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摘 要:×发电厂2×600MW超临界机组工程，我们承担了汽机房桁车梁100t的加工制作（1800×750×14×25×10000），为有效控制桁车梁（H型钢梁）的加工及焊接变形，就桁车梁变形的各种影响因素进行分析，提出了相应的控制措施。
关键词:控制 桁车梁 加工 焊接变形
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)07(b)-0099-02
在×发电厂2×600MW超临界机组工程中，我们承担了汽机房桁车梁100t的加工制作，见图1（材质为Q235B，1800×750×14×25×10000），下料采用CG1-30型半自动切割机和等离子切割，焊接采用埋弧焊接、CO2气体保护焊接和手工电弧焊接相结合的焊接工艺，主要焊缝采用埋弧焊接，加固筋采用CO2气体保护焊和手工电弧焊。桁车梁在制作过程中，下料采用火焰切割产生的变形和焊接产生的变形，严重影响着工程的质量和结构承载力(桁车梁是按两台A3级别吊车起重量为80t/20t的载荷设计的)。质量要求：桁车梁的下翼缘焊缝等级为一级，其它焊缝为二级。翼缘对腹板的垂直度≤b/100，且≤2.0mm；梁连接处的腹板中心线偏移≤2.0mm；梁的直线度水平面上任意两米范围内≤±1mm、垂直面上任意两米范围内≤±2mm。由于是现场加工制作，受各方条件制约，现场没有工厂化制作的校正设备，如校正钢板用平板机和H型钢矫正机，为有效控制桁车梁的制作和焊接产生的变形，预防和校正变形成为施工中的关键问题。采用合理的施工工艺和校正方法成为是否能控制好桁车梁工艺质量的关键问题。
1 影响桁车梁变形的工艺分析
1.1 钢板加工过程中产生的变形，主要有三点
一是钢材在轧制过程中轧辊沿其长度方向受热不均匀，轧辊设备调整不当等原因造成钢板自身残余应力引起的变形；二是运输和存放不当产生的变形；三是翼缘板、腹板在下料过程中产生纵向收缩变形。钢板在找方划线后，半自动切割机沿切割线方向进行切割，由于钢板在切割过程中受热不均匀，导致受热端缩短和弯曲变形。经现场测试，10m长的翼缘板在单边下料后，最多能产生30mm的变形（见图2）。四是因桁车梁长度较大，组合装配不当易产生扭曲变形。
1.2 焊接过程中产生的变形主要有以下几个原因
一是焊缝截面积的影响，焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是起主要的影响。因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。在焊接桁车梁腹板与翼板之间的T型焊缝厚度hf=8mm、焊脚高度k11mm时产生的变形，是桁车梁制作过程中最大的变形量，也是主要控制的对象；二是焊接方法的影响：由于采用焊接方法的不同，生产效率、焊缝质量差别很大，以手工电弧焊和埋弧自动焊相比：由于埋弧焊能使用大电流，焊缝的熔深增加、较厚的焊缝不开坡口也能焊透，电弧热量集中利用率高，加快了焊接速度，构件不开坡口减少了打破口所用的时间，同时，减小由于焊缝截面积大产生的变形量。焊缝质量好，由于焊剂对电弧有可靠保护，防止了空气的侵入，焊缝的化学成分和性能较均匀，焊缝表面成形好，消除了手工电弧焊中更换焊条容易引发的缺陷。焊件变形小；埋弧焊的热能集中，焊接速度快，则焊缝热影响区小，焊件的变形也小；三是焊接顺序的影响：由于焊缝的长度、位置、部位及要求不同，按不同的焊接顺序焊接，产生的变形量也各不相同。在桁车梁焊接过程中，加固筋和堵板的焊接显得尤其重要，钢梁加固筋和堵板在焊接过程中，焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程，由于不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形，此种焊接变形主要有五种：纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形。综合以上因素，制定合理的焊接顺序和工艺是保证桁车梁工艺的主要手段。
2 对因加工制作过程中产生的变形进行控制
钢板加工制作过程变形控制措施：一是对钢板在轧制及运输存放过程中产生的变形进行控制，对产生扭曲变形的钢板利用现场的三辊卷板机进行校正，通过对钢板正反多次滚压校平钢板；二是对钢板的局部变形用平锤在平台上进行锤击校正或利用千斤顶在平台上校正；三是对翼缘板、腹板在下料过程中产生纵向收缩变形进行控制，钢板在找方划线后，用两台半自动切割机沿切割线方向同速行走进行切割，钢板在切割过程中两边同时受热、冷却，产生的变形相对较小，通过以上方法基本解决了钢板单向变形大的问题。四是制作组合胎具和焊接支架来保证桁车梁焊接、装配产生的扭曲变形。因桁车梁较长，在组合前我们对腹板和翼板的平整度进行了校正，使其直线度控制在≤L/1000mm，钢板局部不平整度控制在≤1.5mm之内，腹面板和翼板之间的装配间隙、对中位置等方法提高组装、装配精度，最大程度上减小桁车梁的扭曲变形。
3 对因焊接过程中产生的变形进行控制
3.1 焊接方法的先择及角变形的控制
通过对焊接变形的分析和试验，桁车梁的T型焊缝采用埋弧自动焊进行焊接时，桁车梁腹板不开坡口焊接可满足图纸要求，减少腹板开坡口所投工时及减少开坡口热加工产生的变形。在焊前试验中，我们制作了焊接专用胎架，确保焊缝为船形焊缝，自动埋弧焊焊完后钢梁产生的角变形量在4mm左右，且焊缝焊偏在翼板上，焊缝外观质量达不到工艺要求。为了解决焊接变形，我们采用焊前加装反变形夹具的方法控制焊接角变形。埋弧焊接采用Φ4.0H08A焊丝，HJ431焊剂（使用前对焊剂进行250°～300°恒温烘干2～3h，干燥、无杂质）。在焊接前桁车梁翼缘板加装反变形夹具。焊接前将焊缝内外壁25mm范围内的油、漆、锈清理干净，焊缝间隙比较大时用手工电弧焊进行打底，在焊接前将桁车梁倾斜45°左右，焊船形缝，通过以上措施从根本上解决了桁车梁角变形和焊缝焊偏这一问题。
3.2 采用合理的焊接顺序，减少加筋板产生的焊接变形
采取合理的焊接顺序：在焊缝较多的组装条件下，根据桁车梁形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝，先焊膨胀较大而不能自由收缩的焊缝，后焊膨胀较小而能自由收缩的焊缝，先焊靠近重心线处的焊缝，后焊重心线远的焊缝原则。桁车梁结构中有六组加固筋，为了防止产生较大的变形，我们采用两组四个焊工在桁车梁两侧对称、分段、间断跳焊，所有焊缝均不一次成型，通过以上措施有效地减少了焊接变形。
3.3 对端板焊接变形的校正
由于端板焊接的位置不宜埋弧自动焊接，且端板（δ=25mm）是单面焊接，焊脚高度k=12。我们采用CO2气体保护焊，焊接时采用对称、多层多道焊接，由于CO2气体保护焊接变形小，事前没有采取反变形措施，焊后产生了的角变形也不大，变形量在2mm，后我们运用大规格烤把，在焊缝中心处左右20mm处进行三角形火焰校正，温度在600～800℃之间，解决了端板焊接变形的问题。
4 对因焊接应力的控制
由于在制作时为控制焊接变形，使用了反变形的夹具，导致结构内增大了焊后的残余应力。在焊接过程中要求焊工用锤击法减小焊接残余应力，即在在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。另外，桁车梁焊接完后采用喷砂除锈，通过石英砂均匀敲打来抵消构件的焊接应力。
5 结语
通过对汽机房大型桁车梁的加工焊接采取的一系列措施，保证了桁车梁的整体质量，工艺要求、焊接要求都达到了规范要求，由于现场制作减少了二次搬运，同时施工进度便于保证，对安装汽机房行车奠定了基础，且采取反变形夹具能保证桁车梁轨道的直线度和平整度。在车间加工的桁车梁，采用了H型钢翼缘矫正机，但是矫正轮只能让开腹板中心左右20mm（矫正机型号不一样，中心距不一样），桁车梁中间凹，翼缘板两边平齐。行车轨道安装时放不平，还得进行加垫调整，对行车长期稳定行走有一定的影响。采用反变形夹具矫正的钢梁，翼缘板上平面水平度能保证，确保行车平稳。
参考文献
[1] ×发电厂2×600MW超临界机组工程汽机房桁车梁图纸.
[2] 钢结构工程施工质量验收规范（GB50 205-2001）.
关键词:控制 桁车梁 加工 焊接变形
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)07(b)-0099-02
在×发电厂2×600MW超临界机组工程中，我们承担了汽机房桁车梁100t的加工制作，见图1（材质为Q235B，1800×750×14×25×10000），下料采用CG1-30型半自动切割机和等离子切割，焊接采用埋弧焊接、CO2气体保护焊接和手工电弧焊接相结合的焊接工艺，主要焊缝采用埋弧焊接，加固筋采用CO2气体保护焊和手工电弧焊。桁车梁在制作过程中，下料采用火焰切割产生的变形和焊接产生的变形，严重影响着工程的质量和结构承载力(桁车梁是按两台A3级别吊车起重量为80t/20t的载荷设计的)。质量要求：桁车梁的下翼缘焊缝等级为一级，其它焊缝为二级。翼缘对腹板的垂直度≤b/100，且≤2.0mm；梁连接处的腹板中心线偏移≤2.0mm；梁的直线度水平面上任意两米范围内≤±1mm、垂直面上任意两米范围内≤±2mm。由于是现场加工制作，受各方条件制约，现场没有工厂化制作的校正设备，如校正钢板用平板机和H型钢矫正机，为有效控制桁车梁的制作和焊接产生的变形，预防和校正变形成为施工中的关键问题。采用合理的施工工艺和校正方法成为是否能控制好桁车梁工艺质量的关键问题。
1 影响桁车梁变形的工艺分析
1.1 钢板加工过程中产生的变形，主要有三点
一是钢材在轧制过程中轧辊沿其长度方向受热不均匀，轧辊设备调整不当等原因造成钢板自身残余应力引起的变形；二是运输和存放不当产生的变形；三是翼缘板、腹板在下料过程中产生纵向收缩变形。钢板在找方划线后，半自动切割机沿切割线方向进行切割，由于钢板在切割过程中受热不均匀，导致受热端缩短和弯曲变形。经现场测试，10m长的翼缘板在单边下料后，最多能产生30mm的变形（见图2）。四是因桁车梁长度较大，组合装配不当易产生扭曲变形。
1.2 焊接过程中产生的变形主要有以下几个原因
一是焊缝截面积的影响，焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是起主要的影响。因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。在焊接桁车梁腹板与翼板之间的T型焊缝厚度hf=8mm、焊脚高度k11mm时产生的变形，是桁车梁制作过程中最大的变形量，也是主要控制的对象；二是焊接方法的影响：由于采用焊接方法的不同，生产效率、焊缝质量差别很大，以手工电弧焊和埋弧自动焊相比：由于埋弧焊能使用大电流，焊缝的熔深增加、较厚的焊缝不开坡口也能焊透，电弧热量集中利用率高，加快了焊接速度，构件不开坡口减少了打破口所用的时间，同时，减小由于焊缝截面积大产生的变形量。焊缝质量好，由于焊剂对电弧有可靠保护，防止了空气的侵入，焊缝的化学成分和性能较均匀，焊缝表面成形好，消除了手工电弧焊中更换焊条容易引发的缺陷。焊件变形小；埋弧焊的热能集中，焊接速度快，则焊缝热影响区小，焊件的变形也小；三是焊接顺序的影响：由于焊缝的长度、位置、部位及要求不同，按不同的焊接顺序焊接，产生的变形量也各不相同。在桁车梁焊接过程中，加固筋和堵板的焊接显得尤其重要，钢梁加固筋和堵板在焊接过程中，焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程，由于不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形，此种焊接变形主要有五种：纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形。综合以上因素，制定合理的焊接顺序和工艺是保证桁车梁工艺的主要手段。
2 对因加工制作过程中产生的变形进行控制
钢板加工制作过程变形控制措施：一是对钢板在轧制及运输存放过程中产生的变形进行控制，对产生扭曲变形的钢板利用现场的三辊卷板机进行校正，通过对钢板正反多次滚压校平钢板；二是对钢板的局部变形用平锤在平台上进行锤击校正或利用千斤顶在平台上校正；三是对翼缘板、腹板在下料过程中产生纵向收缩变形进行控制，钢板在找方划线后，用两台半自动切割机沿切割线方向同速行走进行切割，钢板在切割过程中两边同时受热、冷却，产生的变形相对较小，通过以上方法基本解决了钢板单向变形大的问题。四是制作组合胎具和焊接支架来保证桁车梁焊接、装配产生的扭曲变形。因桁车梁较长，在组合前我们对腹板和翼板的平整度进行了校正，使其直线度控制在≤L/1000mm，钢板局部不平整度控制在≤1.5mm之内，腹面板和翼板之间的装配间隙、对中位置等方法提高组装、装配精度，最大程度上减小桁车梁的扭曲变形。
3 对因焊接过程中产生的变形进行控制
3.1 焊接方法的先择及角变形的控制
通过对焊接变形的分析和试验，桁车梁的T型焊缝采用埋弧自动焊进行焊接时，桁车梁腹板不开坡口焊接可满足图纸要求，减少腹板开坡口所投工时及减少开坡口热加工产生的变形。在焊前试验中，我们制作了焊接专用胎架，确保焊缝为船形焊缝，自动埋弧焊焊完后钢梁产生的角变形量在4mm左右，且焊缝焊偏在翼板上，焊缝外观质量达不到工艺要求。为了解决焊接变形，我们采用焊前加装反变形夹具的方法控制焊接角变形。埋弧焊接采用Φ4.0H08A焊丝，HJ431焊剂（使用前对焊剂进行250°～300°恒温烘干2～3h，干燥、无杂质）。在焊接前桁车梁翼缘板加装反变形夹具。焊接前将焊缝内外壁25mm范围内的油、漆、锈清理干净，焊缝间隙比较大时用手工电弧焊进行打底，在焊接前将桁车梁倾斜45°左右，焊船形缝，通过以上措施从根本上解决了桁车梁角变形和焊缝焊偏这一问题。
3.2 采用合理的焊接顺序，减少加筋板产生的焊接变形
采取合理的焊接顺序：在焊缝较多的组装条件下，根据桁车梁形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝，先焊膨胀较大而不能自由收缩的焊缝，后焊膨胀较小而能自由收缩的焊缝，先焊靠近重心线处的焊缝，后焊重心线远的焊缝原则。桁车梁结构中有六组加固筋，为了防止产生较大的变形，我们采用两组四个焊工在桁车梁两侧对称、分段、间断跳焊，所有焊缝均不一次成型，通过以上措施有效地减少了焊接变形。
3.3 对端板焊接变形的校正
由于端板焊接的位置不宜埋弧自动焊接，且端板（δ=25mm）是单面焊接，焊脚高度k=12。我们采用CO2气体保护焊，焊接时采用对称、多层多道焊接，由于CO2气体保护焊接变形小，事前没有采取反变形措施，焊后产生了的角变形也不大，变形量在2mm，后我们运用大规格烤把，在焊缝中心处左右20mm处进行三角形火焰校正，温度在600～800℃之间，解决了端板焊接变形的问题。
4 对因焊接应力的控制
由于在制作时为控制焊接变形，使用了反变形的夹具，导致结构内增大了焊后的残余应力。在焊接过程中要求焊工用锤击法减小焊接残余应力，即在在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。另外，桁车梁焊接完后采用喷砂除锈，通过石英砂均匀敲打来抵消构件的焊接应力。
5 结语
通过对汽机房大型桁车梁的加工焊接采取的一系列措施，保证了桁车梁的整体质量，工艺要求、焊接要求都达到了规范要求，由于现场制作减少了二次搬运，同时施工进度便于保证，对安装汽机房行车奠定了基础，且采取反变形夹具能保证桁车梁轨道的直线度和平整度。在车间加工的桁车梁，采用了H型钢翼缘矫正机，但是矫正轮只能让开腹板中心左右20mm（矫正机型号不一样，中心距不一样），桁车梁中间凹，翼缘板两边平齐。行车轨道安装时放不平，还得进行加垫调整，对行车长期稳定行走有一定的影响。采用反变形夹具矫正的钢梁，翼缘板上平面水平度能保证，确保行车平稳。
参考文献
[1] ×发电厂2×600MW超临界机组工程汽机房桁车梁图纸.
[2] 钢结构工程施工质量验收规范（GB50 205-2001）.