1.前言

　　建筑輕鋼結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有跨度大、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)要求低、抗震抗風(fēng)能力強(qiáng)、外表美觀、建造周期短、維修費(fèi)用低等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而越來越受歡迎，得到了飛速的發(fā)展。

　　和重鋼相比，輕鋼結(jié)構(gòu)重量輕，用鋼量少、對(duì)基礎(chǔ)的承載要求更低，設(shè)計(jì)周期短、建造速度快，特別適合于建造大跨度結(jié)構(gòu)。現(xiàn)已在廠房、辦公樓、大型超市、物流倉庫、展示廳、機(jī)庫和室內(nèi)體育場(chǎng)館等產(chǎn)品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　傳統(tǒng)的輕鋼制作方式，采用機(jī)械和手工方式進(jìn)行組立、裝焊，自動(dòng)化程度不高、工藝流程不流貫，因而生產(chǎn)效率低，遠(yuǎn)不能滿足建筑輕鋼結(jié)構(gòu)飛速發(fā)展的需要。

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)針對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)化鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)流水線，占地面積小、布局緊湊，流程合理，充分體現(xiàn)了高速、高效和高精度生產(chǎn)的特點(diǎn)，取得了滿意的實(shí)際效果。

　　2.輕型鋼結(jié)構(gòu)的工藝特點(diǎn)

　　2.1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　輕型鋼結(jié)構(gòu)通常采用Q345和Q235鋼，且大部分是Q345鋼。Q345鋼作為最常用、成熟的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼，性能優(yōu)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，正是對(duì)焊接工藝最有利的厚度范圍。輕鋼結(jié)構(gòu)一般不采用箱型、十字型結(jié)構(gòu)，構(gòu)件絕大部分是H型截面。由于經(jīng)濟(jì)、受力、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，一般不采用軋制H型鋼，而大多數(shù)都采用焊接H型鋼。

　　對(duì)于H型實(shí)腹梁柱結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)焊接、裝配的自動(dòng)化。但是除了夾層梁和部分邊柱、中間柱為等截面外，大部分構(gòu)件是變截面形式，這也給焊接的自動(dòng)化提出了更高的要求。

　　2.2.切割方法

　　門式多頭火焰切割是翼板開條的主要切割方法，丙烯、丙烷、LPG類新型燃?xì)庖阎鸩饺〈艘胰病?/P>

　　腹板由于板厚較薄，而且大多是楔形形狀，通常采用數(shù)控等離子的切割方法。采用氧氣的等離子切割方法，切割速度快，切割質(zhì)量好，但對(duì)消耗電極的要求更高。

　　腹板的切割質(zhì)量對(duì)構(gòu)件的裝焊質(zhì)量有很大的影響。由于板厚較薄，切割后的變形或殘余應(yīng)力，將導(dǎo)致腹板的波浪型變形。切割邊緣的質(zhì)量會(huì)直接影響腹板與翼板間角焊縫的施焊和焊縫質(zhì)量。

　　2.3.焊接方法

　　焊接工藝和生產(chǎn)流程取決于H型鋼的組立、腹板和翼板間的主焊縫的焊接，因組立方法、焊接方法和焊接位置而異。如機(jī)頭移動(dòng)或工件移動(dòng)；水平位置或船型位置；單機(jī)頭或雙機(jī)頭；單絲或雙絲等。

　　對(duì)干薄板結(jié)構(gòu)來說，氣體保護(hù)焊無疑是最理想的焊接方法。因此，除了拼板采用埋弧自動(dòng)焊外，其余板件裝焊大都采用氣體保護(hù)焊。特別是富氬混合氣體保護(hù)焊，由于成型好、飛濺小，對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)更為適宜。

　　2.4.涂裝

　　為防止在堆放、運(yùn)輸和安裝過程中，不再銹蝕，并為進(jìn)一步涂裝打基礎(chǔ)，構(gòu)件焊接完成后需進(jìn)行預(yù)處理并噴涂底漆。

　　構(gòu)件表面處理除銹質(zhì)量等級(jí)要求達(dá)到Sa2.0～Sa2.5以上。根據(jù)構(gòu)件所處環(huán)境介質(zhì)的不同，選擇防銹底漆。輕鋼結(jié)構(gòu)底漆主要是醇酸類的，也可以是環(huán)氧富鋅類的。在安裝工地根據(jù)需要再涂刷面漆或防火涂料。

　　輕鋼結(jié)構(gòu)主要是H型實(shí)腹梁柱結(jié)構(gòu)，因而表面處理和涂裝工藝較簡(jiǎn)單，也容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化流水作業(yè)。表面處理采用拋丸工藝，滾道式或懸掛式送進(jìn)方式。噴漆一般為手工操作，結(jié)合懸掛式拋丸，也可是半機(jī)械化的流水線作業(yè)。

　　噴漆前的表面處理，對(duì)構(gòu)件底漆防腐效果非常關(guān)鍵，而漆膜厚度和均勻性將直接影響構(gòu)件的防腐性能。

　　2.5.主要工藝問題

　　由于輕鋼結(jié)構(gòu)和重鋼結(jié)構(gòu)在鋼種、板厚、結(jié)構(gòu)形式多方面有著很大的區(qū)別，因而在焊接制作上所面臨的主要難點(diǎn)和問題也有很大的區(qū)別。

　　如果說重鋼結(jié)構(gòu)由于鋼板厚、材料級(jí)別高、施焊條件差，制作問題主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的焊接可操作性、鋼材的可焊性、接頭焊接缺陷的防止等方面的話，輕鋼結(jié)構(gòu)主要是防止、減小焊接的變形及其矯正，提高焊接生產(chǎn)率方面的問題。

　　3.輕型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式

　　3.1.傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式

　　傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，焊接前必須組立。一般采用單機(jī)頭、船形位置焊，所以，H型鋼的焊接，即使單側(cè)焊縫，也要焊接兩次。

　　3.2.博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式，采用雙絲雙機(jī)頭、水平位置焊接，不需單獨(dú)組立，一次焊接成型。成型后也不必切割余量、鉆孔。

　　3.3.博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的對(duì)比區(qū)別

　　3.3.1.拼接方式

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的第一個(gè)區(qū)別，是翼板、腹板的拼接方式。

　　傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，是先把鋼板拼接到足夠大，然后劃線、切割成最終尺寸的翼板、腹板，其過程較難組成自動(dòng)流水線作業(yè)，制孔要待最終成型以后，手工或半機(jī)械化地完成。

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，所有翼板、腹板都是由標(biāo)準(zhǔn)鋼板，或切割好的板條，由專用設(shè)備直接加工成最終的翼板、腹板，拼接包含在流水作業(yè)過程中，制孔也是同步完成。

　　3.3.2.制孔方式

　　傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，沒有專用的制孔加工設(shè)備，構(gòu)件制作時(shí)長(zhǎng)度方向留出余量，為保證孔距孔位的精確性，制孔要待構(gòu)件最終成型后，手工或半自動(dòng)地完成。

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，所有腹板、翼板上的孔，全部是數(shù)控加工，在加工翼板、腹板過程中，同步完成。

　　3.3.3.精度控制

　　傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，由于膠囊控制長(zhǎng)度方向尺寸精度，要針對(duì)焊接切割裝配所產(chǎn)生的變形、誤差，在長(zhǎng)度方向留出余量，待最終成型以后，手工或半機(jī)械化地切除余量。

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)采用了計(jì)算機(jī)輔助的自動(dòng)切割、高效率焊接、剛性固定、液壓成型等一系列先進(jìn)工藝，無余量的精度制造方式。

　　3.3.4.組立方式

　　傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，是把翼板、腹板板條，在專用的組立架上，手工裝焊，或通過組立機(jī)間斷點(diǎn)焊組立。裝焊速度慢，組立精度低，而且裝焊組立的質(zhì)量對(duì)構(gòu)件焊縫質(zhì)量有很大影響。

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的最大區(qū)別，是H型鋼的焊接成型不需要組立。一套H型鋼專用焊接設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)拼焊、點(diǎn)固、焊接、成型一體化。

　　3.4.H型鋼的成型焊接

　　傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，將組立的H型鋼，固定于胎架船形位置，采用移動(dòng)的單機(jī)頭施焊。每焊一道要變換一次構(gòu)件位置，焊接速度不超過0.6～1.0m/分。

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)生產(chǎn)模式是將翼板腹板起始端簡(jiǎn)單點(diǎn)焊固定，送入專用的H鋼焊接成型設(shè)備，采用雙機(jī)頭，φ1.6mm雙絲，專用高速焊劑，在液壓定位、送給條件下焊接成型，速度高達(dá)1.5～2.0m/分。

　　3.4.1.博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式，布局簡(jiǎn)單，流程合理，自動(dòng)化程度高，構(gòu)件質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，制作周期短，材料利用率高。特別是在H型鋼制作過程中，沒有過多的中間產(chǎn)品、半成品囤積，不需要大面積的拼接、劃線、裝配、制孔場(chǎng)地，真正實(shí)現(xiàn)了流水作業(yè)，自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　4.博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕鋼結(jié)構(gòu)流水線的技術(shù)特征及主要制作工藝

　　4.1.板條的制備

　　翼板條采用多頭直條火焰切割機(jī)進(jìn)行鋼板分條，切割成系列寬度的板條。切割后去除板條邊緣的割渣、割瘤、氧化物，并通過板材校平機(jī)，將板條校平，按厚度和寬度分區(qū)存放待用。

　　4.2.翼板加工

　　按構(gòu)件翼板零件圖將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，在專用數(shù)控加工機(jī)上，進(jìn)行翼板條點(diǎn)固接長(zhǎng)、制孔、等離子切斷。采用埋弧自動(dòng)焊方法，焊劑銅襯墊單面焊工藝，在壓力架剛性固定下，進(jìn)行長(zhǎng)度拼接，制成翼板零件。

　　4.3.腹板加工

　　按構(gòu)件腹板零件圖，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，在數(shù)控等離子切割機(jī)上，同時(shí)進(jìn)行腹板切割和腹板的制孔。

　　當(dāng)腹板由不同厚度板材組成或由于長(zhǎng)度和套料原因必須拼接時(shí)，采用埋弧自動(dòng)焊方法，在壓力架剛性固定下，采用焊劑銅襯墊單面焊雙面成型工藝，進(jìn)行拼板。

　　4.4.焊接流水線

　　將翼板豎立，腹板頂升至翼板中心位置，用半自動(dòng)氣體保護(hù)焊，將H鋼起始端點(diǎn)焊固定。

　　在專用H鋼焊接成型設(shè)備上，采用雙機(jī)頭，Ф1.6mm雙絲，專用高速焊劑，在液壓定位夾緊、送給條件下，高速焊接成型。

　　4.5.多功能裝焊工作站

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)流水線，設(shè)立了10個(gè)手工焊接工位，全部采用氣體保護(hù)焊方法，按圖裝配、焊接端板、筋板、連接板等。要求熔透和部分熔透的角焊縫焊前還必須碳刨清根。

　　每個(gè)工位配備，一臺(tái)多用途、高性能的焊接電源，帶回轉(zhuǎn)懸臂的送絲機(jī)構(gòu)，獨(dú)立的行車，加上工作臺(tái)，和一系列打磨、切割、碳刨和裝配工具，每個(gè)工位就是一個(gè)多功能裝焊工作站。

　　4.6.富氬保護(hù)氣體

　　氣體保護(hù)焊是輕鋼薄板結(jié)構(gòu)最適合的焊接方法。為進(jìn)一步提高效率，改善焊縫成型質(zhì)量，博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)采用了氬氣含量高達(dá)90%以上的富氬混合氣體保護(hù)，進(jìn)一步減少了焊接飛濺，且降低了射流過渡的臨界電流，可在不太大的焊接電流下，實(shí)現(xiàn)無飛濺的射流熔滴過渡，獲得更高的熔敷速度，更好的焊縫質(zhì)量。

　　帶全自動(dòng)混配裝置的氣站和管路輸送系統(tǒng)，確保了高質(zhì)量氣體穩(wěn)定、不間斷地供給。

　　4.7.回轉(zhuǎn)式涂裝流水線

　　采用積放鏈?zhǔn)交剞D(zhuǎn)裝置的流水線，將構(gòu)件順序通過自動(dòng)拋丸機(jī)和噴漆房，進(jìn)行表面處理和噴漆，構(gòu)件裝卸安全方便。構(gòu)件懸掛式運(yùn)行，徹底暴露，拋丸除銹效果好，生產(chǎn)效率高。構(gòu)件拋丸處理后，經(jīng)過清理，立即進(jìn)入噴漆房，防止了第二次污染，保證了涂裝質(zhì)量。

　　5.單面焊工藝在輕型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　5.1.單面焊工藝原理

　　焊劑銅襯墊單面焊(FluxCopperBacking)工藝是一種采用銅襯墊和背面成型焊劑，在壓力架固定下，實(shí)現(xiàn)單面焊接雙面成型的高效率埋弧焊工藝。

　　5.2.腹板單面焊

　　由于博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)的腹板是在流水線上拼接，無法進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、清根。因此，初期生產(chǎn)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，以半自動(dòng)氣保焊方式焊接第二面。

　　實(shí)現(xiàn)了單面焊雙面成型工藝后，簡(jiǎn)化了工序，提高了焊縫表面和內(nèi)在的質(zhì)量，改善了手工焊接工位的工作環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。腹板拼接作為流水線的一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了單面焊雙面成型后，流水線更為完整，節(jié)奏更加流暢。

　　5.3.翼板單面焊

　　在腹板單面焊工藝獲得成功以后，又改制了單面焊設(shè)備和壓力工作臺(tái)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了翼板的單面焊工藝。

　　采用了焊劑銅襯墊單面焊(FCB)工藝后，大大簡(jiǎn)化了拼板工序，提高了拼接焊縫質(zhì)量和無損探傷的合格率，改善了手工焊工位的工作環(huán)境、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　5.4.薄板單面焊

　　雖然FCB單面焊工藝早已在造船業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，但應(yīng)用在輕鋼結(jié)構(gòu)制造中，尚屬首次。特別是l0mm以下薄板，因?yàn)椴蝗菀撰@得滿意的成型，一般視為單面焊應(yīng)用的難點(diǎn)。經(jīng)改進(jìn)的薄板單面焊工藝，解決了薄板單面焊工藝的難點(diǎn)，獲得了滿意的效果。

　　由于拼板在壓力架剛性固定下，一次完成，大大減小了腹板的焊接變形。這對(duì)于4～8mm的薄板焊變形來說，是非常重要的改進(jìn)。

　　6.實(shí)際生產(chǎn)效果

　　6.1.流水線生產(chǎn)特點(diǎn)

　　博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)先進(jìn)的流水線大幅度減少了工件搬運(yùn)的次數(shù)，自動(dòng)化程度高，車間占地面積少。每生產(chǎn)一噸鋼構(gòu)的生產(chǎn)場(chǎng)地只有5平方米/噸，僅為傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式單位產(chǎn)量占地面積的1/2～1/3。

　　6.2.生產(chǎn)效率

　　傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式，每生產(chǎn)1噸構(gòu)件，需工時(shí)25~30小時(shí)。而博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)的一條輕鋼流水線，配置工人55～60人，平均每生產(chǎn)一噸噸構(gòu)件，僅需工時(shí)12～15小時(shí)。生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)模式提高了1倍以上。

　　7.結(jié)語

　　7.1.博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式，布局簡(jiǎn)單，流程合理，機(jī)械化程度高，安全性好，真正實(shí)現(xiàn)了流水作業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　7.2.博思格建筑系統(tǒng)(巴特勒)輕型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模式，還體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)特點(diǎn)，生產(chǎn)效率高，構(gòu)件質(zhì)量好，材料利用率高。

　　7.3.在輕鋼結(jié)構(gòu)中首次應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了翼板和腹板拼接的壓力架焊劑銅襯墊(FCB)單面焊雙面成型工藝，簡(jiǎn)化了拼接工序，提高了焊縫質(zhì)量，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。單面焊的應(yīng)用使流水線更為完整，節(jié)奏更為流暢。

　　7.4.經(jīng)改進(jìn)的薄板單面焊工藝，解決了薄板單面焊工藝的難點(diǎn)，成功地應(yīng)用于l0mm以下的薄板平接單面焊，獲得了滿意的效果，取得了非常重要的進(jìn)展。