轻型钢结构的生产流程和制作工艺样本.docx

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轻型钢结构的生产流程和制作工艺样本

轻型钢结构的生产流程和制作工艺

1．前言

    建筑轻钢结构和传统的混凝土结构相比,具有跨度大、结构基础要求低、抗震抗风能力强、外表美观、建造周期短、维修费用低等一系列的优点,因而越来越受欢迎,得到了飞速的发展。

    和重钢相比,轻钢结构重量轻,用钢量少、对基础的承载要求更低,设计周期短、建造速度快,特别适合于建造大跨度结构。

现已在厂房、办公楼、大型超市、物流仓库、展示厅、机库和室内体育场馆等产品领域得到了广泛的应用。

    传统的轻钢制作方式,采用机械和手工方式进行组立、装焊,自动化程度不高、工艺流程不流贯,因而生产效率低,远不能满足建筑轻钢结构飞速发展的需要。

    博思格建筑系统（巴特勒）针对轻型钢结构所设计的自动化钢结构生产流水线,占地面积小、布局紧凑,流程合理,充分体现了高速、高效和高精度生产的特点,取得了满意的实际效果。

    2．轻型钢结构的工艺特点

    2．1．结构特点

    轻型钢结构一般采用Q345和Q235钢,且大部分是Q345钢。

Q345钢作为最常见、成熟的低合金高强度结构用钢,性能优良,可焊性好。

除了部分柱底板外,腹板、翼板厚度基本上是4－20mm中薄板,正是对焊接工艺最有利的厚度范围。

轻钢结构一般不采用箱型、十字型结构,构件绝大部分是H型截面。

由于经济、受力、结构的特点,一般不采用轧制H型钢,而大多数都采用焊接H型钢。

    对于H型实腹梁柱结构,易于实现焊接、装配的自动化。

可是除了夹层梁和部分边柱、中间柱为等截面外,大部分构件是变截面形式,这也给焊接的自动化提出了更高的要求。

    2．2．切割方法

    门式多头火焰切割是翼板开条的主要切割方法,丙烯、丙烷、LPG类新型燃气已逐步取代了乙炔。

    腹板由于板厚较薄,而且大多是楔形形状,一般采用数控等离子的切割方法。

采用氧气的等离子切割方法,切割速度快,切割质量好,但对消耗电极的要求更高。

    腹板的切割质量对构件的装焊质量有很大的影响。

由于板厚较薄,切割后的变形或残余应力,将导致腹板的波浪型变形。

切割边缘的质量会直接影响腹板与翼板间角焊缝的施焊和焊缝质量。

    2．3．焊接方法

    焊接工艺和生产流程取决于H型钢的组立、腹板和翼板间的主焊缝的焊接,因组立方法、焊接方法和焊接位置而异。

如机头移动或工件移动;水平位置或船型位置;单机头或双机头;单丝或双丝等。

    对干薄板结构来说,气体保护焊无疑是最理想的焊接方法。

因此,除了拼板采用埋弧自动焊外,其余板件装焊大都采用气体保护焊。

特别是富氩混合气体保护焊,由于成型好、飞溅小,对轻钢结构更为适宜。

    2．4．涂装

    为防止在堆放、运输和安装过程中,不再锈蚀,并为进一步涂装打基础,构件焊接完成后需进行预处理并喷涂底漆。

    构件表面处理除锈质量等级要求达到Sa2．0～Sa2．5以上。

根据构件所处环境介质的不同,选择防锈底漆。

轻钢结构底漆主要是醇酸类的,也能够是环氧富锌类的。

在安装工地根据需要再涂刷面漆或防火涂料。

    轻钢结构主要是H型实腹梁柱结构,因而表面处理和涂装工艺较简单,也容易实现机械化流水作业。

表面处理采用抛丸工艺,滚道式或悬挂式送进方式。

喷漆一般为手工操作,结合悬挂式抛丸,也可是半机械化的流水线作业。

    喷漆前的表面处理,对构件底漆防腐效果非常关键,而漆膜厚度和均匀性将直接影响构件的防腐性能。

    2．5．主要工艺问题

    由于轻钢结构和重钢结构在钢种、板厚、结构形式多方面有着很大的区别,因而在焊接制作上所面临的主要难点和问题也有很大的区别。

    如果说重钢结构由于钢板厚、材料级别高、施焊条件差,制作问题主要体现在结构的焊接可操作性、钢材的可焊性、接头焊接缺陷的防止等方面的话,轻钢结构主要是防止、减小焊接的变形及其矫正,提高焊接生产率方面的问题。

    3．轻型钢结构的生产模式

    3．1．传统的钢结构生产模式

    传统的钢结构生产模式,焊接前必须组立。

一般采用单机头、船形位置焊,因此,H型钢的焊接,即使单侧焊缝,也要焊接两次。

    3．2．博思格建筑系统（巴特勒）轻钢结构的生产模式

    博思格建筑系统（巴特勒）轻钢结构的生产模式,采用双丝双机头、水平位置焊接,不需单独组立,一次焊接成型。

成型后也不必切割余量、钻孔。

    3．3．博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构与传统生产模式的对比区别

    3．3．1．拼接方式

    博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构生产模式与传统生产模式的第一个区别,是翼板、腹板的拼接方式。

    传统的钢结构生产模式,是先把钢板拼接到足够大,然后划线、切割成最终尺寸的翼板、腹板,其过程较难组成自动流水线作业,制孔要待最终成型以后,手工或半机械化地完成。

    博思格建筑系统（巴特勒）轻钢结构生产模式,所有翼板、腹板都是由标准钢板,或切割好的板条,由专用设备直接加工成最终的翼板、腹板,拼接包含在流水作业过程中,制孔也是同步完成。

    3．3．2．制孔方式

    传统的钢结构生产模式,没有专用的制孔加工设备,构件制作时长度方向留出余量,为保证孔距孔位的精确性,制孔要待构件最终成型后,手工或半自动地完成。

    博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构生产模式,所有腹板、翼板上的孔,全部是数控加工,在加工翼板、腹板过程中,同步完成。

    3．3．3．精度控制

    传统的钢结构生产模式,由于胶囊控制长度方向尺寸精度,要针对焊接切割装配所产生的变形、误差,在长度方向留出余量,待最终成型以后,手工或半机械化地切除余量。

    博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构生产采用了计算机辅助的自动切割、高效率焊接、刚性固定、液压成型等一系列先进工艺,无余量的精度制造方式。

    3．3．4．组立方式

    传统的钢结构生产模式,是把翼板、腹板板条,在专用的组立架上,手工装焊,或经过组立机间断点焊组立。

装焊速度慢,组立精度低,而且装焊组立的质量对构件焊缝质量有很大影响。

    博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构与传统生产模式的最大区别,是H型钢的焊接成型不需要组立。

一套H型钢专用焊接设备,即可实现拼焊、点固、焊接、成型一体化。

    3．4．H型钢的成型焊接

    传统的钢结构生产模式,将组立的H型钢,固定于胎架船形位置,采用移动的单机头施焊。

每焊一道要变换一次构件位置,焊接速度不超过0.6～1.0m/分。

    博思格建筑系统（巴特勒）生产模式是将翼板腹板起始端简单点焊固定,送入专用的H钢焊接成型设备,采用双机头,φ1.6mm双丝,专用高速焊剂,在液压定位、送给条件下焊接成型,速度高达1.5～2.0m/分。

    3．4．1．博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构生产模式的优点

    博思格建筑系统（巴特勒）轻钢结构的生产模式,布局简单,流程合理,自动化程度高,构件质量好,生产效率高,制作周期短,材料利用率高。

特别是在H型钢制作过程中,没有过多的中间产品、半成品囤积,不需要大面积的拼接、划线、装配、制孔场地,真正实现了流水作业,自动化生产。

    4．博思格建筑系统（巴特勒）轻钢结构流水线的技术特征及主要制作工艺

    4．1．板条的制备

    翼板条采用多头直条火焰切割机进行钢板分条,切割成系列宽度的板条。

切割后去除板条边缘的割渣、割瘤、氧化物,并经过板材校平机,将板条校平,按厚度和宽度分区存放待用。

    4．2．翼板加工

    按构件翼板零件图将数据输入计算机后,在专用数控加工机上,进行翼板条点固接长、制孔、等离子切断。

采用埋弧自动焊方法,焊剂铜衬垫单面焊工艺,在压力架刚性固定下,进行长度拼接,制成翼板零件。

    4．3．腹板加工

    按构件腹板零件图,将数据输入计算机后,在数控等离子切割机上,同时进行腹板切割和腹板的制孔。

    当腹板由不同厚度板材组成或由于长度和套料原因必须拼接时,采用埋弧自动焊方法,在压力架刚性固定下,采用焊剂铜衬垫单面焊双面成型工艺,进行拼板。

    4．4．焊接流水线

    将翼板竖立,腹板顶升至翼板中心位置,用半自动气体保护焊,将H钢起始端点焊固定。

    在专用H钢焊接成型设备上,采用双机头,Ф1．6mm双丝,专用高速焊剂,在液压定位夹紧、送给条件下,高速焊接成型。

    4．5．多功能装焊工作站

    博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构生产流水线,设立了10个手工焊接工位,全部采用气体保护焊方法,按图装配、焊接端板、筋板、连接板等。

要求熔透和部分熔透的角焊缝焊前还必须碳刨清根。

    每个工位配备,一台多用途、高性能的焊接电源,带回转悬臂的送丝机构,独立的行车,加上工作台,和一系列打磨、切割、碳刨和装配工具,每个工位就是一个多功能装焊工作站。

    4．6．富氩保护气体

    气体保护焊是轻钢薄板结构最适合的焊接方法。

为进一步提高效率,改进焊缝成型质量,博思格建筑系统（巴特勒）采用了氩气含量高达90%以上的富氩混合气体保护,进一步减少了焊接飞溅,且降低了射流过渡的临界电流,可在不太大的焊接电流下,实现无飞溅的射流熔滴过渡,获得更高的熔敷速度,更好的焊缝质量。

    带全自动混配装置的气站和管路输送系统,确保了高质量气体稳定、不间断地供给。

    4．7．回转式涂装流水线

    采用积放链式回转装置的流水线,将构件顺序经过自动抛丸机和喷漆房,进行表面处理和喷漆,构件装卸安全方便。

构件悬挂式运行,彻底暴露,抛丸除锈效果好,生产效率高。

构件抛丸处理后,经过清理,立即进入喷漆房,防止了第二次污染,保证了涂装质量。

    5．单面焊工艺在轻型钢结构生产中的应用

    5．1．单面焊工艺原理

    焊剂铜衬垫单面焊（FluxCopperBacking）工艺是一种采用铜衬垫和背面成型焊剂,在压力架固定下,实现单面焊接双面成型的高效率埋弧焊工艺。

    5．2．腹板单面焊

    由于博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构的腹板是在流水线上拼接,无法进行翻转、清根。

因此,初期生产的做法是,焊完第一面后,即流向后道工序,在手工焊工位碳刨清根,以半自动气保焊方式焊接第二面。

    实现了单面焊双面成型工艺后,简化了工序,提高了焊缝表面和内在的质量,改进了手工焊接工位的工作环境,降低了劳动强度。

腹板拼接作为流水线的一个环节,实现了单面焊双面成型后,流水线更为完整,节奏更加流畅。

    5．3．翼板单面焊

    在腹板单面焊工艺获得成功以后,又改制了单面焊设备和压力工作台,进一步实现了翼板的单面焊工艺。

    采用了焊剂铜衬垫单面焊（FCB）工艺后,大大简化了拼板工序,提高了拼接焊缝质量和无损探伤的合格率,改进了手工焊工位的工作环境、降低了劳动强度。

    5．4．薄板单面焊

    虽然FCB单面焊工艺早已在造船业得到了广泛应用,但应用在轻钢结构制造中,尚属首次。

特别是l0mm以下薄板,因为不容易获得满意的成型,一般视为单面焊应用的难点。

经改进的薄板单面焊工艺,解决了薄板单面焊工艺的难点,获得了满意的效果。

    由于拼板在压力架刚性固定下,一次完成,大大减小了腹板的焊接变形。

这对于4～8mm的薄板焊变形来说,是非常重要的改进。

    6．实际生产效果

    6．1．流水线生产特点

    博思格建筑系统（巴特勒）先进的流水线大幅度减少了工件搬运的次数,自动化程度高,车间占地面积少。

每生产一吨钢构的生产场地只有5平方米/吨,仅为传统钢结构生产模式单位产量占地面积的1/2～1/3。

    6．2．生产效率

    传统钢结构生产模式,每生产1吨构件,需工时25~30小时。

而博思格建筑系统（巴特勒）的一条轻钢流水线,配置工人55～60人,平均每生产一吨吨构件,仅需工时12～15小时。

生产效率比传统钢结构生产模式提高了1倍以上。

    7．结语

    7．1．博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构的生产模式,布局简单,流程合理,机械化程度高,安全性好,真正实现了流水作业的自动化生产。

    7．2．博思格建筑系统（巴特勒）轻型钢结构的生产模式,还体现了计算机辅助生产特点,生产效率高,构件质量好,材料利用率高。

    7．3．在轻钢结构中首次应用实现了翼板和腹板拼接的压力架焊剂铜衬垫（FCB）单面焊双面成型工艺,简化了拼接工序,提高了焊缝质量,改进了作业环境,降低了劳动强度。

单面焊的应用使流水线更为完整,节奏更为流畅。

    7．4．经改进的薄板单面焊工艺,解决了薄板单面焊工艺的难点,成功地应用于l0mm以下的薄板平接单面焊,获得了满意的效果,取得了非常重要的进展。