钢结构加工工艺.ppt

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1、钢结构加工工艺介绍 钢结构的发展与现状 钢结构建筑的优缺点 钢结构加工工艺的基础知识 钢结构加工工艺的地位 钢结构加工工艺解决钢结构焊接过程中常见问题 典型钢结构的拼装工艺展示内容 钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系。在高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、交通能源工程、住宅建筑中普遍使用钢结构。钢结构建筑的发展与现状钢结构建筑的发展与现状鑫世界 鑫世界位于昆明繁华核心区北京路两边，为三竹营城中村改造项目，总占地面积78.22亩(约52149平方米)，建筑面积为281762平方米。该项目采用钢骨混凝土结构，用钢量约3600吨。（右

2、图）云路中心 云路中心工程是昆明市第一个旧城改造项目。项目位于昆明市主城官渡区吴井路，共6栋主要建筑，总建筑面积约256464.98平方米。其中的D栋高层钢结构办公大楼造型独特，高度为118.297米，总建筑面积为25078.07平方米，地下4层，地上28层。钢结构总吨位约4300吨，主体钢构安装2.5天 / 层。（左图）昆明理工大学呈贡校区综合性体育运动场体育馆工程昆明理工大学呈贡校区综合性体育运动场体育馆工程 本项目位于昆明理工大学呈贡校区内，建设总用地面积121147.9平方米。其中体育馆面积为14608.4平方米，体育馆檐口高度23.87米，地上1层，局部2层，建筑等级为乙级，主体结构

3、下部结构采用钢筋混凝土框架结构，屋顶为钢桁架屋顶，抗震设防烈度为8度，设计使用年限为50年，耐火等级二级。 钢结构主要是指由钢板、热轧型钢、薄壁型钢和钢管构件组合而成的结构，它是土木工程的主要结构形式之一。钢结构相比传统材料的结构相比，具有如下优点： （1）建筑钢材强度高、塑性和韧性好。 （2）钢结构质量轻 （3）材质均匀 （4）工业化程度高 （5）密封性好 （6）抗震性好 （7）耐热性好钢结构建筑的优点 钢结构建筑里常常会产生许多质量问题，产生质量问题的原因有很多，也很复杂，既有钢材本身力学性能不达标或钢材本身存在问题，也有工艺不当题，也有违反工艺操作造成的问题，还有由于施工人员的技术水平和

4、责任心造成的问题，还有决策者失误造成的质量问题。 工艺不当导致的问题，也有违反工艺操作造成的问题。 一、钢材本身的问题 （1）耐腐蚀性差 （2）耐火性差 （3）钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂 （4）易失稳 二、在加工过程中出现的问题 （1）焊接工序 （2）涂装工序 （3）放样下料工序 （4）装配工序钢结构建筑缺点 对于钢材本身的问题需要从材料研究方面入手，改善材料性能，从而增强钢材的耐火性能、耐腐蚀性能，降低脆性断裂的倾向、增强其稳定性。 而施工中出现的问题，可以从焊接工艺方面入手解决，通过改善加工工艺，解决钢结构制作放样下料、拼装、焊接、涂装过程中出现的问题。钢结构加工工艺的基础知识 钢

5、结构加工工艺是从钢结构的生产准备工作开始的，它包括了结构的工艺方案和工艺规程设计、工艺评定、编制工艺文件。从材料入库真正开始钢结构制造工艺过程，包括材料下料加工、装配-焊接、涂饰喷漆，其中还包含返修工序，最后产出合格产品的全过程。 在实际生产中，钢结构加工工艺需要从多方面考虑，包括产品质量、生产效率、加工难度、原材料消耗等，工艺制定时不仅要满足这几个条件，还需要针对车间实际加工情况 、生产能力适宜的进行修改，制作出既能符合产品质量要求，又能满足车间生产的工艺文件。钢结构加工工艺的地位 工艺文件作为钢结构生产过程中最重要的指导性文件，直接影响到构件生产的效率、合格率、材料利用率及辅材消耗率等，与

6、企业的经济效益指标息息相关。 钢结构加工工艺就是在充分认知以上钢结构建筑以及原材料各种优缺点的前提下，以充分发挥钢结构建筑的优点，避免或降低其缺点为目标所进行的指导钢结构制作，安装等所有环节的重要文件。 工艺文件编制人员除进行理论知识的学习，更重要的是加强理论与实践的联系，完善、创新工艺文件，提高工艺文件的指导性，完善性，真正做到工艺指导生产，工艺指导车间。车间生产人员务必认识到工艺文件的严肃性，严格按照工艺文件要求的内容进行加工制作，真正达到工艺文件为钢结构加工制作增值的目的。 高效率-是产品高效率加工的基础 高质量-是产品质量的保证体系 低消耗-用最合理的消耗产品产出高质量产品钢结构加工工

7、艺 钢结构加工过程中最重要的是焊接，制定合理地焊接工艺能够有效提高钢结构质量，缩短工期，并且还能降低原材料的消耗。以下是钢结构加工过程中常见的问题： 一、焊接变形问题一、焊接变形问题 钢结构中焊接变形主要分为两大类：焊接变形和焊接残余变形。焊接残余变形又分为纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种。其中总想收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式。见图一： 以上出现的焊接变形问题，可以通过改善工艺来解决，具体工艺方案如下： 1、焊接顺序、焊接顺序 合理的焊接顺序能够有效地消除和减小焊接残余应力，并且焊接变形问题也能得到控制。 在焊接过程中先焊收缩量大的焊缝，后焊收

8、缩量小的，这样，可以适当降低焊件的刚度，使焊缝能够自由的收缩，减小焊接残余应力。 另外，合理的焊接顺序能够控制焊接变形。H型钢的焊接时，尤其要注意焊接顺序问题，图一为H型钢的焊接顺序，H型钢组装时按照图示顺序1、2、3、4进行焊接，这样焊后变形将会减小，但这样也不能完全消除变形，因为焊缝的增加其结构刚度逐渐增加后焊的焊缝变形比先焊的焊缝小，不能完全抵消变形。 不对称焊缝先焊焊缝少的一侧 因为先焊焊缝的变形大，故焊缝少的一侧先焊时，使它产生较大的变形，然后再用另一侧多的焊缝引起的变形来加以抵消，就可以减少整个结构的变形。 图一 H型钢的焊接顺序图二 起拱梁的焊接顺序12432341 2、焊接方向

9、、焊接方向 合理的焊接方向也可以控制焊接变形： 1、长焊缝同方向焊接。如T形梁、H型钢等焊接结构，具有互相平行的长焊缝，施焊时，应采用同方向焊接，可以有效地控制扭曲变形，见图6a。 2、逆向分段退焊法 同一条或同一直线的若干条焊缝，采用自中间向两侧分段退焊的方法，可以有效地控制残余变形，见图6b。 3、跳焊法 如构件上有数量较多又互相隔开的焊缝时，可采用适当的跳焊，使构件上的热量分布趋于均匀，能减少焊接残余变形，见图6c。 3、焊接层数的影响、焊接层数的影响1)横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆

10、焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。2)纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。 3、焊接反变形法、焊接反变形法 为了抵消焊接残余变形，焊前先将焊件向与焊接残余变形相反的方向进行人为的变形，这种方法称为反变形法。例如，为了防止对接接头产生的角变形，可以预先将对接处垫高，形成反向角变形见图7a。为了防止工字梁翼板焊后产生角变形，可以将翼板预先反向压弯见图7b。 采用反变形法控制焊接残余变形，焊

11、前必需较精确地掌握焊接残余变形量，通常用来控制构件焊后产生的弯曲变形和角变形，如反变形量留得适当，可以基本抵消这两种变形。 4、刚性固定法、刚性固定法 焊前对焊件采用外加刚性拘束，强制焊件在焊接时不能自由变形，这种防止焊接残余变形的方法称为刚性固定法。刚性固定法是在焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固 定，可有效防 止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，所以对于一些抗裂性较差的材料应该慎用。常用的刚性固定法有：H形，十字形构件组装时添加撑杆，工艺隔板等方法。 5、机械矫正法、机械矫正法 利用手工锤击或机械压力矫正焊接残余变形的方法叫机械矫正法。由于手工锤击矫形劳动强

12、度大，技术难度高，现已几乎不再采用，在部分薄板的焊后矫形也有较好的效果机械矫正效率高、速度快、效果好，通常采用的机械矫正如:H型钢翼缘矫正机。 6、火焰矫正法、火焰矫正法 利用火焰对焊件进行局部加热时产生的塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，以达到矫正变形的目的称火焰加热矫正法。 二、焊接坡口形式二、焊接坡口形式 采用坡口焊缝的主要目的是为了保证焊接接头能焊透而不出现工艺缺陷。 坡口的形式有很多种，如I形坡口、单边V形坡口，双边V形坡口、K形坡口、X形坡口、U形坡口等，坡口的选择主要是看钢材的板厚以及焊缝质量的要求。 坡口角度制定是根据板材的厚度，考虑施焊的可行性、焊材的填充量、焊接时焊透程度

13、等，目前车间使用的焊接坡口角度参照云南建工钢结构公司云南建工钢结构公司杨林总厂杨林总厂钢结构制作通用坡口样式钢结构制作通用坡口样式而定。 车间施工员在下料打坡口时应严格按照工艺规定进行加工，不得擅自更改坡口角度 ，坡口角度过大或过小都会影响焊接质量问题： 1）坡口角度过小，焊枪无法施焊或焊不透； 2）坡口角度过大，焊接所用焊材量加大、焊接时间增长，从而导致生产成本增加，另外填充量过大也会使焊接变形量增大，导致后序加工难度增加。 三、焊接缺陷问题三、焊接缺陷问题 1、引弧、熄弧缺陷、引弧、熄弧缺陷 焊接过程中，由于不设置引弧板、熄弧板或引弧熄弧操作不当，直接在母材上引弧和熄弧，会造成电弧擦伤母材

14、，在引弧或熄弧周围产生弧坑、裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷，严重影响焊缝质量。图示为焊接时不设置引弧、熄弧板或引弧、熄弧操作不当：左图：没有设置引弧、熄弧板右图：引弧、熄弧板使用不当，没有起到引弧、熄弧作用 2、定位焊焊接缺陷、定位焊焊接缺陷 定位焊普遍存在的缺陷，焊接随意性大，不注意焊脚尺寸和间距，影响后续焊缝的成型，并且可能造成焊缝根部强度达不到设计要求，形成缺陷。右图：定位焊随意，不注意焊脚尺寸左图：定位焊尺寸不规范，焊脚之间间距大 3、焊缝外观缺陷、焊缝外观缺陷 根据规范要求，对焊缝外观缺陷的控制原则是：凡是严重影响焊缝承载力的缺陷都是严禁的。所以，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一级

15、、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。且一级焊缝不得有咬边、未焊透、根部收缩等缺陷。 4、焊缝尺寸不符合规范允许偏差要求、焊缝尺寸不符合规范允许偏差要求 根据钢结构工程施工质量验收规范要求，钢结构焊接过程中焊缝尺寸也应满足验收规范要求在焊接过程中经常存在焊脚尺寸过小和过大现象，焊脚尺寸过小、不足设计要求，降低焊缝强度和承载力；焊脚尺寸过大，会造成周围母材“过烧”，焊缝处产生弯曲、翘曲变形，增大焊接收缩应力，影响外形尺寸和连接质量。 四、焊接预热问题四、焊接预热问题 重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下： （1）预热能减缓焊

16、后的冷却速度，避免产生氢致裂纹，同时提高了焊接接头的抗裂性。 （2）预热可降低焊接应力，有利于避免产生焊接裂纹。 （3）预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。 五、焊接电压、电流等参数的选择五、焊接电压、电流等参数的选择 焊接电流、电压、焊接速度是决定焊缝尺寸的主要能量参数，是焊缝成型的重要影响因素。 1、焊接电流 当其它条件不变时，电流是决定熔深的主要因素。增大电流能提高生产率，但在一定焊速下，焊接电流过大会使热影响区过大，易产生焊瘤及焊件被烧穿等缺陷。若电流过小，焊缝熔深不足，产生熔合不好、未焊透、夹渣等缺陷，影响焊缝成型。 2.焊接电压 其它工艺参数不变时，焊接电压是决定熔宽的主要因素。焊接电压过大时，焊剂熔化量增加，电弧不稳，严重时会产生咬边和气孔等缺陷。 3.焊接速度 其它参数不变时，焊接速度过快时，会产生咬边、未焊透、电弧偏吹和气孔缺陷，并且焊缝余高大而窄，成形不好；焊接速度太慢，则焊缝余高过高而形成宽而浅的大熔池，焊缝表面粗糙，容易产生满溢、焊瘤或烧穿等缺陷；焊接速度太慢而且焊接电压又太高时，焊缝截面呈“蘑菇形”