CN101695783B - 建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺，包括焊接前的工料选择、除锈、矫直工序，其特征在于，该焊接工艺还包括：切割钢管焊口端头的工序，坡口加工及检查的的工序，钢管对接组对工序，惰性气体保护焊接工序，焊缝外观检验工序。该工艺操作简单，工效高，成本低，可将废旧钢管重新加以利用，有效解决废旧短钢管积压问题，保障了建筑施工的安全，具有良好的经济及社会效益。

Description

建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种钢管焊接工艺，具体是指一种应用于焊接建筑行业的脚手架短钢管自动控制焊接工艺。

背景技术

在我国的建筑施工行业中，普遍采用φ48×3.5mm钢管来搭设建筑外脚手架及模板支撑架。但由于建筑物层高及外形尺寸的差异，施工时往往需要根据实际场地需要对钢管进行切割或焊接，以适应各种应用场合，由此产生如下问题：1)长短钢管比例不匹配，3米以上长钢管严重短缺，不能满足现场施工需求；2)需从外面购买或租借长钢管，由此造成施工成本增加，但库存短钢管资源不能充分利用；3)短钢管积压在库，占用场地，长期日晒雨淋，加重锈蚀，管壁变薄、重量变轻，质量下降，再利用时存在严重的安全隐患，甚至因不能使用而报废。

基于以上的现状及分析，有必要研究一种钢管对焊连接技术将大量闲置的短钢管接长后投入使用。通过调研，传统手工电弧焊对接技术采用内置钢衬套筒、人工转动、手工施焊的方式进行焊接，但是这种焊接方法的质量和安全性较差，效率低，成本高，难以广泛推广应用。为此，必须形成一套新型钢管对接焊接施工技术，以提高焊接质量、工效和降低成本为目标，以使对焊钢管各项性能指标达到原材钢管水平，并能替代非焊接钢管使用为目的；以对传统的焊接材料、设备、焊接工艺进行技术革新和技术改造为突破口，经过多方案对比分析，形成本发明专利技术内容。

发明内容

本发明旨在提供一种建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺，该工艺操作简单，工效高，成本低，可有效解决废旧短钢管积压问题，保障了建筑施工的安全，具有良好的经济及社会效益。

本发明采用的技术方案为：

建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺，包括焊接前的工料选择、除锈、矫直工序，其特征在于，该焊接工艺还包括：

A、切割钢管焊口端头的工序；

B、坡口加工及检查的的工序；

C、钢管对接组对工序；

D、惰性气体保护焊接工序；

E、焊缝外观检验工序。

所述的切割钢管焊口端头的工序，具体是采用手工方式按所需切割的长度将钢管端头送入切割夹具，启动自动控制开关，由自动气缸控制刀具进行切割，切割工艺要求钢管焊接端口切平，切口平面与钢管中心线垂直。

所述的坡口加工及检查的工序，具体是用端面加工倒角机对切割好的钢管焊接端口开45°-70°V型坡口，优选为60°，加工完的坡口应切面光滑，不得有裂纹和分层，否则应重新切割并开坡口。

上述的坡口加工及检查的工序，还包括坡口加工完毕后，对母材端面进行清理的工序，焊口端部20mm内和坡口面不得有油或油漆、水、锈等杂质，防止焊缝产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

所述的钢管对接组对工序，具体是使用自动焊接机床对待焊钢管进行焊接前组对定位，要求组对钢管壁厚相同，两段钢管分别固定在焊接机床两边三爪卡盘上，保证两条对接钢管同一轴心。

所述的惰性气体保护焊接工序，包括：

a、钨极氩弧焊二次输出回路采用直流正接，工件接正极，钨极为负极；

b、钨极惰性气体保护焊时，由自动焊接机床双卡盘带动一组对接钢管等速同步旋转，采用焊枪相对由焊件接缝的右端向左端移动的左向焊法；

c、钨极伸出喷嘴的长度，一般取1-2倍钨极直径；钨电极与焊件距离取1.5倍以下钨电极直径；焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大；

d、钨极氩弧焊电极为纯钨或活化钨为材料，电极尖端部常加工为圆锥形，圆锥顶角的夹角为20～30°或90°，要求尖端部位位于电极的轴心线上；

e、对单面60°V型坡口对接焊应由基层开始向外分层焊接；

所述的自动焊接机床操作程序包括：开启焊枪冷却器-开启氩气、压缩空气-开启焊机电源-开启机床电源-开启机床控制面板电源-设置各项焊接参数-试焊-参数修正-转入成批自动焊接。

所述的焊缝外观检验工序，包括拉伸试验，弯曲试验，压扁试验，磁粉检测，宏观酸蚀性试验。

本发明具有优异的使用效果，具体如下：

1、采用光电控制晶体管脉冲钨极氩弧焊自动对接钢管技术，自行研制的自动对焊钢管成套设备性能先进，成本低、操作简单，可提高施工工效，保障施工质量。

2、焊接过程中，自动焊接机床转盘控制组对钢管均速同步转动，焊口受热均匀，焊剂分布匀称；钢管端部开口60°坡度，用氩气保护，工件自动旋转焊接，焊液分布均匀，不易产生气孔，焊接质量好、焊口表面平整光滑、安全系数高。

3、焊接中采用光电技术控制钢管焊口几何尺寸，克服了传统手工电弧焊质量不稳定和几何尺寸难控制的问题。

4、可按工程施工实际需要长度焊接定尺钢管，能有效避免现场施工中将长钢管锯短和增加搭接的现象，节约扣件，使用方便，省工省料。

5、焊接钢管通用性好，符合建筑施工脚手架钢管材质要求。

6、短钢管对焊接长，可实现短料长用，以及废料再利用，符合国家节能减排政策要求。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明自动焊接机床控制示意图。

图3为本发明钢管开坡口示意图。

图4为本发明焊接电流波形图。

图5为本发明自动钨极氩弧焊接工艺参数表。

图6为本发明自动焊接机床技术参数表。

具体实施方式

本发明工艺由一系列新型设备组合而成，形成成套流水作业工序，该工艺包括如图1所示的选料、除锈及矫直、切割焊口端头、V型坡口加工、对接组对、惰性气体保护焊接以及焊缝外观检验工序。

(1)钢管选料

焊接钢管需满足直径φ48、壁厚3.5mm。根据施工需用的钢管长度要求，选择两根短钢管，两根短钢管总长度略大于所需长度，且2条组对钢管壁厚相同。

(2)钢管除锈、矫直

采用GJC-48A型脚手架管专用矫直机对筛选出的待焊钢管进行表面清理、除锈和调直。

(3)切割钢管焊口端头

用金属圆锯机垂直切割待焊钢管的端部。锯切时，采用手工方式按所需切割的长度将钢管端头送入切割夹具，启动自动控制开关，由自动气缸控制刀具进行切割。须保证钢管焊接端口切平，切口平面与钢管中心线垂直。

(4)V型坡口加工

1、用端面加工倒角机对切割好的钢管焊接端口开45°-70°V型坡口，优选为60°，如图3。

2、加工完的坡口应进行外观检查，要求切面光滑，不得有裂纹和分层，否则应重新切割并开坡口。

3、坡口加工完毕，要对母材端面进行清理，焊口端部20mm内和坡口面不得有油或油漆、水、锈等杂质，防止焊缝产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。

(5)钢管对接组对

使用自动焊接机床对待焊钢管进行焊接前组对定位，要求组对钢管壁厚相同，两段钢管分别固定在焊接机床两边三爪卡盘上，保证两条对接钢管同一轴心。自动焊接机床技术参数见图5。

(6)惰性气体保护焊接

焊接时，使用晶体管脉冲钨极氩弧焊接机3控制气泵4对自动焊接机床1输入保护气体，自动焊接机床上的控制箱5控制焊枪6、送丝机构7等其它装置达到控制自动焊接的目的，如图2所示。液体循环冷却器2为焊嘴降温，使之不易损坏。自动焊接机床上装设一组光电开关2，通过控制电路上装设的收光器接收发射电路发出的光信号，控制钢管焊口几何尺寸。施焊中，焊缝的几何尺寸小于或等于钢管直径时，电路畅通；焊缝大于钢管直径时，电路自动断开。采用脉冲钨极氩弧焊，在氩气保护下，使钨极端头、电弧和熔池金属不与空气接触，电弧燃烧稳定，热量集中，有利于形成致密的焊接接头，性能良好。脉冲钨极氩弧焊机控制气泵对自动焊接机床输入保护氩气，自动焊接机床上的自动程序控制装置可实现对焊枪、送丝机构、氩气流量、焊接工艺参数、工件转速等的自动控制，达到自动焊接目的，并且对钢管对焊环形焊缝起焊点有记忆功能，保证焊接终点与起点能自动重合，防止局部超焊。

WDGH-02型自动接管专用机床与晶体管钨极氩弧焊机配合，通过自动机床上配置的智能化焊缝自动跟踪调节系统装置，可实现焊缝自动跟踪焊接，提高焊接自动化。同时机床具有脉冲检测功能，通过设置，即可实现任意焊接长度的自动焊接。自动焊接机床操作程序：开启焊枪冷却器-开启氩气、压缩空气-开启焊机电源-开启机床电源-开启机床控制面板电源-设置各项焊接参数-试焊-参数修正-转入成批自动焊接，见图4。

焊接工序中应注意下述几个方面：

①、钨极氩弧焊二次输出回路采用直流正接。工件接正极，钨极为负极。阴极区发射电子，温度低，钨极不容易烧损，使用寿命长，可以使用较大的焊接电流。采用该焊接工艺，焊缝熔深大而熔宽窄，生产率高，工件的收缩和变形也小，形状保持良好，适合焊接碳钢等，能够形成稳定均匀的焊缝。

②、钨极惰性气体保护焊时，由自动焊接机床双卡盘带动一组对接钢管等速同步旋转，采用焊枪相对由焊件接缝的右端向左端移动的左向焊法，气体保护效果好，焊缝成型美观。

③、钨极伸出喷嘴的长度，一般取1-2倍钨极直径；钨电极与焊件距离一般取1.5倍以下钨电极直径；钨极氩弧焊喷嘴孔径为5～20mm，对应保护气体流量为5～25L/min，焊接碳钢可选用4-5号喷嘴。焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大。

④、钨极氩弧焊电极为纯钨或活化钨为材料，其特征在于电极的一端削尖，要求尖端部位位于电极的轴心线上。电极尖端部常加工为圆锥形，圆锥顶角的夹角为20～30°或90°，最大限度的消除钨极尖端形状对电弧稳定性的影响，提高焊接稳定性和焊缝质量，并延长钨电极的使用寿命。

⑤、对于Q215脚手架用无缝钢管，通常壁厚δ＝3.0～3.5mm，选取相同壁厚钢管进行组对，对单面60°V型坡口对接焊应由基层开始向外分层焊接，保证对接焊缝完全焊透，表面平整。

⑥、钨极氩弧焊的规范参数值与被焊材料种类、板厚及接头型式有关。脚手架钢管对接焊接工艺参数的选择见图6。

⑦、晶体管脉冲钨极氩弧焊机对脉冲电流控制精确，能全面地控制脉冲电流的各项参数。通过自动程序控制系统可对相关焊接工艺参数进行大范围无级调节，且各项参数调节时均保持独立，不相互影响。

⑧、选用小直径钨极，圆锥形尖端夹角30°，且选择短时大电流焊接脉冲即窄脉冲，可得到深宽比接近2∶1的焊道；能将根部焊道或薄件熔透，并在焊接熔池明显下陷之前凝固。通过适当选择大电流脉冲高度和脉冲时间及小电流脉冲高度和脉冲时间的比例，可以把热影响区的尺寸减至最小。

(7)焊缝检验

①外观检测

通过机床上的控制开关控制激光信号，对钢管焊缝的几何尺寸、表面平整度进行自动控制。焊接过程中，焊缝的几何尺寸小于或等于钢管直径时，电路畅通；焊缝大于钢管直径时，电路自动断开。焊缝在氩气保护下，钨极端头、电弧和熔池金属不与空气接触，形成致密的焊接接头，表面平整。

②抽样检验

焊接的钢管接头按规范进行抽样，经拉伸、弯曲试验，压扁试验，磁粉检测，宏观酸蚀性试验等各项检测，结果证明焊接接头的各项性能均达到母材的水平。

焊接施工环境条件需满足下列要求：

①、焊接设备输入电源为380V，要求电压波动范围为±5％。

②、环境温度范围：-25℃～40℃，并保证环境空气流通。

③、钨极氩弧焊，要求风速应小于20m/min。

④、空气相对湿度应小于85％。

⑤、作业场地应平整，无严重振动，保证机床安装时床身平面尽量放平，最大允许误差0.15mm。

⑥、焊接场所应有防风、雨、雪措施。

(8)安全措施

①焊工上岗施焊应穿戴好劳动保护用品，防止电弧光中的紫外线和红外线灼伤、烫伤和触电事故发生。

②焊接手把的绝缘性能要经常检查。钨极氩弧焊接时，应加强焊接区的通风。在不能进行通风的局部空间施焊时，应戴供给新鲜空气面罩或防毒面具。

③焊机外壳要可靠接地，接地电阻不得大于10Ω；设立单独开关，拉合闸刀时要戴好绝缘手套，脸部侧向操作。

④施工现场不得有易燃、易爆物品。

⑤每次施焊工作结束后，应切断焊机电源，并检查操作地点，确认无火灾隐患后方可离开现场。

(9)环保措施

①氩弧焊的引弧与稳弧措施应采用晶体管脉冲装置，不得用高频振荡装置，防止高频电磁场辐射。应定期对焊接工作场所进行电磁辐射检测，不得超过卫生标准规定的8小时接触允许辐射强度：20伏/米，并采取防电磁辐射措施。

②氩弧焊电极不得用钍钨棒而用铈钨棒或钇钨棒，防止产生放射线伤害。

③磨削电极钨棒应配备专用砂轮，砂轮机要安装除尘设备，砂轮机地面上的磨屑要经常作湿式扫除，并集中深埋处理。操作时应戴防尘口罩，磨削完毕后应以流动水和肥皂洗手，并经常清洗工作服和手套等。

④焊接时选择合理、规范的参数，避免钨棒过量烧损，产生大量焊接金属粉尘；以及臭氧、氮氧化物、一氧化碳和氟化氢等有毒气体。应加强作业场所通风和个体防护，防止中毒。

⑤待焊钢管端头切割后的余料和V型坡口加工产生的金属碎屑应集中回收；金属切割设备冷却液、机油等应防止洒漏污染土壤，对洒漏油料应即时用砂进行收集处理。

Claims (3)

1.建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺，包括焊接前的工料选择、除锈、矫直工序，以及切割钢管焊口端头的工序、坡口加工及检查的的工序、钢管对接组对工序、惰性气体保护焊接工序和焊缝外观检验工序，其特征在于，

所述切割钢管焊口端头的工序，具体是采用手工方式按所需切割的长度将钢管端头送入切割夹具，启动自动控制开关，由自动气缸控制刀具进行切割，切割工艺要求钢管焊接端口切平，切口平面与钢管中心线垂直；

所述的坡口加工及检查的工序，具体是用端面加工倒角机对切割好的钢管焊接端口开单面60°V型坡口，加工完的坡口应切面光滑，不得有裂纹和分层，否则应重新切割并开坡口；

所述钢管对接组对工序，具体是使用自动焊接机床对待焊钢管进行焊接前组对定位，要求组对钢管壁厚相同，两段钢管分别固定在焊接机床两边三爪卡盘上，保证两条对接钢管同一轴心；

所述的惰性气体保护焊接工序，包括：

a、钨极氩弧焊二次输出回路采用直流正接，工件接正极，钨极为负极；

b、钨极惰性气体保护焊时，由自动焊接机床双卡盘带动一组对接钢管等速同步旋转，采用焊枪相对由焊件接缝的右端向左端移动的左向焊法；

c、钨极伸出喷嘴的长度，取1-2倍钨极直径；钨电极与焊件距离取1.5倍以下钨电极直径；焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大；

d、钨极氩弧焊电极为纯钨或活化钨为材料，电极尖端部加工为圆锥形，圆锥顶角的夹角为20～30°或90°，要求尖端部位位于电极的轴心线上；

e、对单面60°V型坡口对接焊应由基层开始向外分层焊接；

所述的焊缝外观检验工序，包括拉伸试验，弯曲试验，压扁试验，磁粉检测，宏观酸蚀性试验。

2.根据权利要求1所述的建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺，其特征在于，所述坡口加工及检查的工序，还包括坡口加工完毕后，对母材端面进行清理的工序。

3.根据权利要求1所述的建筑用脚手架短钢管自动控制焊接工艺，其特征在于，所述的自动焊接机床操作程序包括：开启焊枪冷却器-开启氩气、压缩空气-开启焊机电源-开启机床电源-开启机床控制面板电源-设置各项焊接参数-试焊-参数修正-转入成批自动焊接。

Images