第五章 钢结构工厂加工制作方法与技术措施.docx
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第五章钢结构工厂加工制作方法与技术措施
第五章工厂加工制作方法与技术措施
第一节加工重点及难点
一、空心焊接球及球冠
本工程钢结构空心焊接球最大截面尺寸为φ800×60，超出现行网架规范中球最大直径为φ500，加工工艺超出网架规范标准，超大超厚空心球加工是本工程钢结构加工的难点之一。
墙体内外表面及屋盖上下弦表面要求平整，与杆件相连接的节点均为球冠节点，球冠直径和厚度超过现有网架规范标准，球冠加工要求高，尤其是平面部分。
二、矩形钢管加工
矩形钢管加工精度及变形控制难度大，矩形管与球体相贯连接节点多,矩形管相贯面无法采用机械加工，加工难度大。
第二节钢结构工厂制作部署
一、组织机构
工厂加工组织机构如下图
二、主要生产设备与人员配备
1、加工机械设备
⑴制作焊接空心球主要设备
序号
设备名称
数
量
型号
产地
生产
日期
生产
能力
用途
1
龙门数控切割机
1
EXA－500
上海伊萨
1999.02
主材下料
2
半自动气割机
8
CG1-30
上海正特
1998.06
异型下料、坡口加工
3
CO2气保焊机
12
YD-500KR
唐山松下
2001.12
空心球焊接
4
液压机
2
YF32-750
湖州
2000
6300KN
用于圆钢、钢板锻压
5
空心球专用自动焊机
5
MH-1000
唐山
1999
≤Φ1200mm
空心球环缝自动埋弧焊接设备
6
抛丸机
1
8×130RK
美国
1999.05
100t/日
构件表面除锈
1
Z062
青岛
1999.01
7
无气喷漆机
3
CPQ-9C
中国
2001.08
100t/日
表面涂装
8
锻造加热炉
2
LM700×1100
徐州
2000
用于钢材加热
9
数字超声波测厚仪
2
DC-2000A
北京
2003
测量钢板厚度
⑵制作箱形构件主要设备
序号
设备名称
数
量
型号
产地
生产
日期
生产
能力
用途
1
龙门数控切割机
1
GS/ZII-6000
日本
2001.05
主材下料
直条切割机
2
CG1-4000
无锡华联
2001.05
2
U型组立机
1
――
无锡
2001.05
箱型组立
3
龙门CO2打底焊机
2
――
日本
2002.10
箱型打底
4
龙门双丝埋弧焊机
8
――
美国林肯
2002.10
箱型焊接
5
半自动埋弧焊机
12
MZ-1-1000
上海
1996.06
拼板、箱型焊接
6
数控卧式带锯床
1
ST-6090
日本
1999.01
型材断料
7
CO2气保焊机
12
YD-500KR
唐山松下
2001.12
箱型打底/零件焊接
8
数控六维管相贯线切割机
1
HID-300ES
日本
2001.03
1000t/月
管件相贯线坡口加工
⑶制作圆管的主要设备
序号
设备名称
数量
型号
产地
用途
1
制管液压机
1
TDY37-2000
甘肃
卷管
2
制管液压机
1
TDY37-3000
甘肃
卷管
3
双面铣边机
1
SMX-18
哈尔滨
铣边
4
剪板机
3
QC12Y-20×2500
天水
下料
5
卷管机
1
W20-2000
江苏
卷管
6
CO2气保焊机
10
YD-500
日本
焊接
7
长纵缝埋弧机
1
MZE630
江苏
钢管的纵缝焊接
8
内埋弧机
2
NMZ-1-1000
江苏
钢管内壁纵缝焊接
9
埋弧焊机
13
ZXG-1000R
上海
钢管的纵缝焊接
10
数控火焰切割机
6
DHG.CMC-600
哈尔滨
钢板切割
11
数控五维相贯切割机
2
SKG.G-B
哈尔滨
钢管相贯线坡口切割
12
连板自动冲剪生产线
2
ZS-Q31K-80
甘肃
连板自动下料
13
焊接流水线
4
HLK-1
江苏
焊接工件
2、检测设备
序号
名称
数量
检测内容
1
1000KN、2000KN拉力试验机
2
检测材料力学性能
2
冲击试验机
2
检测材料冲击韧性
3
硬度计
2
检测材料硬度
4
万能铣床
1
制备试件
5
超声波探伤仪
5
检测试件缺陷
6
化学分析仪
2
检测材料化学成分
3、钢结构制作人员
序号
工种
数量
1
设计员
20
2
放样员
16
3
机械操作工
50
4
电焊工
30
5
力工
10
6
涂装工
6
7
检测工
6
8
质检员
4
总计
142
第三节球体及球冠加工工艺
一、球体加工要点
1、超出规范标准要求超大焊接球加工方法
《钢网架焊接球节点》JG11-1999规定焊接空心球截面尺寸为WS160×4～WS500×25，本工程中球体从WS300×10mm～WS800×60mm，针对超出现行规范标准要求的超大焊接球，采取以下方法进行加工：
⑴焊接球直径在500mm以上的采取制作特殊冲压膜具。
⑵焊接球压制时温度通过反复试验确定为：
1050℃±50℃（用温度色卡比对）,脱模温度不低于650℃，在空气中自然冷却。
⑶购置冲压能力大的液压机，630t和1020t液压机模锻成型。
⑷焊接球壁厚60mm，远远超出规范要求，为确保压制成型的半球壁厚满足设计要求的60mm，经过理论分析试验研究确定压制钢板的厚度为：
设计要求厚度+1.5mm～2mm。
⑸焊接球成型质量要求
每个焊接球应进行超声波无损探伤，其焊缝质量应达到一级标准。
按要求进行承载能力试验，达到规定要求后才准出厂。
加工允许偏差见下表：
项 目
允许偏差
检验方法
直 径
D≤300
用卡尺和游标卡尺检查
300＜D≤500
D≥550
圆 度
D≤300
用卡尺和游标卡尺检查
300＜D≤500
D≥550
壁厚减薄量
δ≤25
0.13δ,且不应大于1.5
用卡尺和测厚仪检查
δ＞25
3.5
两半球对口错边
δ≤25
1.0
用套模和游标卡尺检查
δ＞25
2.0
2、球体加工示意图
3、球体加工工艺流程
⑴焊接空心球制作工艺流程图
⑵钢板下料
根据焊接球直径及加工坡口余量，计算半球下料尺寸，钢板下料采用数控等离子切割机切割或靠模火焰切割。
⑶半球的压制
空心球压制时温度控制在1050℃±50℃（用温度色卡比对）,在350t、630t和1020t液压机上模锻成型，脱模温度不低于650℃，在空气中自然冷却。
半球成型后，不应有起泡现象，外观光滑，无明显起皱。
⑷机械加工半球剖口
在专用车床上切削半球坡口至规定尺寸。
⑸半球焊接成整球
焊接球的焊接采用CO2气保护半自动焊接，先定位焊,然后分层焊接。
焊接工艺参数如下表：
钢板厚（mm）
工作电流（A）
工作电压（V）
焊丝伸出长度（mm）
气体流量（L/min）
6以下
220-250
24-27
10
20-25
6-14
240-300（2层）
28-32
14-20
240-320
（2层-3层）
28-32
20以上
230-280
（3层以上）
28-30
定位焊接电流采用上限值,具体焊接参数以焊接工艺评定参数为指导。
二、球冠体加工
1、球冠体加工工艺比选
⑴按传统工艺应先冲压半球及球冠下部，然后将两部分焊接成型，如下图
但传统工艺加工存在以下问题：
球冠体下部冲压后存在边缘冲压角，与箱型杆件对接时，焊道宽度延伸过长，如下图：
从上图可以看出由于采用工艺不可避免的会出现圆弧冲压角的存在，在箱型杆件与球冠体相贯时，造成焊道横向延伸过长且不规则，造成焊道外观质量及焊接内在质量的隐患，因此经过研究，球冠体的制造采用如下工艺解决了上述问题。
⑵球冠体加工工艺流程
其他工艺同球体加工工艺
第四节圆管加工工艺
一、直缝焊管加工工艺流程
1、号料
提料工根据工艺卡对原材料进行外观检验，原材料与工艺卡是否相符（应有相应的加工余量），钢板有无弯曲变形、麻点及严重锈蚀等缺陷，检验无误后依据工艺卡提取原材料。
2、下料工艺说明
下料采用DNG、CNG-6000数控等离子火焰切割机下料。
⑴编程
首先操作工依据工艺卡对钢板进行编程，编程结束后，吊入钢板，操作工选择测距项检查零件各基本尺寸是否与工艺卡相符，如不符则应立即修改程序，重新编程，直到检测无误后方可进行下一步操作。
⑵选择割距：
操作工应先检查所用割距是否合适，工作状态是否良好。
⑶调火：
操作工选择好割距后进行调火，使之达到连续切割的要求。
⑷完成以上操作后操作工开始切割，切割速度的选择如下表：
板厚（δmm）
8-10
10-20
＞20
切割速度（mm/min）
600-700
500
350-400
⑸切割完毕后，操作工进行清理氧化铁及其熔渣。
清理完毕后进行样冲打点。
3、坡口加工工艺说明
坡口加工因板厚不同采用不同的加工方式加工。
⑴δ＞30mm采用火焰切割方式进行加工
板料坡口加工时，操作工应严格按工艺卡所规定的内容进行加工。
首先，操作工应先将钢材表面距切割边缘50mm内的锈斑、油污等清除干净，然后将导轨与切割边放至平行，才能点燃火焰、调整角度进行切割。
火焰切割时，操作工应先试割，后用焊检尺检测一下是否合格，如不合格应调整至合格，方可进行坡口切割。
在切割过程中，操作工应不时的用焊检尺测量，以便保证坡口加工角度及钝边尺寸。
加工完成后清净氧化铁及熔渣。
操作工用焊检尺进行自检，自检合格后找专职质检员采用相同的工具依据《坡口加工检验标准》进行专向检验。
⑵δ≤30mm时采用滚剪倒角机进行机械加工
操作时操作工按照工艺卡调好板厚及角度，然后用样板进行试加工，加工检验合格后进行板料的加工。
加工完毕后操作工用焊检尺先进行岗位自检、自检合格后专职质检员采用相同的工具依规范要求进行检验。
4、预弯工艺说明
⑴δ≤30的圆管预弯采用1250t端头预弯机进行作业,预弯下模采用与该圆管外径相等的凹型模具，上模采用与该圆管内径相等的或不小于10mm的凸型模具起始端均有过渡块防止预弯局部产生波浪。
⑵δ>30的圆管预弯采用3000t数控液压折弯机预弯，上模采用圆管模具，下模采用规格280mm的开口模具。
预弯前，将工件规格材质输入微机编程，然后将工件放置到上下模具之间，按工艺的标志在预弯位置处折弯。
预弯前将工件放置到预弯上料架上，调好主机间距，启动上料对中机构，钢板对中后，启动送料小车，将工件送主机上模具之间。
启动两侧主机开始工位预弯。
5、折弯工艺说明
按工艺卡的要求，将工件规格、材质输入微机，编程后，选择折弯时所需的压力，有Y1，Y2，Y，选用时应使压力适当小一些，以防弯曲过量。
撬板工将板桥撬至上下模具间，对好第一点后，开始压制，用样板测量板料预弯误差后，根据误差大小及模开口量选择第二点、第三点为折弯起始点（设折弯起始点到板边距离为L，下模开口尺寸为l，则有L-l=30～50mm范围内选择起始点）。
对点工把第一点对在上模同侧模具边上，压完后用样板测量，如进深偏浅，适当以0.2～0.5递增，直至与样板完全吻合或符合工艺要求为止，方可压下一点，然后每连续压三四点后，用样板检测一下弧度是否合格。
在压前几刀时要看一下直线度。
如直线度不合格，要适当升降预凸，以防管件局部出现凸起或下凹的现象。
6、合缝工艺说明
⑴埋弧自动焊内纵缝焊接
①在焊剂垫上堆放好焊剂，并将焊剂在焊剂垫长度方向上刮平，在宽度方向上向中间略凸起，将工件用吊车平稳放置在焊剂垫上，焊缝中心对准焊剂垫中心线并安放好，用夹子卡紧。
②辅工在焊缝的两端焊好引弧板和熄弧板（尺寸为：
δ×150×100，δ为管壁厚）。
③辅工和主工配合启动焊接小车，调整悬臂机头导向轮使之处于坡口内，焊丝对准焊缝中心，并从前向后进入筒体后端，使焊丝处于引弧板距管端约80mm处，将焊剂盛满漏斗箱，焊丝对准引弧板，伸出25～35mm左右,并刚好接触引弧板。
④辅工用手向筒体两侧塞紧焊剂，以防烧漏。
⑤主工启动焊接按钮和焊接小车，严格按产品焊接工艺迅速调整焊接电流、焊接电压、焊接速度，达到预定参数，按时启动焊剂输送装置，送进焊剂完好的覆盖并保护好熔池。
⑥辅工在焊接过程中，严密注意焊丝在焊道内的位置，避免出现焊偏现象。
⑦焊接过程中，严密注意筒体两侧，并不停的用手塞紧筒体两侧焊剂，以防
筒体壁烧穿、烧漏。
⑧观察焊机控制箱上电流表及电压表的数值，有无偏离预定参数，并及时做
好调整，保证电弧稳定燃烧。
⑨若出现接头，应先清除干净熔渣，与上道焊缝重叠长度为5-8mm。
⑩在熄弧板上距管端约80mm处熄弧并停止焊接小车。
焊后，用吊车将钢管吊下，并使其一端置于预先铺在地面的铁板上，另一端用吊车吊起，焊工用锤震击钢管，使渣壳脱落和剩余焊剂一起落于铁板上，用焊剂筛选机及磁选机将焊剂重新筛过，以备下一次再用。
⑵焊缝形式如下
7、局部矫直工艺说明
操作工把直线度有缺陷的管件用火焰法进行矫直，操作时操作工应先目测一下管件的直线度的变形情况，然后采用梅花点状加热或多线条状加热进行矫直,矫直时加热深度不超过板厚的2/3。
矫直完毕后操作工应先用直板尺及细钢丝垫片进行自检，自检合格后专职质检员采用相同的工具进行专项检验。
质量检验标准：
整体杆件直线度：
不超过构件长度L/1500，L为构件长度。
二、相贯线制作方法
为了确保钢管相贯线生产的准确、高效，保证各个贯口符合中国《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002的相关行业标准，相贯线制作方法如下：
设备:
SKGG-B型数控相贯线切割机，最大切割钢管的直径为800mm，最大的行程12000mm。
1、相贯线的数控编程
首先开启设备的数控编程系统，根据图纸所提供的详细的已知条件，依次输入所需的数据：
例如：
主管的直径，主支管的直径，副支管的直径，各钢管的壁厚以及空间中任意两相贯的钢管中心轴线的夹角等等的参数，输入完毕后，计算机会自动生成相贯线的曲线展开图，可以获得任意一点相对应的数据。
2、钢管基准线的标识
将检测合格的钢管上两端进行四等分圆，并利用粉线将其清晰的表示出来。
3、切割
将做好标记的钢管吊到切割机上，利用卡盘将其牢牢的固定在支架上，调节支架的高度，使其钢管的中心轴线与切割机的导轨相互平行。
旋转卡盘并使钢管的其中一条四等分圆线垂直于机床后开启切割机的切割系统开始切割，切割完毕后利用磨光机将相贯线和垂直端面的氧化铁清理干净。
4、检测
利用计算机对所切割的钢管进行三维立体放样计算，分别计算出钢管的四等分圆的数据值并分别进行测量检测，通过四组数据的检测，我们直接可以判断出相贯线的编程、切割是否正确。
第五节箱型构件加工工艺
一、截面为正方形的箱型构件相贯面加工
1、对于截面为正方形的方钢管相贯面切割采用从日本引进，目前国际上最先进的六维相贯线切割机加工，其整个过程通过计算机1：
1模拟设计，输出指令，实现无图纸化加工，相贯线及坡口一次成形，为高质量地完成相贯面切割，提供了充分的必要条件。
2、薄壁矩形管焊接变形控制措施
⑴提高板材平整度和构件组装精度；
⑵选用优秀焊工施焊；
⑶焊接采用CO2气体保护焊；
⑷构件采用从中间向两侧的焊接顺序,焊接完成将起始处焊缝打磨平整；
⑸焊接时利用模具或挡板对构件变形进行约束。
二、截面为矩形的箱型构件相贯面加工
六维相贯线切割机适用于方钢管的加工，无法满足矩形钢管的加工，因此考虑采用以下两种方法进行对比。
1、采用车床加工
采用车床加工须根据矩形钢管截面尺寸制作特殊夹具加工，矩形钢管截面规格多，需加工的特殊夹具数量多，无法满足加工进度要求，不适用。
2、采用套膜切割
采用套模切割的方法无需制作特殊工具，操作简便，可满足各种截面箱型钢管的加工，针对每根矩形钢管的截面尺寸1：
1放样，采用手工气割，气割过程如下：
⑴矩形管与节点的连接采用计算机实体建模，先由计算机把矩形管相贯线的展开图在薄膜上，按l：
1绘制成切割用模板，模板上标上杆件的编号。
⑵将模板按定位线标志紧贴在相贯线管口上，在管口上划线，间隔约20mm打样冲标记，划线时根据焊接工艺考虑焊接收缩，划线宽度不应大于0.3mm。
⑶制作手工气割靠模。
⑷选用技术熟练的气割工。
⑸选择手工气割工艺参数。
三、箱型构件加工主要工艺流程
1、箱型构件加工示意图
工序说明
简图
主材下料
主材坡口
U型组立
BOX型组立
BOX焊接（埋弧焊）
1
3
2
4
用CO2气体保护焊打底后用埋弧焊
2、箱型构件加工主要工艺流程
四、焊接箱型构件组装精度
箱型构件组装允许偏差
项目
允许偏差（mm）
检验方法
图例
长度L
用钢尺检查
高度H
宽度B
对角线偏差
3.0
弯曲e
用拉线和钢尺检查
扭曲
H（B）/250
板局部平面度
（
）
（1m范围内）
3.0
2.0
用1m直尺和塞尺检查
间隙a
±1.0
用钢尺检查
对口错边△
，且不大于3.0
翼缘板
倾斜度
H（B）≤400
1.5
用直尺和钢尺检查
H（B）＞400
3.0
相贯线切口
用套模和游标卡尺检查
第六节工厂延伸管理
一、管理原则
为了监督控制加工厂按审定的工艺、材料进行加工制造，对原材进入现场后的每个环节进行监控与记录，使每个构件具有可追溯性，确保成品构件的质量，派有经验的技术、质量人员驻厂监造。
二、监造措施
1、人员
以加工厂确定的量确定监造人员，每个加工厂委派一名总监造师和两名监造人员。
2、工具
钢尺、游标卡尺、测厚仪、卡尺、放大镜、焊缝量规、塞尺、角尺、弧度磨具。
3、监造流程
驻厂监造工程师严格按照相关标准及已批准的钢结构加工方案、焊接工艺评定书等技术文件要求，进行过程监控，需要进行工艺标准的更改应办理变更审批手续，监控人员应对工厂加工制作过程检测，做出相应的检测记录，确保每一个构件的可追溯性。
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