用轧机轧制H型钢,轧件断面可得到较均匀的延伸,翼缘内外侧轧辊表面的速度差较小,可减轻产品的内应力及外形上的缺陷。适当改变轧机的水平辊和立辊的压下量,便能获得不同规格的H型钢。轧机的轧辊外形,形状简单,寿命长,轧辊的消耗可大为减少。轧机轧制H型钢的大优点是: 同一尺寸系列只有腹板和翼缘的厚度尺寸是变化的,其余部位尺寸都是固定不变的。因此,同一孔型轧制的同一系列H型钢具有多种腹板和翼缘厚度尺寸规格,使H型钢规格数量大为增加,为使用者选择合适的尺寸规格带来的方便。
在无轧机的情况下,有时为了满足生产建设的急需,也可将普通二辊式轧机加装立辊框架,组成孔型轧制H型钢。用这种方式轧制H型钢,产品尺寸精度低,翼缘同腹板之间难成直角,成本高,规格少,轧制柱材用H型钢极为困难,故使用者不多。
国际上,H型钢的产品标准分为英制系统和公制系统两大类。美、英等国采用英制,中国、日本、德国和俄罗斯等国采用公制,尽管英制和公制使用的计量单位不同,但对H型钢则大都用4个尺寸表示它们的规格,即:腹板高度h、翼缘宽度b、腹板厚度d和翼缘厚度t。尽管对H型钢尺寸规格大小的表示方法不同。但所生产的产品尺寸规格范围及尺寸公差相差不大。
H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面型材,因其断面与英文字母“H”相同而得名。由于H型钢的各个部位均以直角排布,因此H型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点,已被广泛应用。
H型钢断面形状类似于大写拉丁字母H的一种经济断面型材,又叫钢梁、宽缘(边)工字钢或平行翼缘工字钢。H型钢的横断面通常包括腹板和翼缘板两部分,又称为腰部和边部。
H型钢的翼缘内外侧平行或接近于平行,翼缘端部呈直角,因此而得名平行翼缘工字钢。H型钢的腹板厚度比腹板同样高的普通工字钢小,翼缘宽度比腹板同样高的普通工字钢大,因此又得名宽缘工字钢。由形状所决定,H型钢的截面模数、惯性矩及相应的强度均明显优于同样单重的普通工字钢。用在不同要求的金属结构中,不论是承受弯曲力矩、压力负荷、偏心负荷都显示出它的性能,可较普通工字钢大大提高承载能力,节约金属10%~40%。H型钢的翼缘宽、腹板薄、规格多、使用灵活,用于各种桁架结构中可节约金属15%~20%。由于其翼缘内外侧平行,缘端呈直角,便于拼装组合成各种构件,从而可节约焊接、铆接工作量25%左右,能大大加快工程的建设速度,缩短工期。
由于具有上述优点,H型钢应用广泛,主要用于:各种民用和工业建筑结构;各种大跨度的工业厂房和现代化高层建筑,尤其是地震活动频繁地区和高温工作条件下的工业厂房;要求承载能力大、截面稳定性好、跨度大的大型桥梁;重型设备;高速公路;舰船骨架;矿山支护;地基处理和堤坝工程;各种机器构件。
3. 操作工艺
3.1 钢结构加工工艺流程
审查图纸绘制加工工艺图→编制各类工艺流程图→原材料验收复验→分类堆放→原材料矫正→连接材料验收→放样→放样验收→制作样板→制作胎具及钻模→号料→号料检验→切割→制孔→边缘加工→弯制→零件矫正→防腐→分类堆放→组装焊接→构件矫正→构件编号→除锈→油漆→编号→构件分类堆放→验收。
3.2 放样
根据加工工艺图纸进行放样。核对图纸外形尺寸、安装关系、焊缝长度等,确定无误后方可进行放样。样板应图号、零件号、加工数量、和加工边线、坡口尺寸等。放样划线时,应注意预留制作、安装时的焊接收缩余量;切割余量;安装预留尺寸要求。 划线前材料的弯曲和变形应予以矫正。放样是钢结构制造的道工序,它对产品质量、缩短生产周期、节约原材料等都具有重大影响。放样过程中,由于受到放样量具及工具精度及操作水平、视线差异等因素的影响,放样图会出现一定的尺寸偏差,放样允许的误差见下表:
表2 放样和样板的允许偏差
项 目
允 许 偏 差
平行线距离和分段尺寸
±0.5mm
对角线差
1.0mm
宽度、长度
±0.5mm
孔距
±0.5mm
加工样板角度
±20'
3.3 号料
号料前认真检查钢材的材质、规格、数量、裂纹等,确定无误后进行号料。在钢材上画出加工位置线,并标出工艺的零件号。而后用样冲冲点。 画线号料质量检验方法:用钢尺检测。放样和号料应预留收缩量(包括现场焊接收缩量)及切割、铣端等需要的加工余量。铣端余量:剪切后加工的一般每边加3~4mm,,气割后加工的则每边加4~5mm。切割余量:自动气割割缝宽度为3mm,手工气割割缝宽度为4mm(与钢板厚度有关)。本次号料剩余材料应进行余料标识,包括余料编号,规格,材质及炉批号等,以便于余料的再次使用。
表3 号料的允许偏差
项目
允许偏差
零件外形尺寸
±1.0mm
孔距
±0.5mm
3.4 切割
切割前,对下料工确定的号料尺寸进行复核,核对无误后,方可进行切割。切割前应将钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净,切割后应清除熔渣和飞溅物。切割的允许偏差应符合下表的规定。
表4 切割的允许偏差(mm)
项 目
允许偏差
零件宽度、长度
±3.0mm
切割面平面度
0.05t且不大于2.0
割纹深度
0.2
局部缺口深度
1.0
注:t为切割面厚度。
气割操作应注意的工艺要点:
A、气割前检查确认整个气割系统的设备和工具全部运转正常,并确保安全。在气割过程中应注意:
a、气压稳定,不漏气
b、压力表、速度计等正常无损。
c、机体行走平稳,使用轨道时奥保持平直和无振动。
d、割嘴气流畅通,无污损。
e、割炬的角度和位置准确。
B、气割时应选择正确的工艺参数,工艺参数的选择主要是根据气割机械的类型和可切割的钢板厚度进行确定。
C、切割时应调节好氧气射流(风线)的形状,使其达到并保持轮廓清晰、风线长和射力高。
D、气割前,应去除钢材表面的污垢、油污及浮锈和其他杂物,并在下面留出一定的空间,以利于熔渣的吹出。气割时,割炬的移动应保持均速,割件表面距离焰心以2~5mm为宜。
E、气割时,防止回火。
F、为了防止气割变形,操作应遵循下列程序:
a、大型工件的切割,应先从短边开始。
b、在钢板上切割不同尺寸的工件时,应靠边靠角,合理布置,先割大件,后割小件。
c、在钢板上切割不同形状的工件时,应先割较复杂的,后割较简单的。
d、窄长条形板的切割,采用两长边同时切割的方法,以防止产生旁弯。
3.5开坡口
开坡口,采用坡口倒角机或半自动切割机,根据H型钢的板厚、坡口要求制备引弧板及引出板,引弧板及引出板的坡口形式应与H型钢的坡口形式相同,引弧及引出长度应不小于60mm,其材质应与母材相同;坡口加工完后,对坡口面及附近50mm范围内进行修磨,清除割渣及氧化皮等杂物,同时,对全熔透焊和部分熔透焊的坡口,在其过渡处应修磨出过渡段,使其平滑衔接。全熔透焊缝坡口角度如下图(左),半熔透焊缝坡口角度如下图(右)。
3.7.5 焊接质量等级要求
钢结构焊接应符合《建筑钢结构焊接规程》(JGJ81-2002)的要求,焊接参数通过焊接工艺试验确定。
本工程焊接质量检验分
焊缝:焊接H型钢的翼缘板对接焊缝;框架梁的翼缘板及柱子的连接焊缝;
二级焊缝:除了按焊缝质量检验的所有对接焊缝;H型钢腹板与翼缘的T形连接熔透焊缝;
焊缝:除了上述一、二级焊缝质量检验外的其他焊缝。
3.7.6 焊缝外观质量规定
①焊缝不得存在未焊透、根部收缩、咬边和接头不良等缺陷,和二级焊缝不得存在表面气体、夹渣、裂纹和电弧擦伤等缺陷;
②焊缝的外观质量应符合下表有关规定
二级、焊缝外观质量标准(注:t为连接处较薄的板厚)
项目
允许偏差
缺陷类型
二级
未焊满
≤0.2+0.02t且≤1.0
≤0.2+0.04t且≤2
每100焊缝内缺陷总长≤25
根部内凹
≤0.2+0.02t且≤1.0
≤0.2+0.04t且≤2
长度不限
咬边
≤0.05t且≤0.5连续长度≤100,且焊缝两侧咬边总长≤10%焊缝全长
≤0.1t且≤1长度不限
弧坑裂纹
——
允许存在个别长度≤5的弧坑裂纹
电弧擦伤
——
允许存在个别电弧擦伤
接头不良
缺口深度0.05t且≤0.5
缺口深度0.1t且≤1
每1000焊缝不应超过1处
表面夹渣
——
深≤0.2t长≤0.5t且≤20
表面气孔
——
每50焊缝长度内也许直径≤0.4t,且≤3.0的气孔2个,孔距应≥6倍孔径
3.8 矫正
①BH梁焊接后容易产生挠曲变形、翼缘板与腹板不垂直、薄板焊接还会产生波浪形等焊接变形,因此一般采用机械矫正及火焰加热矫正的方法矫正。
②机械矫正
矫正前,应清扫构件上的一切杂物,与压辊接触的焊缝焊点修磨平整。
使用机械矫正注意事项:构件的规格应在矫正机的矫正范围之内,即:翼缘板大厚度≤50mm;翼缘板宽度=180~800mm;腹板厚度≤50mm;腹板高度>350mm以上;工件材质:Q235(Q345时被矫正板厚为Q235的70%)
工件厚度与宽度须符合下表的对应关系:
翼板大厚度(mm)
10~15
15~25
25~30
30~35
35~40
40~50
翼板宽度(mm)
150~800
200~800
300~800
350~800
400~800
500~800
当翼缘板厚度超过30mm时,一般要求往返几次矫正(每次矫正量1~2mm)。
机械矫正时,还可以采用压力机根据构件实际变形情况直接矫正。
③火焰矫正注意事项:a、根据构件的变形情况,确定加热的位置及加热顺序;b、加热温度好控制在600~650℃。
3.9二次下料
目的:确定构件基本尺寸及构件截面的垂直度,作为制孔、装焊其他零件的基准。
当BH梁截面小于750mm*520mm时,可采用锯切下料,当BH截面大于750mm*520mm时,可采用铣端来确定构件长度。注意:二次下料时根据工艺要求加焊接收缩余量。3.10 制孔
应严格控制孔的相对位置和大小,尤其是高强度螺栓配孔。一般应用钻模定位,打孔要用摇臂钻,钻头应当符合规定。
气割制孔应先打中心孔,并在圆周上打四个冲眼,作检查用。由样规控制切割。
①螺栓孔应使用钻床进行加工
②孔周围的毛刺、卷边等,应用打磨机予以清除
③孔径应符合以下标准
项目
允许偏差
直径
±1.0
圆度
2.0
垂直度
0.3t且不大于2.0
同一组内任意孔间距离
±1.0 ±1.5
相邻两组的端孔的间距
±1.5 ±2.0 ±2.5 ±3.0
④钻孔要求
连接板上的孔均采用数控平面钻床钻孔。
钢柱本体上的孔待焊接,矫正合格,两端部铣平后才能钻孔。
柱、梁均采用摇臂钻床钻孔。
钢柱截面及重要部位受设备限制时,采用模板钻孔,定位豁口需机加工成型。
钻孔时钢柱上、下端端铣平面为基准进行画线,画线时用划针画出两端腹板的几何中心线及排孔心中心线,然后选择正确的钻模板,对准中心线固定钻模板进行钻孔。
3.11 校正
对于焊接变形,通常可以用冷压校正,利用卡栏和千斤顶进行机械校正。
对于较大的变形或扭曲可用热变形处理,加工温度和时间应按操作规程进行。
3.12 打磨
坡口切割面应当进行砂轮打磨,去除焊渣和硬化层。
H型钢制作完成后,应当整体清除焊接的焊渣、焊疤和飞溅等残留物。
H型钢的翼缘宽、腹板薄、规格多、使用灵活,用于各种桁架结构中可节约金属15%~20%。由于其翼缘内外侧平行,缘端呈直角,便于拼装组合成各种构件,从而可节约焊接、铆接工作量25%左右,能加快工程的建设速度,缩短工期。
H型钢应用广泛,主要用于:各种民用和工业建筑结构;各种大跨度的工业厂房和现代化高层建筑,尤其是地震活动频繁地区和高温工作条件下的工业厂房;要求承载能力大、截面稳定性好、跨度大的大型桥梁;重型设备;高速公路;舰船骨架;矿山支护;地基处理和堤坝工程;各种机器构件。