摘要：H型钢梯形屋架使用日趋广泛，其制作的关键就是H型钢的制作和焊后的矫正，通过经验分析总结出有关H型钢制作和矫正的方法，将制作完成的H型钢进行拼装组成梯形屋架，在充分发挥了H型钢优点的同时又兼顾了梯形屋架良好的力学性能。使其成为新的潮流和发展趋势。
关键词：H型钢制作 拼装 焊接变形 矫正 H型钢梯形屋架
0 引言
相较于普通的工字钢，H型钢截面模数较大，抗压、抗弯及抗扭的力学性能较好；截面设计更加科学合理，如果承受的载荷相同，可节省10%～15%的金属。H型钢易于钢结构的连接，能够使质量及效率提升；能使金属结构重量减少约10%～40%，也能制成不太高且跨度较大的构建，易于工厂化生产，很大程度上减少了建筑期。而相较于当前采用的钢筋混凝土，首先，其施工占地和用水都不多，噪音不大，有少量的粉尘；其次，其自重和施工取土量较小，不会对土地造成较大的破坏；再次，降低了砖瓦及混凝土和的使用量，不用过多的采土挖石，不会对环境带来破坏；最后，建筑寿命到期后，拆除结构时的固体垃圾不多，且废钢资源也有较高的回收价值。由此可见H型钢的应用前景将会相当广泛。而H型钢梯形屋架实质上就是由制作好的H型钢拼装而成的，完全的继承了H型钢的优点，并且有了更好的应用和发展。哈尔滨至大连铁路客运专线—沈阳动车运用所检修库屋架主要采用的就是H型钢梯形屋架。H型钢梯形屋架是继角钢梯形屋架后，新的潮流和发展趋势，这种钢屋架的优点造价低廉，力学性能好，安装方便，外形美观，同时也节约了大量钢材。下面将本公司制作H型钢梯形屋架的过程做简单介绍。
1 H型钢的制作
H型钢梯形屋架主要是由不同规格的H型钢拼装而成，因此在制作梯形屋架之前要制作好所需的H型钢。
1.1 焊接前的准备
技术人员要严格审图，全面领会设计者的意图，绘制详图，对每道工序卡片和制作工艺进行编制，建立健全质量保证体系等。
1.2 材料的检查与处理
严格检查进场的钢材，必须采用合格的钢材。因为运输过程中钢材会弯曲变形，在制作H型钢时就会有应力产生，需要用大锤锤击使应力消除调直钢材。
1.3 下料
气割时，自动气割割缝和手工气割割缝的宽度分别为3mm、4mm。所以下料时需预留切割量。
1.4 焊接制作
①梯形屋架的上、下弦采用埋弧焊焊接。为获得较好的焊缝成形及力学性能，减小因焊接不当引起的得变形，采用正式产品同材质钢板进行施焊，对H型钢的埋弧焊焊接工艺和焊接顺序进行调整，以求得到最佳的焊接工艺参数和焊接质量，调整后的焊接工艺参数和焊接顺序分别见表1和图1。
②梯形屋架的腹杆由于尺寸不一，规格不同，长度较小，无法采用埋弧焊进行制作，故采用CO2气体保护焊进行施焊。由于CO2气体保护焊的熔深较小，需要多层施焊。施焊时中间不得间断，每层焊道完后必须及时进行清根处理，保证前一道焊缝清洁后再焊下一道。其焊接工艺参数见表2。
表2 H型钢CO2气体保护焊焊接工艺参数
2 H型钢梯形屋架拼装
2.1 放样
拼装平台及放样平台是同一平台，利用水平仪对平台表面测平。钢屋架的放样应根据实际尺寸进行，放羊比例为1：1。用粉线包弹出直线做画基准线，且基准线要比屋架长约2m。再在基准线的1/2处用粉线和盘尺做出基准垂线。从中心点向左右分别推出屋架全长，按照已得出屋架几何线，确定所有几何汇交点的位置分别连线，构成完整的屋架几何受力线。以此画出屋架的上弦、下弦、腹杆的轮廓，轮廓之间留有相应的焊缝位置宽度，一般约1～2mm即可。再按图纸规定画出所有节点板的尺寸和基本形状。
2.2 点焊胎具
通过约L50×5的角钢头直角的特点，在屋架所有杆件轮廓上均分布点焊牢固。这是屋架几何尺寸的重要依据，所以轮廓线要点正确。
2.3 固定
将所有节点板、上下弦及腹杆分别就位，用楔子将它们固定，使其不能移位。将节点板与上下弦杆件紧贴，而后点焊牢固。再将所有的腹杆用相同的方法焊牢。需要注意的是H型钢构件的轮廓边线必须与地样完全重合，从而保证几何受力线汇交一点。最后将屋架加固点焊一遍。
2.4 总装
打开节点板上的临时焊点，将屋架翻转，吊至相邻平台，垫平后在腹杆上点焊上加筋板。将突出的临时焊点清理干净，不能有超过1mm的不平度。把上下弦杆件放在相应位置上摆正对齐，利用自制大扳子、夹具和大锤等将其夹紧、打齐，点焊牢固。所有杆件与节点板点焊完毕后，将底座板及加强肋板点焊上。至此屋架完整的拼装完毕。
2.5 焊接
要保证焊缝角高和余高。对个别采用立焊不理想的部位可用吊车将屋架立起或翻转使立角焊变为平角焊。对于焊缝尺寸较大的，为防止焊接变形可以采用多遍焊的方法，即先将A面焊一遍底，而后翻转将B面焊接完毕，最后再翻转将A面焊接完成。在焊接完毕冷却后我们将得到一个长度准确，几何汇交点精确的屋架。
2.6 清理
焊接完毕后，要及时清理熔渣及飞溅物，进行外观检查，整榀H型钢梯形屋架表面应平整，整洁。焊缝处不得有裂纹、夹渣、焊瘤、气孔、弧坑、未焊透等焊接缺陷，对接焊缝按设计要求进行X射线检验或超声波检验。检查符合国家相关要求标准后，方可投入使用。
3 制作与施工应注意的具体细节
3.1 上弦对接处的焊接工艺要求
上弦对接处的焊接质量将直接影响到整个屋架的品质好坏，因此此处应特别注意。
如图2所示，为了错开复杂的焊缝集中避免应力集中于一处，制作时应将此处翼缘板做成一个整体，长度应大于800mm，根据焊接安全技术要求，上下翼缘板焊接时焊缝位置应错开200mm以上。为保证CO2保护焊熔透上弦腹板达到焊接质量要求，在腹板对接时必须开双面破口，如图2所示，角度为60°，钝边为2mm，焊透。
3.2 腹杆的制作要求
为达到良好受力要求，腹杆制作时应如图4所示，腹杆腹板要直接延伸到上下弦腹板，接头形式如图5所示，应根据实际尺寸进行修整，双面施焊，所有焊缝一律焊满。
3.3 下弦对接焊接工艺要求
下弦腹板对接时开单面破口间距为1mm，双面施焊并焊透，翼缘板对接如上图所示，开双面45°破口，间距2mm焊透，上下两翼缘板焊缝距离应大于200mm，均为双面施焊，焊缝冷却后用角磨机打平。连接板焊接时，应首先焊接系杆连接板，待焊缝冷却至常温再焊接水平支撑连接板，所有焊脚高度均为6mm以上。
4 焊接变形矫正
4.1 影响焊接变形的主要因素
影响焊接变形的主要因素有焊接设备、焊接工艺、焊接人员操作水平以及装配质量等。
4.2 焊接变形分析
H型钢在焊接中会产生变形，其主要形式有：直线变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形等。焊接变形较大的焊缝是上下翼缘板与腹板的连接焊缝，断面尺寸较大，焊接热输入量大，上下翼缘会产生较大的变形，并引起较大的纵向收缩，极易使焊接H型钢在长度方向上产生变形。
4.3 对焊接变形采取的措施
①采用埋弧自动焊焊接。更换计量不准的电流表、电压表等。
②采取上下翼缘板与腹板不留间隙的紧密抵紧法组焊工艺。
③确定最佳的焊接工艺参数。为获得最佳焊接工艺参数，减小因焊接参数不合理引起的焊接变形，焊前应进行焊接模拟工艺试验。通过对各种数据记录分析筛选、优化、整理，得出一组最佳焊接工艺参数，提高焊接质量并减少焊接变形量。
④选择合理的焊接顺序及焊接位置。制作埋弧焊接胎具，使其焊缝始终处于水平状态；并采取分层、多次间隔焊接，以使每次输入的焊接热量减小，减少焊接变形量。
⑤焊接操作方面。为提高全员产品质量意识和操作技能水平，组织焊工学习产品质量法，对施工作业人员进行工艺方案交底，严肃焊剂纪律。
4.4 具体焊接变形解决方法
①直线变形：型钢焊后的纵向收缩量是不可避免的，因此直线变形也不可避免。可通过号料时预留焊接收缩量来解决。
②弯曲变形：弯曲变形方向和大小主要是受H型钢的四条角焊缝的焊接顺序和工艺参数影响。为保证焊缝的焊接质量，可采用“船型焊”以及工件的“翻转法”和合理焊接顺序来减少弯曲变形。产生弯曲变形的H型钢，可在凸起一侧用“三角形加热法”矫正，加热温度在600～700℃，三角形夹角在30°左右。
③角变形：角变形的产生是由于焊接时在翼缘板厚度方向分布不均引起的。预防角变形的最好方法是反变形法。焊后发生角变形时，可采用火焰在贴角焊缝外侧用“线加热法”矫正，加热宽度为板厚的2～3倍，温度在500～600℃。
④扭曲变形：型钢在焊接时由于工件装配质量不好以及焊接顺序和焊接方向不合理，构件焊后易出现扭曲变形，因此在焊接时，应采取刚性固定并严格控制焊接顺序和焊接方向。一般先焊有较大收缩变形的焊缝，后焊收缩变形较小的焊缝，并且尽可能减少焊接时的拘束。挠曲变形可采用三角形火焰加热进行矫正。
5 结论
H型钢构件制作完成后进行第一次矫正，矫正后进行拼装，拼装完后进行第二次矫正即整体矫正。通过采用优化后的焊接工艺参数及合理的制作流程，顺利的完成了58榀H型钢梯形屋架的制作任务并且一次成型，经过对58榀H型钢梯形屋架的质量进行检查，焊接变形量完全处于工艺规定范围之内，符合设计要求。制作成型后的H型钢梯形屋架如下图所示。
参考文献：
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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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