钢结构制作工艺.docx

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钢结构制作工艺

钢结构制作工艺

1.1钢结构制作工艺流程

1.2原材料及成品进场

1.3钢结构放样和下料

1.3.1.放样的目的

（1）设计图纸上难以表示或不可知的尺寸或近似尺寸以及三维结构尺寸，通过放样可以获得；

（2）通过放样，求得杆件的实长、板件的实际形状后，作为下料的依据；

（3）有些构件（如桁架、大梁）设计要求具有一定得拱度，制作前，应根据拱度要求，进行构件放样，了解构件上各部件在起拱后尺寸的变化，为下料尺寸确定和制定工艺的制定提供依据（如起拱梁的长度、腹板宽度变化拱形下料、桁架中斜杆长短变化）；

（4）通过放样，对设计图纸中的有关节点尺寸进行补充和完善；

（5）大型桁架制作、大型箱形桥梁的组装或总装以及大型框架构件的预装，在加工前需在二维平面上对构件中各组件的轴线尺寸或定位尺寸进行放大样，以作为组配基准。

1.3.2.建筑钢结构常用放样方法

（1）建筑钢结构常用的放样方法：

手工实尺放样，电脑放样。

（2）放样原理：

将结构定位尺寸、或空间三维尺寸转换为可操作的平面二维尺寸；

（3）步骤：

•熟悉图纸、仔细阅读技术要求和说明，并逐个核对图纸之间的尺寸和方向，特别注意各部件之间的连接点、连接方式和尺寸；•熟悉钢结构加工工艺、了解工艺流程和加工过程（如收缩余量、预置拱度等）•按比例在样台上或平整地面上弹出大样和节点，放样弹出的十字基准线，二线必须垂直；据此基准线再逐一划出其它各个点和线，并在节点旁注明尺寸，以备检验和复查。

1.3.3.构件展开

（1）展开原理：

一根圆弧线可以当成为很多短的直线线段近似连接而成；一个曲面可以当做由很多小的平面近似组合而成。

这便为展开的基本原理（微分处理）。

（2）展开的基本方法

平行线展开法：

用很多平行素线把曲面分成很多两线平行的四边形；

放射线展开法：

工件表面无数素线把工件表面分成无数个三角形，当三角形底边无限短时，三角形面积总和为构件表面积；

三角形展开法：

构件表面为不规则曲面或由曲面和平面组成，可以看成数个三角形所构成，通过计算三角形实长，将表面形状展开；

计算展开法。

1.3.4.构件下料

（1）下料划线

根据下料草图、展开图或样板（杆），在钢板、型钢上画出切割加工的轮廓线。

（2）下料划线方法：

石笔划线，弹粉线。

（3）下料前准备工作

•将钢料摊开、垫平，清除表面垃圾；•检查钢料是否平直，否则应矫正或矫平；•检查钢料的材料牌号、等级等材质要求与下料草图（或排版图）的材质要求相符；•核对材料规格；•检查材料表面质量是否存在超标缺陷，检查材料是否有分层缺陷；•检查材料边缘状态，确定是否应切边，以及切边的尺寸。

（4）下料要点

•下料应有计划，应进行事先排版，合理利用材料；•下料应充分考虑剪切和气割得方便，应尽可能将零件边线排在一条直线上，便于进行剪切和气割；•下料时应考虑切割方法要求的切割间隙要求，气体切割时应充分考虑厚度不同，切割缝隙的大小；•下料应根据工艺要求，预防加工余量和焊接收缩余量；

工厂焊接焊缝收缩余量表

焊缝横向收缩余量（mm）

接头形式

板厚（mm）

4-8

8-12

12-16

16-20

20-24

24-30

30-34

34-40

40-44

44-50

50-54

54-60

单面坡口角焊缝

0.8

0.7

0.6

0.4

—

—

—

—

—

—

—

—

带衬板单面坡口角焊缝

—

—

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

2.0

双面坡口角焊缝

—

—

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.2

—

—

—

—

单衬板单边V型坡口对接

1.4

1.6

2.0

2.4

2.8

3.0

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

焊缝纵向收缩（mm/m）

对接焊缝

0.2

贴角焊缝

0.3

坡口角焊缝

0.4

•因材料长度不足需拼接的部件，应先拼接接长，纠正变形后再进行下料；•形状规则、数量较多的零件可采用定位靠具下料；•有轧制方向要求的零件，下料时应根据要求下料，并标识轧制方向；•下料划线后，应对划线尺寸进行复核，原则上应换人校对；•下料划线后，应注明后续加工方法并进行标识，如气割、剪切、铣边等；•应在零件上标识材质（必要时用钢印）、尺寸、零件编号，以便跟踪和后续工序选用。

•根据实际来料，编制H型钢（工字梁）翼、腹板排料表，梁上、下翼板与腹板的对接焊缝相互错开200mm以上。

•H型钢（工字梁）需要进行二次切头，其长度方向预留50mm焊接、矫正、切割余量，腹板宽度预留2～4mm焊接收缩余量。

1.4钢材切割

1.4.1.钢结构常用切割方法

火焰切割（气割、等离子、激光、碳刨等）；

机械切割（剪切、锯割、铣、刨等）。

1.4.2.火焰切割时注意要点

•根据材料的特性（导热性能）和热敏感性（有色金属）选择合适的火焰切割方法。

如不锈钢应选择热量集中的火焰切割方法（等离子、激光）；•应根据材料厚度选择切割方法，薄板应选择热量集中的切割方法，降低切割变形；•应根据切割面质量要求选择相应的切割方法；•不同的火焰切割方法，切割缝隙大小不同，应考虑切割缝隙对零件尺寸的影响；•火焰切割是对钢材局部加热的过程，使割件发生变形，影响割件的尺寸精度，应尽可能使割件受热均匀，如：

对称切割、补偿加热等；•较长零件的切割可采用分段退割得方法进行切割或间断切割等方法，使零件变形最小；•切割时切割顺序应采取使割件处于不易变形的状态，如采取Z形曲线切割进入，钢板边料不易张开，零件变形受拘束，尺寸精度易保证；•对于厚钢板（40mm）和碳当量较高的钢板，切割时应进行预热（≥70℃），以避免割口淬硬而产生裂缝。

1.4.3.钢材切割允许偏差

1.4.4.火焰切割常见缺陷及产生原因

缺陷名称

产生原因

粗糙表面

切割氧气压力过高、割嘴选用不当、切割速度太快、预热火焰能率过大

切割面有缺口

切割中断重新起割衔接不良、预热火焰能率不足、切割导轨高低不平或变形

切割面内凹

切割氧气压力过高、切割速度过快

切割面倾斜

割嘴与板面不垂直、切割风线歪斜、割嘴型号小

上边缘熔化

预热火焰太强、切割速度太慢、割嘴离割件太近

上边缘珠链状

表面氧化皮、铁锈太厚、割嘴离割件太近、火焰太大

下缘粘渣

切割速度太快或太慢、割嘴不当、氧气压力低

后拖量大

切割速度太快、氧气压力不足

1.4.5.剪切注意要点

•剪切应充分考虑材料的延性，延性好的材料不易剪切，容易粘刀，造成设备损坏，如不锈钢不适合剪切；•不同的规范对材料的剪切厚度范围有不同规定；•承受疲劳荷载的零部件不应采取剪切下料切割；•剪切边缘因受挤压，造成材料的冷作硬化，对高强钢材料的剪切边缘应进行裂纹检查；

•剪切断面的垂直度和平整度一般不如火焰切割面，应充分考虑对装配尺寸的影响；•剪切机上下两刀刃间的间隙，对板材的断面和表面质量有较大影响：

间隙太小，使板料的剪断部位易损坏，同时造成机床损坏；间隙过大，使板料在剪切处产生变形，形成较大毛刺；•低碳钢和低合金钢材料剪切时，上下两刀刃间的间隙约为剪切材料厚度的2%～7%；•较长板件剪切时，刀片间隙在长度方向上是不同的，两端间隙大，中间间隙小。

1.4.6.钢材冷加工（折边、弯曲、冷压）注意要点

•冷加工会使钢材的内部组织产生变化，材料性能发生改变，加工部位材料强度提高5%～9%，延伸率降低20%～30%，脆性增加，成为冷作硬化现象；•材料在低温时，塑形降低，应避免在低温条件下进行冷加工，一般低碳钢冷加工环境温度不应低于-16℃，合金钢冷加工环境温度不应低于-12℃；•钢材加热到200～300℃时，塑形显著降低——蓝脆，在该温度范围，受到冷作加工而变形的钢材，无论是在受热状态或冷却到室温，材料均会变脆，钢材的冷加工应避开上述温度范围；•钢材加热到500℃以上时，随着温度升高，材料的极限强度和屈服强度大大降低，塑形提高，特别易于冷加工；•钢材在720（650℃）以上用水激冷，会出现淬火组织，性质变脆。

在720（650℃）以下用水激冷，能加速材料的收缩变形，但一般不会出现淬火组织——水工弯板原理；•厚板及碳当量较高的合金钢，如Q345、Q390及以上钢材，不得用水激冷，应在自然状态下冷却。

1.4.7.卷板加工工艺要点

•1卷板可根据卷制温度不同，分为冷卷（常温）、热卷（900℃以上）和温卷，是利用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程；•卷板时，板的两端因无法与上锟接触而不能进行弯曲的余留直边，约为两下锟距离的一半，应事先进行预弯；•对中，使工件的母线与锟筒的轴线平行，防止产生歪扭；•在卷板成型过程中，应逐渐进辊，不可一次进辊尺寸过大而造成卷管直径变化；应来回滚动直到规定要求，并用样板检验；

•为确保卷板质量，冷卷时塑形变形量限制在下列范围：

碳素钢应≤5%，高强低合金钢≤3%，否则应采用热卷。

1.4.8.边缘加工

焊接坡口采用半自动气割机开制。

边缘加工后，及时磨去气割边缘、加工棱角的波纹及刺屑。

坡口的度数必须控制在规定值的±5°范围内，对接坡口形式（图纸未标明的）如图。

型材接料：

型材接料最短料≥500mm，焊缝与开孔节点板位置错开≥200以上。

Y型钢采用翼缘斜接、腹板直接的形式。

槽钢及角钢接料焊缝形式见附图。

1.4.9.矫正和成型

1.4.10.制孔

连接板制孔采用平面数控钻床，吊车梁制孔采用三维数控钻床。

制成的孔应成正圆柱形，孔壁光滑，孔缘无损伤不平，刺屑清除干净。

当螺栓孔的间距及孔径偏差超过上述规定时，应用与母材材质相匹配的焊条补焊后重新制孔。

1.5构件组装工艺要点

（1）装配基准面、基准线的选择与确定，一般以重要连接端面、部件中心线、控制线、标高线等作为装配基准。

如柱的牛腿隔板位置线、柱的中心线、梁的上表面（标高线）等；

（2）装配其它部件时应基准面、基准线为基准，确保装配部件的连接相对于基准面或基准线的尺寸是准确的，其它非连接尺寸可以置于次要位置；

（3）主要控制尺寸的装配，应根据工艺要求，预置一定得焊接收缩余量，余量的预置应分别消化在各部件的尺寸中，不可累计放置在一端或某一尺寸内；

（4）装配的顺序应充分考虑焊接空间和施焊的便利，焊接视线有无、焊接位置是否合适、焊缝能够清根等，否则应分步装配；

（5）装配应确保部件接头的坡口角度、钝边量、装配间隙等符合工艺要求；

（6）需要拼接的部件，应在装配成构件之前进行拼接和校正，再进行部件组装，避免在装配后再进行焊接而造成构件变形或较大应力；

（7）由各组件总装而成的构件，应先装焊完成各组件并矫正后，再进行总装；使构件整体变形最小；

（8）构件的装配应避免采用较大外部拘束应力条件下进行。

构件组装的允许偏差

1.6H型钢加工工艺流程图

翼缘板拼接焊缝和腹板拼接焊缝的间距不应小于200mm。

翼缘板拼接长度不应小于2倍板宽；腹板拼接宽度不应小于300mm，长度不应小于600mm。

拼接焊接在组装前进行。

焊接H型钢组装在专用胎架上进行；组装高度必需满足反面点焊的要求。

焊接H型钢的允许偏差（mm）应符合下表。

项目

允许偏差

截面高度h

h<500mm时，为±2.0

500

h>1000时，为±4.0

截面宽度b

±3.0

腹板中心偏移

2.0mm

翼缘板垂直度Δ

b/100且不应大于3.0

弯曲矢高（受压构件除外）

L/1000且不应大于10.0

扭曲

H/250且不应大于5.0

腹板局部平面度f

T<14时，为3.0

T≥14时，为2.0

焊接H型钢组焊完毕，用翼缘矫正机或火焰进行校正。

不准有铁锈、毛刺及油污等。

1.7行车梁加工

1.7.1.工艺流程

1.7.2.吊车梁制作主要工艺

吊车梁腹板长度按图纸尺寸加长50mm作为焊接后的二次切头收缩余量。

腹板宽度按图纸尺寸加宽1mm作为焊接横向收缩量。

为了保证吊车梁的拱度，设计无特别要求的腹板圆弧予起拱8mm，设计有要求的按要求值加2~5mm预起拱。

凡详图规定端面需要刨平的零件，切割时应留3mm机加余量。

吊车梁翼腹板在跨中1/3的跨度范围内不宜接料。

上下翼缘及腹板的对接焊缝不能在同一截面上，相互错开200mm以上，且与筋板也错开200mm以上。

吊车梁翼缘板切割用多头切割机下料。

吊车梁腹板用数控切割机按起拱线下料。

其余板材零件可用半自动切割机下料。

吊车梁下翼缘板不得在其上面引弧打火或焊接夹具。

吊车梁腹板与翼板T形接头的焊接坡口，采用刨边机加工。

装配定位前，在焊缝坡口两侧50mm范围内的氧化物及铁锈用高速砂轮机除净。

吊车梁上翼板接料、探伤合格后校平、校直后利用三维数控钻床先钻与制动板连接的高强螺栓眼孔，可大为减少组装成整体梁构件钻孔的工作量。

提高高强螺栓的穿孔率。

采用数控三维钻床钻孔，上翼板在钻孔时，在两块制动板（每块板长约6m）接头处预留1.5mm焊接收缩余量。

吊车梁先焊下翼缘与腹板的主焊缝，再焊上翼缘与腹板主焊缝，其使用的组装焊接胎架、焊接顺序见下图：

工字梁组装胎膜图焊接胎架吊车梁焊接顺序图

吊车梁的主焊缝采用富氩混合气体保护焊打底，埋弧焊盖面，其它筋板采用富氩混合气体保护焊

1.8钢结构焊接

1.8.1.焊接常用方法

•手工焊条电弧焊——SMAW•钨极气体保护焊——GTAW•熔化极气体保护焊——GMAW•药芯焊丝气体保护焊——FCAW•埋弧焊——SAW•电渣焊——ESW•栓钉焊——SW

1.8.2.焊接接头形式

焊接接头形式主要有对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头4种。

1.8.3.常用焊接材料

（1）焊条的型号表示方法

（2）焊条型号的划分

（3）常用焊条材料的选用

1.8.4.定位焊工艺要求

（1）定位焊焊缝所采用焊接材料及焊接工艺要求应与正式焊缝的要求相同；

（2）定位焊缝距设计焊缝端10mm以上，定位焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧；

（3）当定位焊焊缝最后被埋弧焊缝重新熔合时，该定位焊焊缝在定位焊焊接时，）预热不是强制规定的；

（4）定位焊缝不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷。

定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣）等缺陷时，必须清除后重新焊接，如最后进行埋弧焊时，弧坑、气孔可不必清除；对于开裂的定位焊缝，必须先查明原因，然后再清除开裂焊缝，并在保证杆件尺寸正确的条件下补充定位焊；不熔入最终焊缝的定位焊缝必须清除，清除时不得使母材产生缺口或切槽；

（5）定位焊的焊脚尺寸不应大于焊缝设计尺寸的2/3，不宜小于4mm；

（6）定位焊缝间距及长度按下表规定执行：

1.8.5.焊接环境要求

（1）焊接作业区风速当手工电弧焊超过8m/s、气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊超过2m/s时，应设置防风棚或采取其它防风措施；制作车间内焊接作业区有穿堂风或鼓风机时，也应按以上规定设挡风装置；

（2）焊接作业区的相对湿度不得大于80%；

（3）当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿除潮措施；

（4）焊接作业区环境温度低于）0℃时，应将构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材，加热到2020℃以上后方可施焊，且在焊接过程中均不应低于这个温度。

1.8.6.变形的控制原则

•下料、装配时，根据制造工艺要求，予留焊接收缩余量，予置焊接反变形；

•装配前，矫正每一构件的变形，保证装配符合装配公差表的要求；•使用必要的装配和焊接胎架，工装夹具，工艺隔板及撑杆；•同一构件上焊接时，应尽可能采用热量分散，对称分布的方式施焊；•构件焊接时，从部件相互之间相对固定的位置朝向彼此间有更大的相对运动自由的那些位置；•先焊会有明显收缩的接头，后焊会有较小收缩的接头，应在尽可能小的拘束下焊接；•构件或组装构件的每一组件的工厂拼接，在该组件焊到其它构件以前完成。

1.8.7.焊接裂纹防止工艺措施

（1）优选钢材的供货厂家，钢材的采购和复验时，注意厚板碳当量Ceq、裂纹敏感性Pcm和Z向性能的控制；

（2）钢材到厂后及时有效地做好标记，使用过程中做好标记移植和跟踪，保证结构和构件所需的Z向性能钢板有效使用；

（3）对焊接工作量大的厚板接头区域母材，焊接前进行母材UT探伤检查，防止母材的裂纹、夹层及分层；

（4）厚板根据规范要求进行切割前预热，气割后进行切割断面的MT和VT检查；避免切割面由于淬硬而产生微裂纹。

（5）控制坡口的加工精度和组装间隙，防止过量填充焊接；

（6）采用低氢焊条和低氢的焊接方法，精选焊接材料，选择国内知名大型焊材生产商生产的焊丝和焊剂，挑选比-40℃更低的露点指标的CO2气体，控制焊条熔敷金属扩散氢含量≤5毫升/100克（水银法），降低焊缝中的氢含量，防止由焊缝中的氢源引发层状撕裂；

（7）严格控制焊接材料在储存、烘焙、发放、空气中暴露等条件，避免焊接材料受潮后，造成焊缝中氢含量增加，产生氢致冷裂纹；

（8）特厚板焊接时，优先采用大熔敷深熔、大电流、高效的焊接方法（GMAW和SAW），降低焊接变形，可降低层状撕裂和裂纹；

（9）采用合理的接头坡口，如J、U型坡口，降低母材的熔合比，减少厚板不均匀材质（如S、P等）对根部焊缝的影响，降低根部焊缝冷裂纹和热裂纹的产生倾向；

（10）对厚板接头，尽可能避免板厚方向上全焊透焊接，选择尽可能小的焊缝剖面以降低板厚全焊透焊缝的焊缝填充金属，配合锤击中间焊道松弛应力等措施，避免节点部可能产生的层状撕裂；

（11）焊接时，选用合理的焊接工艺参数，厚度大于25mm的Q345D、Q345B、Q390、Q420和Q460低合金结构钢，焊前的预热严格执行工艺规定，并控制最大和最小层间温度，接头的焊接参数必须按对应的WPS进行施焊，避免焊接接头脆化而引发焊接裂纹；

（12）焊接时，选用合理的焊接顺序，采用热量分散、对称分布的方式施焊，降低接头的拘束应力，避免焊接裂纹的产生；

（13）对厚度较大、焊接工作量大的复杂焊接接头，焊后应立即进行后热处理，使焊件缓慢冷却至室温，以降低焊接接头的焊接应力，消去焊接接头中残留氢，避免焊接裂纹的产生。

（14）焊后检查基本方法

外部（表面）检查方法：

•1、肉眼、5倍放大镜检查；•2、MT（磁粉、莹光磁粉）检测；•3、PT（着色）检测。

内部检查方法：

•1、RT（射线）检测；•2、UT（超声波）检测。