箱型梁柱工法.docx

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箱型梁柱工法

现场箱型构件施工工法

中化二建集团第四安装防腐工程有限公司

1．前言

钢结构素有“绿色建筑”之称，近年来钢结构因其自重轻，抗震性能好，施工周期短和材料可以回收利用等优点，在我国各个行业中的得到了迅猛的发展。

随着社会的发展，人们环境意识、节能意识的提高，许多行业的装置、设备都在向规模化、大型化发展，这从很大程度上对钢结构的设计、施工提出了更高的要求。

与此同时，钢结构的设计也在向多元化、大型化发展。

钢框架结构以其强度高、重量轻、材质均匀、塑性韧性好、安装方便、施工工期短等优点在各种行业钢结构中担当着重要角色。

钢构件的种类也越来越多,有箱型构件、H型构件、T型构件和钢管构件等多种类型，其中箱型构件的制造最复杂。

一般来说，箱型构件的制作加工必须在工厂焊接，因与在施工现场加工相比，其具有相对成熟的加工生产流水线和比较稳定的加工环境。

但对某些工程实际情况来说，在工厂加工的可行性不是很高，尤其是工程建设地址比较偏远的情况下，一方面会增加成本，另一方面施工工期也不能满足要求。

这种情况下，箱型构件只能进行现场制作，但不论在工厂加工还是在现场制作，箱型构件的制作工艺流程基本上是一致的。

2．工法特点

2.1从制作工艺方面来讲，箱型构件的制作工艺相对比较复杂，尤其是箱型构件中加劲隔板的焊接。

2.2箱型构件由于有两个强轴，加上节点处的加劲板，形成了较强的节点域，受力状况比轧制H型钢更为优越。

从安全、经济、合理等方面综合考虑，箱型梁同H型钢相比，具有一定的优势和广阔的市场前景。

3．适用范围

适用于箱型梁、柱等构件的现场制作

4．工艺原理

4.1箱型构件基本构造

以我单位承接的新疆庆华煤制天然气工程为例，在加压气化装置中，承载气化炉的钢结构主梁均为箱型梁。

箱型构件的基本构造示意图如下：

挡板、加劲隔板及侧板连接示意图如下：

4.2电渣焊简介

电渣焊是一种利用电流通过液体熔渣产生的热量使金属融合的焊接方法。

它是由前苏联巴东电焊研究所研发，首次实现了厚板垂直电渣焊接。

电渣焊主要适用于各种大型工件的垂直焊接（最大厚度可达300mm），焊接过程中又无电弧和飞溅，生产效率高，电能和焊接材料相对消耗较少，因而越来越受到一些钢结构加工厂家的青睐。

电渣焊的焊接工艺有很多，主要有丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊及管极电渣焊等，本工法采用熔嘴电渣焊。

5．施工工艺流程及操作要点

5.1箱型构件制作工艺流程

1.现场制作箱型构件的主要设备及材料有半自动坡口机、磁力电钻、熔嘴电渣焊机、磨光机、二氧化碳保护焊机、电渣焊用焊剂，铜质引弧板、熄弧板等。

2.根据设计图纸的尺寸，在现场搭设钢结构组对平台，同时要严格根据图纸要求，对箱型构件各部分构件进行清理并打坡口，同时在顶板和底板上与焊缝相对应位置打φ30mm的孔（孔的实际尺寸根据现场的实际情况来进行调节），在打孔时为适应后续工序的需要，建议上下两孔要同时打，以保证组对时上下两孔的垂直度。

3.将底板（件号②）平铺在预制平台上，（注意在平铺过程中要保证底板的平直）

4.将挡板件号⑤与侧板（件号③或件号④）进行组对，同时将件号⑦与两块侧板分别组对，然后将侧板（件号③或件号④）与底板进行组对。

在组对前要对挡板与侧板和隔板连接的两个面进行刨光防止金属熔滴从缝隙中泄露。

在组对侧板时，要保证侧板与底板垂直，以保证整个箱体的加工精度，同时要清除焊缝周围的油污、毛刺等，以免影响焊接质量和焊缝强度。

在焊接过程中，为了最大限度的减小母材的变形量，采用二氧化碳保护焊机进行焊接，且由两名焊工从中间同时向两头退焊，两名焊工的焊接水平、焊接速度要相当，焊接完成后组对隔板。

（图4-14-2）

图4-1挡板与隔板组对示意图

图4-2挡板与隔板组对示意图

5.将其余挡板与隔板进行组对，在组对时在挡板一侧拉线，用以保证挡板的外侧边缘在一条直线上（图4-3）。

图4-3

6.将顶板盖上，并根据图纸要求进行焊接，隔板与侧板连接处最后用熔嘴电渣焊进行焊接。

（图4-4）

图4-4

7.组对最后一块侧板，侧板组对好以后，用千斤顶顶紧。

如图（4-54-6）

图4-5

图4-6熔嘴电渣焊焊接过程详图

图3-7引弧板和熄弧板材质均为铜

8.熔嘴电渣焊焊接步骤

（1）箱型梁应水平放置，使熔嘴（管状长焊条）的夹头与焊口保持平面垂直，将引弧板放在底板下部，使球形坑（渣池）口与焊口正对，并垫实顶紧，与工件密合，以防起焊时跑渣漏铁水，影响正常的启动焊接。

安装前在引弧板上的渣池内涂抹少量耐火胶泥，安装完成后放入少许铁屑，便于引弧。

将熔嘴插入待焊焊口内，调节熔嘴使其处于焊口的中心并接触到引弧板，再将熔嘴提起20～30mm，拧紧夹头。

（2）在箱型梁顶板正对焊口处安装熄弧板，便于将渣池和在停止焊接时往往易于产生缩孔和裂纹的那部分焊缝金属引出，焊接完成后将其割掉磨平。

在引出阶段，应逐步降低电流和电压，以减少产生缩孔和裂纹。

（3）从熔嘴内插入焊丝送入底部与引弧板相接触（这时焊丝与熔嘴长焊管应在焊口的正中心），焊丝再提起10mm左右。

然后检查焊机各部位是否正常，确认所有工序准确无误后加入少量引弧剂和少量焊剂，进入施焊过程。

（4）引弧采用较高电压短路（为焊丝接触工件）引弧，引弧后，刚开始送丝速度要慢些，即电流小些，这时是弧焊过程，弧焊过程中，电流波动较大，这时的送丝速度要慢，以免造渣。

随着焊剂的熔化，形成有一定深度的熔化渣池，温度逐渐升高，电弧开始消失而转入电渣过程，随着金属焊丝向金属熔池的过渡，这时可将电流和电压调至正常值，进入正常的电渣焊过程。

（5）施焊过程中要使机头上的送丝导电嘴与金属熔池液面的相对高度保持不变，焊接速度要均匀，同时密切注意焊机控制箱上电流和电压的变化，根据情况随时调节，并注意熔嘴始终保持在焊口的中心，以防将焊件板烧穿造成铁水泄露，影响施焊过程。

（6）焊接进入尾声时，通过熄弧板将渣池和焊缝引出，注意一定要在焊缝高出熄弧板时焊接才能结束，焊接完成后拆掉熄弧板，将高出顶板表面的焊缝割掉磨平。

5.2熔嘴电渣焊特点及工艺参数

1.熔嘴电渣焊特点：

（1）在垂直位置焊接，当焊缝中心线在垂直位置时，它形成熔池及焊缝的条件最好，故适用于垂直焊缝的焊接。

（2）厚度较大的焊件能够一次成型，生产效率较高，焊材消耗较少。

（3）焊件成形系数调节范围较大，通过调节焊机电流和电压，可以在较大范围内调节焊缝的成形系数，能够从很大程度上防止产生热裂纹。

（4）焊接熔池对焊件由预热作用，在焊接过程中不易产生淬硬组织，冷裂倾向较小。

（5）由于焊接速度和冷却速度较慢，焊接过程对母材的热影响区较大，使焊接接头的力性能降低，所以一般在焊接完成后要对焊接接头进行热处理。

2.熔嘴电渣焊工艺参数

渣池深度

焊接电压

焊接电流

装配间隙

40mm～50mm

35V～45V

270A～600A

28mm～34mm

3.焊接过程中工艺参数对焊缝质量的影响

焊接工艺参数

增大对焊缝质量的影响

减小对焊缝质量的影响

焊接电流

熔池沸腾，焊缝熔合不好

未熔合、未焊透

焊接电压

焊缝收缩应力加大

焊不透工件

熔池深度

产生未焊透，未熔合

焊丝易在渣池表面发弧，焊接过程不稳定或中断

装配间隙

热影响区增大，母材应力发生变化

电极易与焊件发生短路，中断焊接过程

4.焊接过程中应注意的问题

（1）在箱型梁组对前应提前将底板上和顶板上的孔打好，最好是两块板铺在一起打孔，这样可以保证组对完成后两孔的垂直度。

（2）在箱型粱挡板装配时，要保证焊口成上大下小状，一般倾斜度为1～2°，这样可以很好的减小焊缝的横向收缩性。

（3）引弧板上面的渣池需制作成半球状，便于拆卸，熄弧板做成两块，也是同样道理。

（4）在焊接过程中，若需要加入焊接药剂，须徐徐加入，且不能太多，若一次加入焊剂量过大，也会造成熔合不好等缺陷。

（5）在焊接过程中，要随时观察熔嘴的位置，以免熔嘴跑偏烧穿焊件跑漏铁水。

同时要随时观察熔池的状态，从而随时调节焊接电压、电流及焊接速度，防止产生熔合不好、夹渣或未熔合等焊接质量问题。

（6）在焊接过程中，为了更好的增加加劲隔板的散热性能，可以在经设计同意的情况下，在隔板中心打φ20～φ30mm的孔洞，这样能更好的防止母材变形。

（7）在焊接前要根据箱型粱的实际焊接形式做好焊件的工艺评定，合格后方可进行焊接。

（8）焊接过程尽量一次成型，中间不要中断，所有焊缝的焊接必须符合国家相关标准规范和图纸设计要求。

（9）焊接完成后，所有焊缝要进行超声波探伤，探伤合格后方可使用。

6．材料与设备

6.1使用的主要材料

主材的材质、性能严格按照国家标准和设计院要求进行验收，辅材中用量最多的熔嘴需提前预定并根据焊缝高度来决定熔嘴的长度，一般情况下，熔嘴长度为焊缝高度+150～200mm。

其次还需氧气、乙炔及少量的耐火胶泥等。

6.2使用的主要工机具

1数控直条多头切割机；2半自动切割机；3手工氧气气割；4剪板机；5电焊机；6小车埋弧焊机；7二氧化碳气体保护焊；8电渣焊设备；9带锯；10端面铣；11摇臂钻；12万能铣床；13碳弧气刨；14抛丸除锈机；15碳弧气刨及吊装设备；16在其铆装过程中还需适当的胎具、滚道传动机构、平台等辅助设施。

7．质量控制

7.1箱型梁、柱制作所参照的相关规范：

7.1.1GB50205-2002钢结构工程施工及验收规范

7.1.2GB50221-2002钢结构工程质量检验评定标准

7.1.3JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程

7.2材料检验：

7.2.1工程所采用的钢材应具有质量证明书，钢材的品种、型号、规格应符合设计要求，钢材质量符合国家现行有关标准的规定。

7.2.2工程所采用的连接材料和涂装材料应具备出厂质量证明书，并符合设计要求，钢材质量符合国家现行有关标准的规定。

7.2.3钢材表面除应符合国家现行有关标准的规定外尚应符合下列规定：

7.2.3.1钢材表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大于该板材厚度负偏差值的1/2。

7.3下料质量预控措施：

7.3.1要根据图纸及来料情况合理利用材料，全盘考虑气割余量、焊接收缩量。

7.3.2所有计量器具在校验期间内，不合格器具不得使用。

7.3.3钢板对接时要充分考虑焊接变形必要时采取刚性固定或反变形来控制。

7.4组对时的质量预控措施：

7.4.1组对时要按图画出基准线

7.4.2设置数量足够的定位装置，组对时随时检查其外形尺寸，点焊前调整合格。

7.5焊接时的质量预控：

7.5.1采用对称焊接、分段退焊及小规模焊接等措施减少焊接变形，保证加工精度。

7.5.2焊接时应采用反变形方法，如夹、靠、预留或者是制定严格的焊接顺序等措施。

7.5.3焊前应将破口表面及两侧的油污、水、锈蚀清理干净，同时气割渣、氧化皮等亦需清理干净，以免影响焊缝强度。

7.6因在大部分工程施工中，箱型梁、柱均为一级构件，所以在施工工程中除了要有详细的数据记录外，还需在焊接完成后按照国家相关规范对焊缝进行探伤，从而最大限度的保证产品质量。

8．安全措施

8.1本工程作业的安全关键点

1.氧气乙炔等容易因发火灾

2.电焊机、切割机等所有设备有可能会对人体造成电击伤害。

3.组对过程中的吊装作业

8.2安全作业措施

1．施工人员严格执行《工人安全技术操作规程》。

2．坚持每周一次安全活动，每天班前提出安全注意事项，班后总结安全情况。

3．起吊重物时，对卡具等进行认真核查确信无疑后方可起吊，起吊臂下严禁站人。

4.施工现场不允许堆放易燃、易爆物，易燃易爆库应远离施工现场，或采取一定的安全隔离措施。

5.严禁违章作业、严禁机械设备、操作人员带病作业。

6.乙炔瓶、氧气瓶间距大于10米。

7.电动工具要检查绝缘良好，并有良好的接地措施。

8.每台电器设备原则上单独配设漏电保护器。

9.室外的刀闸设备原则上单独配设漏电保护器。

10.施工现场设置专职安全负责人。

各作业组设兼职安全员，负责安全防火工作。

11.不足部分按照《涂装作业安全规程》有限空间作业安全技术要求GB12942-2006执行。

9．环保措施

9.1环境保护措施

1.严格按集团公司ISO14001环境管理体系标准运行。

2.认真贯彻公司的环境管理方针：

遵守法规，文明施工，珍惜资源，保护环境。

3.办公场所有机垃圾、无机垃圾应分类堆放；对一些安装前需清洗的零部件其清洗后废液不能随便排放应和甲方商定按规定排放；现场的废油筒应定期回收，集中存放，统一处理。

做好施工现场环境管理。

4.对施工中产生的建筑垃圾应运到甲方指定的垃圾场，不得随便乱倒。

5.工程中废弃的塑料布、橡胶皮、棉纱等不得随处堆放、焚烧，及时清理，应统一回收运往甲方指定的场地填埋。

9.2文明施工措施：

1.遵守国家法律法规及甲方有关规定。

2.施工现场管理人员和施工人员一律要穿统一的工作服。

3.文明安全施工，严禁违章操作。

4.工作区域用隔离带隔开并有标识。

5.施工现场材料必须堆放整齐，保证施工现场道路畅通，场容整洁。

6.在施工过程中，坚持做到工完、料净、场地清。

10．效益分析

目前许多大型的工矿企业都处在距离城市相对比较偏远的地方，而国内大部分的箱型梁、柱的生产均在工厂内进行，考虑到施工现场距离加工厂较远，施工工期又十分紧迫，在工厂加工的可行性不是很高，这样一方面会增加成本，另一方面施工工期也不能满足要求，所以就迫切需要实现箱型梁、柱等在施工现场生产。

由于箱型梁、柱结构属于近年来刚开始兴起的一种新型结构，虽然尚处在发展阶段，但近几年来它却以其独特的优势在各个行业中发展迅猛，但作为施工单位来讲，真正实现箱型梁、柱在施工现场生产的施工单位却寥寥无几，这在给我们单位在钢结构制作加工方面的发展也带来了一定的机遇。

箱型梁属于是非标构件，所有设备均为一次性投入连续性产出，按照目前的市场状况，制作箱型梁所需的机具设备总值大约在30万元，而根据现在的市场行情，箱型梁每吨的制作利润大约在2000元，而制作箱型梁的设备中除了熔嘴电渣焊机外，其余设备皆可参与普通钢结构的生产，从而实现了资源的优化配置。

综上所述，实现箱型梁、柱在现场生产在未来将会有非常广阔的市场前景。

11．应用实例