巴特勒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

　　轻型钢结构通常采用Q345和Q235钢，且大部分是Q345钢。Q345钢作为最常用、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。但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，通常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，也可以是环氧富锌类的。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，所以，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，或通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，并通过板材校平机，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，改善焊缝成型质量，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，将构件顺序通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，改善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，改善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，改善了作业环境，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。