箱型柱内隔板的结构方案与工艺

箱型柱内隔板的结构方案与工艺

箱型柱内隔板的结构方案与工艺

箱型柱的内隔板通常有牛腿相连内隔板和工艺隔板，牛腿内隔板是由结构设计确定的箱型柱内隔板的结构方案与工艺，具有加强柱体强度和刚度，传递牛腿承载后的力到柱体的作用。而工艺隔板是由制作单位技术人员在进行详图设计或工艺设计时，为抵抗和减小在箱型柱制作过程中的变形，而附加的内隔板。对于由于设计图确定的结构和连接要求在常规工艺条件下会失稳变形的箱形柱，应在审图时向有关方面及时提出，要增加结构内隔板，使增加箱柱截面刚性。否则在做详图中加入，设计可能不予以承认增加的重量。在详图中没有，只是工人为了方便自行增加的工艺隔板，是不能被计入决算的。

本文所指的内隔板只是指牛腿内隔板。

内隔板的四边在箱体内的焊接一般有四种情况。第一种是三面用电弧焊，一面（盖板的一面）用电渣焊；第二种是二面用电弧焊，二面用电渣焊；

第三种是四面都用电渣焊；第四种是三面用电弧焊，一面（盖板的一面）采用在盖板上开塞焊孔进行电弧焊塞焊。以上四种情况各有它的优缺点，它应分别用于不同的箱柱结构。通常在结构设计图纸的节点要求中都有指定的焊接方式要求。但在指导图中没有指定时，才能由详图设计进行设计，来确定采用哪种方式，并经设计院认可。

第一种情况主要是用在制作厂对隔板的机械加工困难，箱柱加工能力和水平较差的，电渣焊操作技术力量较差的情况。也有用于箱体截面较小，对箱柱要求不高的场合。

第二种情况是规范所要求的方式，用于常规的箱形柱。第三种情况是用于截面较大的箱柱，机加能力较强，是电渣焊操作技术较好，劳动力相对较贵的场合。

第四种情况是用于箱柱板较薄，难以进行电渣焊，或没有电渣焊设备时采用。塞焊孔一般不采用通长孔，而是间断型。另外通常采用塞焊的一侧没有牛腿等受力零部件的连接。

本文主点介绍常规的即二面电弧焊，二边电渣焊的内隔板。这也是绝大多数钢结构制作厂所用的方案。

一．二条电弧焊焊缝

箱型柱内隔板的二条电弧焊焊缝，在十多年前的 JGJ99-98《民用高层钢结构建筑钢结构技术

规程》中就有全熔透焊要求，而设计图中有时还是一级焊缝要求。这是不合理的要求。特别在复杂的、柱外牛腿和支撑数量多的箱柱，使箱体内的内隔板数量多而密，全熔透焊缝的可行性更是问题。现实中虽然是都已通过监理的，但其实许多工厂都是没有达到。

这二条用电弧焊的焊缝是不宜用熔透焊要求，而应用等强要求，理由如下：

1。内隔板焊缝应该不属于“承受动载且需要进行疲劳验算的构件” 。

2。它也不属于“在不需要进行疲劳计算的构件中，凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透” ，

因为它是对接与角接组合焊缝，在规范中是对接焊缝与对接与角接组合焊缝是分别说明的两种焊缝。

3。内隔板与箱体的焊缝，虽其受力有部分是垂直于焊缝长度方向，但此时隔板与箱板是同一刚性体，外牛腿的翼板通过柱体再传到内隔板，应力已经衰减，已不是原来翼板传给箱柱的力了，所以不应该是等强焊缝。

•内隔板在U形箱体内如要进行全熔透焊，有两种方案：

方案一是反面加垫板的单坡口熔透焊， 这种方法施焊，箱板变形严重箱型梁内隔板，要多加工艺隔板和支撑,

增加较多成本。特别是内隔板间距小，箱体横截面尺寸较小的箱体的内隔板，操作可行性很差，根

单坡口衬板熔透焊

易产生未熔合示意图

)部熔合难以保证。见图1。

箱柱内内隔板只能是垂直放置，焊工在 U型槽内

焊接，人眼很难观察到坡口部，而且操作位置窄小，易造成根部未熔合。

方案二是采用开双面坡口的熔透焊。此方法由于在箱体内采用的只能是人工电弧焊，底层焊缝成形宽

度和熔深都是不可能一致的。所以要采用反面清根的方法来保证根部的熔透性， 但由于操作空间的

窄小，人眼难以看到根部的熔合情况，气刨操作难度极大，气刨气流在U型箱体内回转反向喷向操作者、气刨后的表面难以清理和气刨后的熔透性焊接作业区难以直接观察到。

•箱柱内的两条电弧焊焊缝要进行全熔透焊箱型梁内隔板，按方案一，因焊缝的单侧单体横截面大，横向收缩应力很大，将造成箱板纵向弯曲变形，按方案二，因为要清根气刨再焊接，失去了原钝边的支

持，焊缝在刚性箱柱体的拘束作用下横向收缩应力很大， 造成在临界屈曲状态下的残余应力与应变。

.在-2011《钢结构焊接规范》的条文说明中，已对焊缝计算厚度的应用有所说明：

“全焊透焊缝或部分焊透焊缝…都存在着焊缝计算厚度的问题，… 如果设计者应用表中折减

值对焊缝承载应力进行计算， 即可允许采用不加垫板的全焊透坡口形式， 反面不清根焊接，作为部

分焊透坡口焊缝使用。施工中可不使用碳弧气刨清根， 这对提高施工效率和保障施工安全等有很大

好处。”

在-2011《钢结构焊接规范》中，对承受静荷载的节点已有用部分熔透的 T接焊缝代

替全熔透焊的要求，见图2:

图2规范中用部分熔透焊缝代替全熔透的要求

•所以作为对原图纸要求全熔透一级焊缝的变更，可以向设计院提出在进行详图设计时，运用焊缝计算厚度的原则，把内隔板的两条电弧焊焊缝设计成与隔板等强的焊缝。 方案如下图3和图4。

图3等强双坡口焊缝（1） 图4等强双坡口焊缝（2）

在箱体内施焊条件不好时采用图 3方案，条件好时采用图4方案。当内隔之间的间距较小时，

背面不能进行焊接时可按图5方案进行，在隔板厚度小于10mm寸采用图6角焊缝方案。

图5单面坡口焊缝 图6双面角焊缝

由于目前的设计对上述观点并不了解， 所以最好是在谈合同时就把此事解决。 当设计院对上述

情况有疑义时，可以用以上述理由与其沟通，如设计院仍不同意可以与业主沟通与解释。 如全无效，

剩下的只有和监理进行耐心的解释与沟通了。所以在签订合同时，必须认真对箱柱结构了解， 如箱柱截面尺寸小，隔板间距小，内隔板要进行全熔透焊在工艺性上更是不可能的。当时就要向业主、甲方或设计院提出。

熔透焊与等强是完全不同的两个概念， 熔透焊缝不等于与母材等强焊缝。 只要有效焊缝厚度与

母材相同，部分熔透的T接焊缝与全熔透焊缝其焊缝承载能力在理论上是相同的，但实际上因为施

焊工艺性好箱型柱内隔板的结构方案与工艺，焊缝金属的主要性能要高于全熔透焊缝。而且从应力集中、焊接残余应力、变形方面也好于全熔透焊缝。但前提必须是焊缝质量等级相同。

规范中已有对部分熔透焊缝不低于二级焊缝的要求， 改变了过去只是外观为二级的要求。 所以

当设计提出要按二级焊缝要求时， 必须按二级焊缝对熔合的焊缝金属厚度进行无损检测。 在质量管

理不到位的单位，即使设计没有提出二级要求， 单位内部也要对焊缝的熔深进行无损检测，对强度

所要求的熔深进行控制。

二.两条电渣焊焊缝

在详图设计内隔板时， 首先要确定电渣焊的两条边是设计在箱柱的腹板侧， 还是在翼板侧。这

两种方案都有其特点，考虑的因素大致有以下内容：

当箱体横截面是矩形时，一般电渣焊边选在短边。因为电渣焊缝的成本相对要大些，

焊缝对母材的组织和性能的影响要大一些，对箱柱的残余应力也大。

当箱体横截面是矩形时，短边一般作翼板，长边作腹板，这样电渣焊边就在翼板上。

当箱体横截面是方形时， 在一般情况下，电渣焊边宜选在翼板侧，四条纵缝打底焊后，

进行电渣焊，焊后要把腹板坡口内的引、熄弧段用气刨剔除。最后焊完四条纵缝。

如箱板厚度相对较大时，电渣焊边可选在腹板上，先把箱体的纵缝先焊好，焊纵缝时 热输入要适当控制，防止腹板焊接变形（腹板中部向外凸起）后与电渣焊衬板的造成 间隙。然后在翼板上钻电渣焊孔。弓I、熄弧帽要略长，割除后有缩孔及杂质要刨净后 补焊。

箱型柱的电渣焊通常分熔嘴是电渣焊和丝极电渣焊。

在设计院进行箱柱设计时，有的已确定了内隔板的焊接是采用熔嘴电渣焊，还是丝极电渣焊。

有的没有明确要求。但不管如何，都要根据本公司内的设备来确定。如公司只有熔嘴电渣焊，就要 在设计图和详图设计时把此问题提出。

熔嘴电渣焊可焊隔板厚在 14-60mm ,丝极的单丝可焊隔板厚在 14-100mm （双丝或加摆动）。 但通过电渣焊接头的孔形设计，也可进行更薄的隔板电渣焊，但成本要相对要增加。

熔嘴电渣焊设备成本较低，维修简单成本低，但焊接成本较高。而丝极电渣焊则相反。

由于钢结构行业多数采用熔嘴电渣焊，本文只介绍熔嘴电渣焊工艺的内隔板。

熔嘴电渣焊接头的设计主要根据目前熔嘴电渣焊机用的熔嘴外径有C 8、10、12三种，按图纸

确定的主隔板的厚度，其衬板和焊缝截面的尺寸可参考图 7。在实际生产中还要应依据焊接工艺评

图8内隔板斜置时的电渣焊缝截面

图7熔嘴电渣焊接头参考图表 当内隔板与箱板斜置时，电渣焊缝

宜设置在斜面上，见图 &为避免焊缝 截面的锐角处难以熔透，把衬板的焊缝 面作特殊加工箱型梁内隔板，使焊道成五边形。

此类焊缝必须进行电渣焊的焊接 工艺评定，评定要以焊缝横截面锯断检 查焊缝金属是否熔透为主。在规范中没

电渣焊的内隔板的尺寸与形位要求的精度决定了箱形柱的截面精度和电渣焊缝的质量,

隔板的尺寸和形位要求的精度一定要严格控件制。

焊衬板与箱板的间隙控制在 1mm以内。

为此内

这样才能在正确的箱柱装配工艺条件下， 使电渣

技术要求：

衬板与主隔板按箱柱的电渣焊接头的工艺详 图设计。

衬板条和隔板按各自的详图要求分别地进行 下料和机加工。

内隔板组焊后，相邻边要相互垂直，垂直度 按边长

/2000

组装必须在定位焊胎架中进行，也可在专用 夹具进行，焊接后在胎架中检验。

) (

内隔板的装配要求

11

内隔隔板组装胎示意图

内隔板的长宽尺寸 W、L的确定要依据图纸中箱柱的名义尺寸， 并考虑到箱板厚度负公差， 要 考虑到内隔板装配的直线度公差。 内隔板的外廓尺寸和精度是箱形柱截面精度的关键与核心， 是确 保电渣焊质量的基础。工艺人员一定要精心设计，使即保证箱柱的装配与焊接要求， 又能满足制作

工艺性。

电渣焊衬板的材料牌号应与箱板、 主隔板相同，衬板的加工精度参照图 8 的要求。

衬板的长度尺寸按内隔板总成的 要求，但精度要高于总成装配尺寸精 度。加工方法原则上先用气割下料毛 坯，再进行机加工。也可用精密切割的 方法加工，然后进行打磨成所要的精 度。主隔板的加工也同衬板，但厚的板 还要制坡口，坡口加工可用半自动气 割。

图10衬板的精度要求

内隔板组立机或组装胎具的进行组装并定位焊， 组装示意图见图11。内隔板焊按

完毕，清理焊道内外的焊渣和飞溅，最后在平台上检查平面度，平面度按 1mm/1000