浅谈提高“日”字形柱制造质量的方法

董胜彬，韩吉超，李靖

1.中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东济南 250102

2.山东丰汇设备技术有限公司 山东济南 250200

关键字：“日”字形柱；质量控制；焊接变形

1 序言

钢结构厂房是目前工业与民用建筑广泛使用的设施，钢柱则是钢结构厂房主要承重构件。钢柱制造质量的好坏，直接影响到钢结构厂房的整体结构强度和稳定性。钢柱根据截面结构形式的不同，可以分为“十”字形柱、“H” 形柱及箱型柱。随着结构优化设计手段的日益成熟，新型的“日”字形柱（见图1）逐渐得到广泛使用。“日”字形柱是继“H” 形柱、箱型柱、“十”字形柱又一新的结构形式。由于“日”字形柱结构复杂，焊接难度高，对“日”字形柱的制造质量提出了更高的要求。

图1 “日”字形柱截面

经调研发现，目前“日”字形柱制作过程中，存在柱身扭曲、旁弯等质量问题，造成了大量的返工工序，增加了企业制造成本。因此，加强“日”字形柱焊接质量的控制，具有十分重要的现实意义[1]。

2 “日”字形柱制造过程中的质量控制要点

“日”字形柱焊接过程中，涉及的工序有下料、焊接、打磨及热处理等工艺，其中焊接工艺是发生质量问题最多的工艺阶段。因此，焊接工艺是直接影响“日”字形柱制造质量的重要因素。

焊接工艺的控制要点包括操作人员、焊接设备、焊接材料质量、焊接方法及焊接环境等。对控制要点开展以下要素检查，以保障焊接工艺的质量[2]。

（1）人的检查 首先检查焊接操作人员、质量检查人员是否持证上岗、是否培训上岗；同时检查操作人员、检查人员的技能培训情况。

（2）设备的检查 检查焊接设备的性能是否符合焊接要求，焊接设备有无损害、有无定期检测；质量测量仪器精度是否符合要求，仪器有无损坏、是否定期检测，精度是否符合要求。

（3）材料的检查 检查焊接材料、钢板是否符合技术要求，焊接材料、钢板进场有无质量证明文件，进场检验是否合格。

（4）焊接方法的检查 检查“日”字形柱立板、翼缘板组立顺序是否得当，是否按照预定的组立工艺方案进行作业；因内隔板间距太大，为防止变形，要求组立时加斜撑进行固定支撑，检查壁板之间是否增加斜撑进行固定；检查主焊缝埋弧焊焊接参数调节是否得当并符合要求。

（5）焊接环境的检查 检查焊接现场施工环境、工装是否符合要求，现场工装布置是否合理、作业条件是否满足要求。

3 传统“日”字形柱制造的质量控制措施

（1）人的控制措施 根据现场操作人员的规模，进行相应的专业技术培训，并进行专业技术考核，合格率达到100%；达到全员持证上岗的要求。

（2）设备的控制措施 现场铆工使用的卷尺和钢角尺，每年进行定期检定，精度符合使用要求；现场焊机每半年进行定期检测，焊机具有质量合格证，焊接性能良好且工作状态正常。

（3）材料的控制措施 埋弧焊应采用与焊件材料强度相适应的焊丝和焊剂。焊丝应具有质量证明书或检验报告，符合相关国家标准的规定。钢板有合格的出厂证明文件及厂内验收、复检记录，其化学成分、力学性能和其他质量要求必须符合国家现行标准规定。

（4）焊接方法的控制措施 焊接方法符合图样、技术协议相关技术要求；“日”字形柱按照组立顺序要求，先组立“工”字形，最后再组立上下壁板，组立成“日”字形。

组立完成后的“日”字形柱，因钢柱内隔板间距太大，支撑不足，易造成钢柱壁板弯曲变形，因此需进行火焰矫正。

对组立完成的“日”字形柱，按焊接工艺评定要求的焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数进行埋弧焊。

（5）焊接环境的控制措施 现场工装平整、作业环境要达到6S管理要求；为防止“日”字形柱组立时因壁板受力不均而引起板材波浪变形，需制作专用工装，工装表面测平后再进行作业。

4 质量控制措施的优化改进

按照上述五点控制措施，进行“日”字形柱焊接，发现仍存在壁板弯曲变形、柱身扭曲变形等现象。

“日”字形柱焊接过程中需要控制的三个指标为柱弯曲偏差、柱扭曲偏差及相邻壁板垂直度。因此，要在焊接过程中采取相应的工艺措施保证这三个指标合格。

本文针对质量控制措施中的焊接方法进行优化，改进措施如下。

为保证“日”字形柱组立壁板垂直度满足技术要求、防止柱身产生弯曲变形，组立过程中由传统的单一内隔板支撑改为内隔板加板条进行支撑；支撑板条采用车间下料过程中产生的废料进行制作，这样既改进了工艺，又使材料进行了二次利用。改进前后的支撑工艺如图2、图3所示。

图2 传统单一内隔板支撑工艺

图3 内隔板加板条的改进工艺

根据焊接工艺评定，修改“日”字形柱4条主焊缝埋弧焊的焊接参数，并对现场未按焊接工艺评定的焊接参数进行了修改。按照工艺要求，厚度＞16mm的壁板要先开坡口，坡口由原来半自动火焰切割改为半自动等离子切割（见图4），改善了火焰切割氧化铁流挂、坡口锯齿状等缺陷，提高了劳动效率；同时主焊缝先用手工焊打底再用埋弧焊，减少了柱身扭曲变形量（见图5），埋弧焊焊接工艺严格按修改后的工艺操作规程进行。

图4 半自动等离子切割开坡口

图5 手工焊打底填充焊缝

5 项目验证

根据改进的工艺措施进行“日”字形柱焊接，

所有的“日”字形柱柱身无弯曲、无扭曲变形，且不需进行火焰矫正，使用效果良好，达到了使用要求。

为了巩固改进的工艺措施，本单位根据该措施，编制了某项目钢结构生产作业指导文件和钢结构生产组织设计文件，完善了“日”字形柱生产组织流程；制定了标准化作业文件，将焊接控制纳入规范化管理；加强过程监管和控制，保证工艺措施落实可靠，为今后的类似项目提供了宝贵经验和操作依据。

6 结束语

通过对比分析了传统“日”字形柱制造质量控制措施方法，针对“日”字形柱的壁板之间支撑方式和焊接参数两个方面，进行了优化改进。

1）根据壁板间隔距离的大小，由传统的单一内隔板支撑改为内隔板加板条支撑，提高了壁板之间的垂直度，降低了柱身的弯曲变形。

2）当壁板厚度＞16mm时，坡口加工方式由传统的火焰切割改为等离子切割，不仅改善了坡口质量，而且提高了工作效率。

3）“日”字形柱的主焊缝在焊接之前，先用手工焊打底，再用埋弧焊进行焊接，有利于减少柱身的扭曲变形。

上述措施对同类型的钢结构柱焊接质量控制具有一定的借鉴意义。