论文部分内容阅读
前言：钢结构作为一种新型承重结构，由于其自重轻、强度高、塑性及韧性好、抗震性能优越、工业装配化程度高、综合经济效益显著、造型美观等众多优点，在上世界90年代起深受国内外建筑师和结构工程师的青睐，而钢结构工程加工成为了其主要技术要点，是保证钢结构工程质量的重要因素。本文对钢结构构件加工工艺要点进行研究评述关键词：钢結构 加工工艺 要点
一、钢结构工程材料的选用
（一）材料的选用
1 钢材
制作钢结构的钢材应符合下列规定：
现行国内钢结构工程钢材主要采用Q345B(低合金碳素结构钢)及Q235B(普通碳素结构钢)两种。Q345B应有常温200C冲击韧性的合格保证，材质应符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994规定的钢材化学成份和机械性能。Q235B钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／T700-1988。
2 焊接材料
1）焊条应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T 117、《低合金钢焊条》GB/T5118。
2）焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》GB/T 14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110 及《碳钢药芯焊丝》GB／T 10045、《低合金钢药芯焊丝》GB/T7493的规定。
3）埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T 5293、《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470 的规定。
3 紧固件
1）钢结构工程所用的紧固件（普通螺栓、高强度螺栓），应有出厂质量证明书，其质量应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。
2）普通螺栓可采用现行国家标准《碳素结构钢》GB700 中规定的Q235 钢制成。
3）高强度大六角头螺栓性能等级为10.9级，其中包括一个螺栓，一个螺母和2 个垫圈。应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T 1229。《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231。
4）扭剪型高强度螺栓连接副包括一个螺栓，一个螺母和一个垫圈。10.9 级的扭剪型高强度螺栓连接副，应符合现行国家标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB／T3632、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB/T 3633。
二、制作施工要点
（一）工艺流程
翼缘板下料→加工坡口→拼接→校正→气割长条料→校正→反变形
腹板下料→加工坡口→拼接埋弧自动焊→校正→气割长条料→校正 →装工字、焊接（检查）→校正→端部加工→钻孔→（检查）→装零件、焊接、校正（检查）→喷砂除锈→成品
（二）制作要点
1 放样、号料
熟悉施工图，并认真阅读技术要求及设计说明，并逐个核对图纸之间的尺寸和方向等。特别应注意各部件之间的连接点、连接方式和尺寸是否—一对应。放样需用的工具：尺、石笔、粉线、划针、划规、铁皮剪等。尺必须经过计量部门的校验复核，合格后方可使用。号料前必须了解原材料的材质及规格，检查原材料的质量。不同规格、不同材质的零件应分别号料。并依据先大后小的原则依次号料。放样和号料应预留收缩量（包括现场焊接收缩量）及切割、铣端等需要的加工余量。铣端余量：剪切后加工的一般每边加3～4mm，气割后加工的则每边加4～5mm。切割余量：自动气割割缝宽度为3mm，手工气割割缝宽度为4mm（与钢板厚度有关）。焊接收缩量根据构件的结构特点由工艺给出。
放样和样板、样杆允许偏差
2 切割
（1）下料划线以后的钢材，必须按其所需的形状和尺寸进行下料切割。根据材料大小、使用部位不同切割方法有：
1)机械切割：使用剪切机、锯割机、砂轮切割机等机械设备（主要用于型材及薄钢板的切割）。
2)气割：利用氧气一乙炔、丙烷、液化石油气等热源进行（主要用于中厚钢板及较大断面型钢的切割）。
等离子切割：利用等离子弧焰流实现（主要用于不锈钢、铝、铜等金属的切割）。
机械切割的允许偏差
3 矫正和成型
碳素结构钢在环境湿度低于－16℃、低合金结构钢在环境湿度低于－12℃时，不应进行冷矫正和冷弯曲。碳素结构钢和低合金结构钢在加热矫正时，加热湿度不应超过900℃。低合金结构钢在加热矫正后应自然冷却。当零件采用热加工成型时，加热湿度控制在900～1000℃；碳素结构钢和低合金结构分别下降到700℃和800℃之前，应结束加工。矫正后钢材表面，不应有明显的凹面损伤，划痕深度不得大于0.5mm，且不应大于该钢材厚度负允许偏差的1/2。边缘加工采用气割或机械剪切的零件时，需要技能型边缘加工时，其刨削量不应小于2.0mm。焊接坡口加工宜采用自动切割、半自动切割、坡口机、刨边等方法进行。边缘加工一般采用铣、刨等方式加工。边缘加工时应注意控制加工面的垂直和表面粗糙度。
4 摩擦面加工
采用高强度螺栓连接时，应对构件摩擦面进行加工处理。处理后的抗滑移系数应符合设计要求。高强度螺栓连接摩擦面的加工，可采用喷砂、抛丸和砂轮机打磨等方法（注：砂轮机打磨方向应与构件受力方向垂直，且打磨范围不得小于螺栓直径的4 倍）。经处理的摩擦面应采取防油污和损伤保护措施。
5 端部加工
构件的端部加工应在矫正合格后进行。应根据构件的形式采取必要的措施，保证铣平端面与轴线垂直。
6 钢结构构件的组装
组装前，工作人员必须熟悉构件施工图及有关的技术要求，并根据施工图要求复核其需组装零件质量。由于原材料的尺寸不够，或技术要求需拼接的零件，一般必须在组装前拼接完成。在采用胎模装配时必须遵循下列规定：
（1）选择的场地必须平整，并具有足够的刚度。
（2） 布置装配胎模时必须根据其钢结构构件特点考虑预放焊接收缩量及其他各种加工余量。
（3）组装出首批构件后，必须由质量检查部门进行全面检查，经检查合格后，方可进行继续组装。
（4）构件在组装过程中必须严格按照工艺规定装配，当有隐蔽焊缝时。必须先行施焊，并经检验合格后方可覆盖。当有复杂装配部件不易施焊时，亦可采用边装配边施焊的方法来完成其装配工作。
（5）为了减少变形和装配顺序，可采取先组装成部件，然后组装成构件的方法。
7 焊接
钢架柱、梁焊接采用CO2 气体保护焊打底，埋弧自动焊填充、盖面，船形焊施焊的方法。工艺参数应参照工艺评定确定的数据，不得随意更改。焊接顺序为：打底焊一道；填充焊一道；碳弧气刨清根；反面打底、填充、盖面； 正面填充、盖面焊。具体施焊时还要根据实际焊缝高度，确定填充焊的次数，构件要勤翻身，防止构件产生扭曲变形。如果构件长度＞4m，则采用分段施焊的方法。
8 矫正
构件焊接后容易产生挠曲变形、翼缘板与腹板不垂直、薄板焊接还会产生波浪形等焊接变形，因此一般采用机械矫正及火焰加热矫正的方法矫正。
（1）机械矫正矫正前，应清扫构件上的一切杂物，与压辊接触的焊缝焊点修磨平整。使用机械矫正（翼缘矫正机）注意事项：构件的规格应在矫正机的矫正范围之内，即：翼缘板最大厚度≤50mm；翼缘板宽度=180～800mm；腹板厚度≤50mm；腹板高度＞350mm以上；工件材质：Q235（Q345 时被矫正板厚为Q235 的70％）
（2）火焰矫正要根据构件的变形情况，确定加热的位置及加热顺序，对加热温度最好控制在600～650℃。
9 制孔：
构件小批量制孔，先在构件上划出孔的中心和直径，在孔的圆周上（90°位置）打四个冲眼，作钻孔后检查用，中心冲眼应大而深。当制孔量比较大时，要先制作钻模，再钻孔。钻孔时，摆放构件的平台要平整，以保证孔的垂直度。
10 装焊其他零件后最后校正构件，将构件表面的焊疤、焊瘤、飞溅等杂物清理干净，即可出车间。加工厂加工完的半成品进行组装检查结构尺寸及细部结构是否满足设计要求，当拼装检查满足设计尺寸后，应按构件编号进行堆放和运输，做好批量标识。
结论：由于钢结构加工质量直接影响到钢结构工程的周期和质量,如何控制好钢结构加工质量就显得尤为重要。严格遵循正确的工艺和指导，有效的掌握钢结构件加工的质量进行过程控制的方法,总结出质量关键控制点的质量控制模式是实现钢结构工程的根本所在。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
一、钢结构工程材料的选用
（一）材料的选用
1 钢材
制作钢结构的钢材应符合下列规定：
现行国内钢结构工程钢材主要采用Q345B(低合金碳素结构钢)及Q235B(普通碳素结构钢)两种。Q345B应有常温200C冲击韧性的合格保证，材质应符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994规定的钢材化学成份和机械性能。Q235B钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB／T700-1988。
2 焊接材料
1）焊条应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T 117、《低合金钢焊条》GB/T5118。
2）焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》GB/T 14957、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T8110 及《碳钢药芯焊丝》GB／T 10045、《低合金钢药芯焊丝》GB/T7493的规定。
3）埋弧焊用焊丝和焊剂应符合现行国家标准《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T 5293、《低合金钢埋弧焊用焊剂》GB/T 12470 的规定。
3 紧固件
1）钢结构工程所用的紧固件（普通螺栓、高强度螺栓），应有出厂质量证明书，其质量应符合设计要求和国家现行有关标准的规定。
2）普通螺栓可采用现行国家标准《碳素结构钢》GB700 中规定的Q235 钢制成。
3）高强度大六角头螺栓性能等级为10.9级，其中包括一个螺栓，一个螺母和2 个垫圈。应符合现行国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T 1229。《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231。
4）扭剪型高强度螺栓连接副包括一个螺栓，一个螺母和一个垫圈。10.9 级的扭剪型高强度螺栓连接副，应符合现行国家标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB／T3632、《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件》GB/T 3633。
二、制作施工要点
（一）工艺流程
翼缘板下料→加工坡口→拼接→校正→气割长条料→校正→反变形
腹板下料→加工坡口→拼接埋弧自动焊→校正→气割长条料→校正 →装工字、焊接（检查）→校正→端部加工→钻孔→（检查）→装零件、焊接、校正（检查）→喷砂除锈→成品
（二）制作要点
1 放样、号料
熟悉施工图，并认真阅读技术要求及设计说明，并逐个核对图纸之间的尺寸和方向等。特别应注意各部件之间的连接点、连接方式和尺寸是否—一对应。放样需用的工具：尺、石笔、粉线、划针、划规、铁皮剪等。尺必须经过计量部门的校验复核，合格后方可使用。号料前必须了解原材料的材质及规格，检查原材料的质量。不同规格、不同材质的零件应分别号料。并依据先大后小的原则依次号料。放样和号料应预留收缩量（包括现场焊接收缩量）及切割、铣端等需要的加工余量。铣端余量：剪切后加工的一般每边加3～4mm，气割后加工的则每边加4～5mm。切割余量：自动气割割缝宽度为3mm，手工气割割缝宽度为4mm（与钢板厚度有关）。焊接收缩量根据构件的结构特点由工艺给出。
放样和样板、样杆允许偏差
2 切割
（1）下料划线以后的钢材，必须按其所需的形状和尺寸进行下料切割。根据材料大小、使用部位不同切割方法有：
1)机械切割：使用剪切机、锯割机、砂轮切割机等机械设备（主要用于型材及薄钢板的切割）。
2)气割：利用氧气一乙炔、丙烷、液化石油气等热源进行（主要用于中厚钢板及较大断面型钢的切割）。
等离子切割：利用等离子弧焰流实现（主要用于不锈钢、铝、铜等金属的切割）。
机械切割的允许偏差
3 矫正和成型
碳素结构钢在环境湿度低于－16℃、低合金结构钢在环境湿度低于－12℃时，不应进行冷矫正和冷弯曲。碳素结构钢和低合金结构钢在加热矫正时，加热湿度不应超过900℃。低合金结构钢在加热矫正后应自然冷却。当零件采用热加工成型时，加热湿度控制在900～1000℃；碳素结构钢和低合金结构分别下降到700℃和800℃之前，应结束加工。矫正后钢材表面，不应有明显的凹面损伤，划痕深度不得大于0.5mm，且不应大于该钢材厚度负允许偏差的1/2。边缘加工采用气割或机械剪切的零件时，需要技能型边缘加工时，其刨削量不应小于2.0mm。焊接坡口加工宜采用自动切割、半自动切割、坡口机、刨边等方法进行。边缘加工一般采用铣、刨等方式加工。边缘加工时应注意控制加工面的垂直和表面粗糙度。
4 摩擦面加工
采用高强度螺栓连接时，应对构件摩擦面进行加工处理。处理后的抗滑移系数应符合设计要求。高强度螺栓连接摩擦面的加工，可采用喷砂、抛丸和砂轮机打磨等方法（注：砂轮机打磨方向应与构件受力方向垂直，且打磨范围不得小于螺栓直径的4 倍）。经处理的摩擦面应采取防油污和损伤保护措施。
5 端部加工
构件的端部加工应在矫正合格后进行。应根据构件的形式采取必要的措施，保证铣平端面与轴线垂直。
6 钢结构构件的组装
组装前，工作人员必须熟悉构件施工图及有关的技术要求，并根据施工图要求复核其需组装零件质量。由于原材料的尺寸不够，或技术要求需拼接的零件，一般必须在组装前拼接完成。在采用胎模装配时必须遵循下列规定：
（1）选择的场地必须平整，并具有足够的刚度。
（2） 布置装配胎模时必须根据其钢结构构件特点考虑预放焊接收缩量及其他各种加工余量。
（3）组装出首批构件后，必须由质量检查部门进行全面检查，经检查合格后，方可进行继续组装。
（4）构件在组装过程中必须严格按照工艺规定装配，当有隐蔽焊缝时。必须先行施焊，并经检验合格后方可覆盖。当有复杂装配部件不易施焊时，亦可采用边装配边施焊的方法来完成其装配工作。
（5）为了减少变形和装配顺序，可采取先组装成部件，然后组装成构件的方法。
7 焊接
钢架柱、梁焊接采用CO2 气体保护焊打底，埋弧自动焊填充、盖面，船形焊施焊的方法。工艺参数应参照工艺评定确定的数据，不得随意更改。焊接顺序为：打底焊一道；填充焊一道；碳弧气刨清根；反面打底、填充、盖面； 正面填充、盖面焊。具体施焊时还要根据实际焊缝高度，确定填充焊的次数，构件要勤翻身，防止构件产生扭曲变形。如果构件长度＞4m，则采用分段施焊的方法。
8 矫正
构件焊接后容易产生挠曲变形、翼缘板与腹板不垂直、薄板焊接还会产生波浪形等焊接变形，因此一般采用机械矫正及火焰加热矫正的方法矫正。
（1）机械矫正矫正前，应清扫构件上的一切杂物，与压辊接触的焊缝焊点修磨平整。使用机械矫正（翼缘矫正机）注意事项：构件的规格应在矫正机的矫正范围之内，即：翼缘板最大厚度≤50mm；翼缘板宽度=180～800mm；腹板厚度≤50mm；腹板高度＞350mm以上；工件材质：Q235（Q345 时被矫正板厚为Q235 的70％）
（2）火焰矫正要根据构件的变形情况，确定加热的位置及加热顺序，对加热温度最好控制在600～650℃。
9 制孔：
构件小批量制孔，先在构件上划出孔的中心和直径，在孔的圆周上（90°位置）打四个冲眼，作钻孔后检查用，中心冲眼应大而深。当制孔量比较大时，要先制作钻模，再钻孔。钻孔时，摆放构件的平台要平整，以保证孔的垂直度。
10 装焊其他零件后最后校正构件，将构件表面的焊疤、焊瘤、飞溅等杂物清理干净，即可出车间。加工厂加工完的半成品进行组装检查结构尺寸及细部结构是否满足设计要求，当拼装检查满足设计尺寸后，应按构件编号进行堆放和运输，做好批量标识。
结论：由于钢结构加工质量直接影响到钢结构工程的周期和质量,如何控制好钢结构加工质量就显得尤为重要。严格遵循正确的工艺和指导，有效的掌握钢结构件加工的质量进行过程控制的方法,总结出质量关键控制点的质量控制模式是实现钢结构工程的根本所在。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看