箱形結構梁具有較好的強度和剛度，穩(wěn)定性較好，受力均勻，承載能力優(yōu)于其它結構，并且箱型結構便于布置各種大型設備。箱形結構柱則具有強度高、重量輕、材質均勻、塑性韌性好、安裝方便等優(yōu)點被廣泛應用于石化建設中。2011年上海石油化工股份有限公司煉油改造工程中350萬噸/年重油催化裂化裝置的反再框架中用于支撐反應器的框架均是采用箱型鋼結構。
1 箱型鋼制作工藝流程
見流程圖
2 下料余量控制
每一塊腹板和翼板上都有兩條長焊縫，焊縫的設計有時是角焊縫，有時是對接和角接的組合的T型焊縫，通常采用埋弧焊進行焊接，焊縫收縮量比較大。在長度方向上，其焊縫收縮補償值按照每米加長0.5mm計算，下料時充分考慮在內(nèi)。
原則上箱形構件的翼板、腹板不拼接，但尺寸超長或不得已，設計也允許采用拼接。凡長度要拼接的翼、腹板料，必須先拼接并經(jīng)無損探傷合格后才能計量長度、下料，所有拼接焊縫為一級焊縫。矯平拼縫，方可劃線、下料。腹板和翼板考慮到以后的加工余量、內(nèi)襯板的焊接收縮余量，連同長焊縫每米0.5mm的收縮量在內(nèi)，在總體長度上需要考慮50mm的余量。
箱型鋼的腹板和翼板共計四塊外板中，翼板根據(jù)經(jīng)驗在寬度方向上加2mm的余量。腹板在寬度方向上的余量，1塊不予考慮，另一塊按照減少2mm來考慮。箱體內(nèi)的隔板在機加工后，長度和寬度方向上都應該有2mm余量。
3 板條的切割和矯正
板條下料應該使用高精度門式多嘴頭氣割機進行切割，氣割縫的寬度要根據(jù)切割板的厚度正確加放補償量。板厚小于等于32mm時，補償值為2mm；板厚大于32mm時，補償值為3mm。所以在排版時，應充分考慮切割損耗。
焊縫坡口宜采用半自動氣割機兩邊對稱、同時切割，有條件的可以采用機加工刨邊（坡口質量將影響焊接質量）。箱型鋼結構在梁柱、梁梁連接的節(jié)點處焊接要求比起無連接處較高，其焊縫坡口型式也有所不同，所以氣割坡口時要保證兩種坡口光滑過渡。所有零件切割后必須先矯正，檢查并調平、調直所有板料的平面度、直線度后才能用于裝配。矯正方法可以采用火焰矯正和機械冷壓方法，但是要以機械冷壓方法為主。若采用火焰矯正法，則加熱溫度不得超過900℃。

4 內(nèi)隔板與墊板、襯板組對
4.1 為了精確控制幾何尺寸，按照隔板與墊板、襯板組對后的外形尺寸，制作矩形的靠模，靠模兩直角邊為固定側，點焊在鋼平臺上固定，另外兩直角邊為活動側，根據(jù)隔板尺寸的不同，可調節(jié)活動側，裝配應在靠模上進行。
4.2 將隔板放置在已調整好尺寸的靠模中間，四周按圖紙尺寸留出墊板、襯板的距離。
4.3 將墊板和襯板各分別放在隔板上面，注意將平直面、即加工面朝外側，緊貼靠模的邊緣，板間應貼緊、平整，間隙小于0.5mm，點焊固定。
4.4 翻轉180°，重復上述工序，完成組對。取出點焊固定好的隔板組，檢查尺寸及四角是否垂直，合格后，方可批量生產(chǎn)。并經(jīng)常抽查靠模及隔板組尺寸，以防走形。
 
 
內(nèi)隔板與墊板、襯板組裝胎具   箱型構件組裝胎具
 
5 U型結構組裝

  
6 焊接
6.1隔板與腹板、下翼板焊接
1)      檢查組對好的箱型柱的外形尺寸，主要有隔板的位置尺寸，箱型柱側面的對角線的尺寸，等尺寸合格后方可進行下道工序。（停止檢查點）
2)       將U形結構翻轉90°，用CO2氣體保護焊焊接隔板與腹板間的連接焊縫，翻轉90°，焊接下翼板上所有焊縫（包括襯條焊縫）。再翻轉90°，焊接另一側腹板上的所有焊縫，每一側都先焊中間隔板，再分別往兩端對稱焊接，確認無漏焊部位（翻轉的目的是使所有的焊接都處于平焊位置，利于保證焊接質量。
3)       焊后清除焊道處及箱體內(nèi)所有雜物，按圖紙要求進行焊縫檢測，合格后方可進行下一道工序。

 
6.2 隔板與上翼板組對焊接
1)      在最后一塊翼緣板封蓋之前箱型柱內(nèi)部要進行內(nèi)部防腐，首先進行機械除銹，等級達到St3級，然后再進行油漆防腐，完成后要讓監(jiān)理進行檢查，合格后方可封蓋。（停止檢查點）
2)      在組立機上，以端板一端為基準，將上翼板吊至U形結構上，并從基準端開始，向另一端均勻點固上翼板與兩腹板的連接縫。特別在隔板處，更應壓緊上翼板后再點固。防止縫隙過大，影響焊接質量。點固點應在坡口內(nèi)進行，點固焊縫長50mm，點固焊縫時電流應稍大，保證熔透。
3)      在先前腹板三邊焊接完成后的，焊工爬進去進行另一邊的焊接，焊接要注意通風，要完成一塊隔板后出來再進行另外隔板的焊接。焊接之前要讓HSE經(jīng)理開好作業(yè)票以后方可進入焊接，其它人員未經(jīng)允許不得進入，焊接時要有專門人員進行看護，以免有特殊情況發(fā)生，焊接過程中安全措施要到位。
4)      焊后去除藥皮，切勿傷及母材，然后打磨平整。隔板焊縫進行UT檢查合格后方可進行下道工序。（停止檢查點）

箱體隔板的組裝定位
6.3 主焊道焊接
1)      焊接四條縱向主角焊縫，首先采用二氧化碳氣體保護焊進行打底焊接，然后采用埋弧自動焊。焊接前，在焊道兩端設置引弧板。焊接時，焊機應一層焊縫一層焊縫的焊接，水平位置焊接，焊接從一端開始，同時、同向、同規(guī)范施焊，并不得中斷焊接，直至另一端。
2)      焊接前先預熱，預熱按照相關工藝執(zhí)行，預熱后先用氣保焊對其中一條主焊縫進行打底焊接，焊完后要注意保溫。每焊完一段焊縫就用石棉墊蓋住，以保證其溫度緩慢降低。用測溫儀來觀察其溫度變化，焊后進行后熱，后熱溫度見相關工藝執(zhí)行。
3)      在一條主焊縫保溫的同時，可以在進行另一條焊縫的焊接，以保證兩條焊縫能交替進行焊接。每焊一遍的同時都要執(zhí)行上步驟的要求。如果當天的主焊道沒有焊接完，第二天重新焊接前，要重新進行預熱。每焊完一遍焊道之后都要執(zhí)行步驟3的要求。
4)      在同一平面內(nèi)的兩條焊縫焊完以后要進行熱處理，熱處理見相關工藝卡。焊完同一面的焊縫后，移至錨鏈翻轉機，翻轉180°，同上法，從一端開始，同時、同向、同規(guī)范焊接另兩條主角焊縫，若做不到則所有焊道要一層一層輪流交替焊接。焊完進行UT檢驗，在整個箱型柱完成檢驗后再進行下道工序焊接。

6.4 箱型柱柱底和柱頂十字隔板的焊接
 
注：箱型鋼隔板開600的圓孔。
1)      2和3板組成十字板先焊接好（熔透），然后推進去箱型柱中，由人分別從四個小方洞中爬進去進行焊接，如右上方的樣式，并且在1隔板上分別開150mm的圓孔，以保證通風。
2)      十字板與箱型柱及隔板接觸的面都是單面坡口熔透焊接，在焊接的過程中要加襯板。如右圖，四個孔洞中的焊縫由人分別爬進去焊接。
3)      等步驟3完成后，再進行四塊小隔板4的焊接，四塊小隔板4，在4的位置處，分別按照圖紙的尺寸事先在柱壁及隔板的上焊接好襯板，然后再把小隔板分別推進去進行焊接，小隔板四面開單面坡口，焊接完成后進行UT檢驗。
4)      最后，柱底板與柱子底部進行焊接，柱底與柱子采用加襯板的單面熔透焊接，焊接完成后進行UT檢測。
5)      十字隔板與柱底接觸的地方采用電渣焊，在需要電渣焊相對應的腹板和翼板上分別開20mm的圓孔，以方便電渣焊用，焊接完成后進行表面處理，打磨平整。

7 裝配變形控制與矯正
裝配變形控制主要從以下五方面來考慮。
7.1 橫隔板：對于鋼箱結構來說，橫隔板尺寸精確度控制是非常必要的，橫隔板尺寸精確度是保證箱型梁組裝質量的關鍵，隔板的垂直度直接影響組裝箱型梁的扭曲度。隔板制作完成后需要測量整體尺寸，要求長度、寬度尺寸、直角精度均不超過2 mm，兩對角線絕對誤差要小于3 mm。為防止隔板制作完成后翻轉、發(fā)運過程中變形，需要對隔板增加內(nèi)工藝撐，在隔板制作成形施焊前安裝到位。
7.2 裝配橫隔板：裝焊完加強筋的底板首先要與胎架固定，然后利用直角靠模裝配橫隔板，保證全部內(nèi)隔板的邊緣在同一條直線上，用線錘吊、直角尺測量調整各檔隔板垂直度，橫隔板對稱點焊定位在底板上（點焊長度不小于50 mm），并安裝角鋼加固，防止傾覆。安裝橫隔板完畢后安裝外工藝撐，其支撐高度需大于隔板高度的一半，防止隔板在焊接過程中發(fā)生焊接變形。
7.3 鋼箱結構三面成型：橫隔板裝配完畢后裝配兩側腹板，要求兩側腹板垂直于底板，不允許迎合橫隔板尺寸偏差緊貼橫隔板而導致腹板平直度的裝配偏差。允許腹板與橫隔板焊縫根部留有一定的裝配間隙。底板與腹板的定位焊要求在鋼箱內(nèi)側進行，以保證外側角焊縫的成形質量。
7.4 鋼箱結構四面成型：安裝上蓋板時，在鋼箱內(nèi)側點焊定位。對四面成形的裝配質量進行檢驗至關重要，對鋼箱直線度、拱度、腹板中心距、同截面高進行檢驗。
8 焊接變形的矯正
可以通過機械和火焰加熱的方法來矯正因焊接而造成的變形。
接卸矯正。一般在油壓機上，對彎曲變形的上拱部分進行下壓，使收縮部分伸長，從而使變形得到矯正。
首先對箱型鋼構進行整體檢查，在有平面水平度的地方劃線，在變形（表現(xiàn)為凸起或鼓包）的鋼板表面加熱，使鋼板局部受熱，并在厚度方向上產(chǎn)生溫差，使加熱的一面由于溫度高殘余塑變量大，反面溫度低塑變量小，以達到“拉平”鋼板的目的。因此在加熱區(qū)域（焊接熱影響區(qū)）根據(jù)板厚選擇適當?shù)臏囟群退俣燃訜幔⒁笤跍囟葦U散至反面之前迅速冷卻。對加熱范圍內(nèi)的凸起處，不得用鐵鋃頭直接敲擊。
整體彎扭變形：對于梁截面扭曲變形矯正關鍵是確定扭轉角為零的截面，然后在遠離截面的兩側以中心對稱加熱進一步向零度遞減。
火工矯正完以后應復查鋼箱的直線度、平面度；檢查鋼箱端口的開檔尺寸，以及端部腹板與翼板的垂直度。
9 端面加工
以箱形鋼有端板的一端為基準，按照圖紙尺寸進行端面銑削，保證端面四周的銑削寬度一致，端面與箱形鋼的四面垂直。以銑好的一端為基準，測量長度方向應去除的余量，并畫線。銑削另一端，將余量全部銑去（如余量較大，可先用氣割切去多余部分，留5mm銑削余量）。兩銑削面應保證平行，與柱面垂直。如圖紙要求端部開坡口，則端部銑平后再銑削坡口。銑削后，應將四周的銑削毛刺除去。
10 安全保障措施
嚴格履行作業(yè)前的技術和安全交底工作，向作業(yè)人員進行作業(yè)程序和安全措施交底，對現(xiàn)場監(jiān)護人和作業(yè)人員進行必要安全教育，內(nèi)容應包括所從事作業(yè)的安全知識、緊急情況下的處理和救護方法等，必要時可提出由安全管理部門人員進行上述安全教育。安全管理部門、車間安全負責人、監(jiān)護人、相關專業(yè)技術人員（必要時），對需進入作業(yè)的設備、容器、設施進行現(xiàn)場檢查，對受限空間作業(yè)的過程實施監(jiān)督。
進入受限空間作業(yè)人員，應將《進入受限空間作業(yè)許可證》交付監(jiān)護人，并在“進出受限空間人員登記表”上登記入出時間，以便監(jiān)護人核實掌握作業(yè)人員進出情況；
進入受限空間作業(yè)使用電動設備、電動工具、照明均為安全電壓型。進入金屬容器和特別潮濕、工作場地狹窄的非金屬容器內(nèi)作業(yè)照明電壓不大于12V；當特殊情況下，需使用電動工具電壓大于12V時，應按規(guī)定安裝漏電保護器，其接線箱（板）嚴禁帶入容器內(nèi)使用；
為保證受限空間內(nèi)空氣流通和人員呼吸需要，可采用自然通風，必要時采取強制通風方法，但嚴禁向內(nèi)充氧氣。進入受限空間人的作業(yè)人員每次工作時間不宜過長，應視情況安排輪換作業(yè)或休息；
進入受限空間作業(yè)各類安全措施條件具備但在作業(yè)期間發(fā)生異常變化，應立即停止作業(yè)，待處理并達到安全作業(yè)條件后，方可再進入受限空間作業(yè)。
進入受限空間的作業(yè)人員，出現(xiàn)中毒、窒息的緊急情況，搶救人員應佩戴隔離式防護面具進入受限空間內(nèi)，并至少有一個人在外部做聯(lián)絡工作.
11 結束語
由于箱型鋼結構具有較復雜的結構形式，組成箱型鋼的各種板材厚度較大，焊接量較大。由于局部結構采用電渣焊，熱量集中易發(fā)生焊接變形。故箱型鋼制作的整過過程都要做到科學、嚴謹、精細。在制作和現(xiàn)場拼裝過程中一定要嚴格把好各道工序的質量關，并在實踐中不斷的探索更合理的各工序的加工余量。希望本文能夠對箱型鋼的生產(chǎn)起到借鑒之用。
 
參考文獻
 
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[2] 《鋼結構工程實施手冊》 2002 第1版
[3] 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》 GB50205-2001
[4] 《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》 JGJ81-2002
[5] 《應用科技》 鋼結構箱型柱制作 劉迪 2008