摘要：本文介绍了临沂大剧院焊接变截面箱型截面加强工厂加工制作的特点和难点。从制作精度的控制、焊接变形的控制、焊接残余应力的消减、防止焊接层状撕裂的措施等几个方面重点阐述焊接变截面箱型构件制造技术。
关键词：变截面；箱型；异型曲线；制作精度；焊接变形；残余应力；层状撕裂
1工程概况
临沂大剧院位于临沂市北城新区临沂市博物馆新馆与临沂市文化艺术中心之间，集歌剧厅、音乐厅、影视厅及商业区于一体，为全国一流剧院。临沂大剧院总建筑面积7万平方米，其中歌剧厅建筑面积3.4万平方米，占地面积近200亩，总建筑面积40000平方米，总投资约8亿元。临沂大剧院达到甲级剧院标准，具备接待世界一流艺术表演团体的条件和能力，并拥有KLAIS管风琴、钢琴等硬件设施。
2加工制作要点及难点分析
2.1变截面焊接箱型构件翼缘板加工制作精度及弯曲过程中残余应力的控制
翼缘板弯曲成型过程中，为了控制弯曲精度及弯曲过程中钢板内部的残余应力。弯曲时先采用卷板机进行卷制成型，然后采取一些适合本厂具体情况且与常规方法不同的生产工艺管理制度和工艺措施，对翼缘板弯曲成型进行精整以及残余应力消减。实践表明，翼缘板弯曲成型精度及成型后的各项力学性能指标均满足相关要求，且钢板内部的残余应力被最大限度的均匀化。
2.2变截面焊接箱型截面构件装配精度控制
内隔板装配精度的高低不仅影响后续焊接质量，还直接影响构件的整体制作精度。装配前重点检查零件切割下料精度、腹板、翼缘板对接精度、组装胎架精度等是否满足要求。检验隔板垂直度，隔板与下翼板的垂直度不得大于1mm，然后严格按照工艺文件要求进行装配，装配过程中配备专职质检员对装配关键控制点尺寸进行跟踪检查。严把过程控制关。
2.3焊接残余应力、层状撕裂及焊接变形的消减与控制
由于焊接变形直接影响构件、结构的安装及其使用功能，并因承载时产生附加弯矩、次应力而直接影
响使用性能，变形的控制很重要。
加工时务必使构件在自然状态下进行装配，切忌施加外力强制装配固定，以避免装配过程中零件板内部产生附加应力，同时通过焊接工艺评定、设计合理的焊接坡口及焊接顺序、焊前预热、焊后后热、设置零时固定支撑等措施，以实现加工过程中焊接残余应力、层状撕裂及焊接变形的消减与控制。
3加工制作关键工艺
3.1板材及坡口加工要求
（1）箱型柱的翼板和腹板拼装为部分熔透，其节点长度方向上下600mm处为全熔透坡口，钢柱两端100mm处为全熔透。开坡口时按照图纸尺寸提前画出全熔透和半熔透位置。
（2）箱型隔板（要求熔透）的坡口形式和电渣焊道装配要求：正面开坡口反面加垫板进行全熔透焊接。
（3）钢结构焊接时应考虑焊缝收缩量，选用较严格的焊接程序和方法，使焊接变形控制在最小范围内。
（4）采用多层焊，注意焊接过程中道间熔渣的清理；每焊完一道应进行检查，对坡口母材边缘形成的深凹槽用砂轮打磨至覆盖焊道能充分熔化焊透为止；若发现咬边、夹渣等缺陷必须清除和修复。
3.2 零件放样、下料与切割
（1）零件放样与下料时应根据设计图纸及工艺要求加放焊接收缩余量、切割宽度留量及端面铣余量等；
（2）吊钢板至气割平台上，调整钢板边缘与导轨的平行度在0.5mm/m范围内；
（3）检验：检查切割面平面度及条料尺寸、形状应符合相关规定，对切割断面存在切割缺陷的应予以返修。检查合格后，按规定做好标记并归类存放。
（4）零件下料前应仔细核对材料材质与规格，做到专材专用，不得随意代换，若需代换，需征得原设计的同意。
（5）调整割枪与板面的垂直度，设定切割参数，并设定好割缝补偿量（一般为割嘴直径的1/2）。
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3.3 装配与焊接
（1)检查腹板、翼板标识及下料质量，在翼板、腹板上划出隔板及衬板位置线。
（2)在箱型的腹板全熔透处装配焊接衬板，定位焊并焊接，对腹板条料应执行先中心划线，然后坡口加工，再进行衬板安装的制作流程，在进行衬板安装时，先以中心线为基准安装一侧衬板，然后在以安装好的衬板为基准安装另一侧衬板，应严格控制两衬板外缘之间的距离。定位焊缝采取气保焊断续焊缝焊接，焊缝长度60mm，间距300mm。
（3）在装配胎架上把划好线的下翼板置于组立平台上，把已装配好的隔板定位在下翼板上。
（4）在箱型组立平台上装配两侧腹板，使隔板对准腹板上所划的位置，翼板与腹板之间的垂直度不得大于b/500（b为边长）。然后，对腹板与隔板及腹板与翼板之间的焊缝进行定位焊。
（5）将已形成U型的箱体吊至焊接平台上，对隔板与腹板和下翼板之间的焊缝采用CO2气体保护焊进行焊接，焊接完成待冷却后对焊缝进行UT检测。
（6）工艺隔板按设计要求三面焊接。
（7）将隔板焊接完成并检验合格的U型箱体重新吊至组立机平台，利用组立机上部压紧装置装配上翼板，也可使用人工组立胎架进行组装，腹板与翼板之间垂直度不得大于1mm。
（8）清理、矫正，并对组装后的箱体尺寸进行检验，确保满足规范要求。
4构件精度检测及变形控制
整个拼装过程中用全站仪实施全过程测量控制，确保构件的位置、尺寸符合要求。
4.1 焊接应力与变形
（1）减小焊缝截面积：在得到完好、无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采用较小的坡口尺寸。
（2）对屈服强度345MPa以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热、层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。
4.2 焊接残余应力的控制
（1）减小焊接约束度：约束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小的约束下焊接。如长构件需要拼装板条时，要尽量在自由状态下施焊，不要在组装时再焊，避免组装焊接时约束度较大的情况。
（2）锤击法减小焊接残余应力：在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑形延性变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。但根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击，以免出现近焊缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢，如屈辱强度级别大于345MPa时也不宜采用锤击法消除焊接残余应力。
5现场整体预拼装
根据变截面箱型构件的结构特点，采用立面仰式拼装的方式进行钢柱的预拼装。
预拼前先用全站仪在预拼场地根据钢柱立面图放出单榀柱单元的地样，并根据地样设置胎架。然后依次将各预拼单元的上、下柱腿和节点吊上胎架，并通过线锤与地样进行对正。各部件定位合格后用全站仪根据给定坐标将各部件与节点表面依次标出，然后进行各部件与节点之间预拼焊接。
通过预拼检测各控制点的尺寸偏差以及各对接端口间的错边与间隙情况，从而掌握构件的制作精度是否满足设计及规范要求，同时分析偏差产生的原因，以确定导致偏差的工艺参数，以便于后续制作时及时调整。
6结语
临沂大剧院是临沂市的重要标志性建筑和文化设施之一，对城市文化发展、满足人民对更高层次的艺术需求，具有重要的现实意义。因此，如何保证钢架的制作精度以及预拼后钢架整体的线型倾角满足设计的要求，成为本项目加工制作的难题。在项目全体技术人员的不懈努力下，成功解决了此类型构件加工过程中的精度控制、变形控制等问题。构件最终的制作质量获得了业主、设计及监理的高度认可，也为今后类似构件的加工制作积累了经验、奠定了基础。
参考文献
[1] GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S]
[2] JGJ81-2002 建筑钢结构焊接技术规程[S]
论文作者:李康平
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/27
标签：腹板论文; 应力论文; 构件论文; 隔板论文; 精度论文; 残余论文; 截面论文; 《基层建设》2017年6期论文;