工

H型鋼焊接是在自動埋弧焊機中進行的，自動埋弧焊機具有焊接質量好和效率高的優勢，單道焊接達到12mm的高度，是傳統CO2焊接的3倍。焊接時，可調整到相對固定的位置，采取多項技術措施，擴大埋弧焊范圍，確保焊縫部位及相應位置與軌道對應，滿足自動埋弧焊要求。埋弧焊機的跨度為1.5m，小于該尺寸的H型鋼，不能安裝在焊接支架上。對于不規則的形狀，需要添加到其他較長的形狀中。為了獲得正確的形狀，將部分切割焊接在一起，確保其滿足自動埋弧焊的要求。由于焊接時焊縫受熱和冷卻不均，易在焊接后產生彎頭變形。對于翼板較薄，H型鋼形狀不正確。矯正機允許調平高度為200mm，為了有效地實現小于200mm的鋼材的矯正，需要制作一套相應尺寸的扶正器，以替換為適合的原始矯正。H型腹板開坡口采用半自動切割機，坡口要確保符合圖紙和標準技術使用要求。在對坡口進行加工時，坡口表面應磨削50mm內，去除切屑和氧化皮，以免影響焊接。對全焊透和部分焊透，坡口應在過渡點處銜接。在焊接和坡口加工中，應減少焊縫變形，提高工作效率，以降低成本。打底焊完成后，降低電流進行填焊，填充層的厚度要低于母材1~2mm。

4.4H型鋼的焊接和吊裝

H型鋼焊接時，在梁兩端設置引熄弧板，材質與母材相同，焊面要確保平直。引弧板長度應不小于150mm，焊縫長度應不小于60mm。焊接后，弧板用氣割切斷，嚴禁用錘擊拆卸。焊接要在門式焊機上進行，焊絲必須符合要求，同時確保焊劑在正式施工使用前經過烘烤，不同的焊接應選用不同的焊絲。從焊接坡口開始，焊接前用風鏟清理焊縫中的雜質，用壓縮空氣進行清潔處理并確保焊縫中沒有污垢，以免影響焊接質量。通過增大坡口角度，提高焊接電壓來提高整體的焊縫質量。在完成底焊后，應降低焊接電壓，填充層在母材以下1~2mm，邊緣不應熔化。用起重機將切割的H型鋼提升到工作平臺上。在預熱和后熱處理中，對于厚度大于35mm的板材，應防止其在T形、角形和橫向接縫處斷裂。預防措施有焊前預熱，焊后緩冷，清除焊絲與油銹水分以及焊條徹底干燥等。預熱區在坡口兩側，坡口的寬度應為焊縫的15倍以上。在此過程中，需要做好預熱溫度的測量，正確的測量要從對面開始，測溫點遠離電弧通過。用火焰加熱器進行預熱時，要求技術人員在加熱停止后測量。保溫時間需要根據厚度來合理確定，總時間不小于1h。嚴禁在主體材料上點火、引弧或安裝焊接設備。T型接頭、角接頭和對接接頭的焊縫必須在兩端配備弧形板，材料與被焊母材相同，坡口與焊縫相同。手工和氣體電弧焊的實際長度要大于25mm。引線板的使用寬度要大于50mm，非手工弧焊縫不超過80mm，引出板的寬度大于80mm，厚度不小于10mm。在焊接完成后，合理地控制電弧板和引出板，確保其表面修磨平整。在保證焊透后，采用小角度的坡口，有效減少收縮量，提高了元件的使用精度。元件長度按正偏差驗收，使用低散熱、小焊縫焊接，減少收縮。

4.5質量檢測

相關技術人員應填寫探傷檢測申請表，并將申請表提交至質量控制部門。在專業無損檢測人員進行探傷檢測后，對于合格的材料產品做好合格標記。基于設計要求對H型鋼采用超聲波探傷儀進行檢測，內部缺陷分類和檢測方法應符合焊縫超聲波檢測方法及檢測結果國家標準規定，并做合格和分級標志。

5結語

綜上所述，H型鋼具有應用范圍廣和重量輕的特點，有著廣闊的應用前景。由于H型鋼在實際工程中應用要求高，對于H型鋼的焊接，要做好現場的各種施工安排。本文結合實際工作，分析了H型鋼施工準備工作及具體的施工過程，解決了異型H型鋼生產限制問題，為異型梁的焊接質量提供保障。

參考文獻

［1］王惠聰，吳立紅，張榮華，等.H型鋼腹板與翼緣內角銹蝕機理及影響因素研究［J］.熱加工工藝，2022（9）：151-154，162.

［2］翟亮.淺析建筑工程中異型鋼結構綜合施工技術［J］.技術與市場，2021，28（12）：114-115.

［3］王琨，時金雨，徐冠普，等.一種采用鋼管混凝土核心柱和預應力型鋼混凝土梁的底層柔性結構［J］.地震工程與工程振動，2021，41（6）：145-157.

作者:嚴侃侃 單位:中鐵十七局集團城市建設有限公司