CN103934693B - 箱型结构柱/梁成型的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本加工工艺所涉及是钢结构箱型柱/梁加工制造的技术领域。箱型结构主要用于中、高、层建筑及桥柱等工程项目。本加工工艺主要针对现有技术中存在的一些具体问题：如隔板拼装工艺复杂、能耗大、技术性强、焊缝多、应力集中现象严重、加工成本高等问题进行研发的。实施本加工工艺首先将下好的板料压制成槽型，隔板拼焊后，组立成箱型截面结构，通过焊接、配件组装、焊接打磨、除锈喷漆等到成品。整个工艺极其简单，技术难度低，隔板可任意位置拼装焊接，且不用电渣焊，主焊缝成倍减少，无角焊缝，角部无应力集中现象，极大的降低了能耗和成本，节省材料。采用本加工工艺生产的产品可说是节能、减排、降耗、增效的绿色产品，本加工工艺与现有技术最显著区别特征是先压制成两个槽型构件在组立成箱型结构。

Description

箱型结构柱/梁成型的加工工艺

技术领域：

本发明涉及的是金属结构或特殊钢结构制造及加工的技术领域，由其针对箱型结构。

背景技术：

我和我同事在查阅了很多钢结构技术资料和钢结构杂志、并在国内外的网上检索了大量相关的现有技术。

目前国内大部分企业加工箱型柱/梁的现有技术有两种形式：

其一是四块条型板拼装成型的箱型结构，隔板要提前预拼装，另外必须用电渣焊设备，隔板焊完再焊四条主角焊缝而成的箱型结构。工艺复杂、工序繁多、措施用料多、角焊缝多，因此，应力集中现象特别严重，无法保证产品质量和结构的稳定性。最近几年新研制出来的全自动箱型柱/梁生产线，生产箱型结构的效率确实有所提高，但是，隔板拼装焊接工序繁琐，角焊缝应力集中的根本性问题没有解决，设备较多而且投资特别巨大。

其二是预热冷压成型性箱型结构，材料厚度受到一定限制，仅局限于10mm以下厚度，先通过预热冷压成箱型最后焊接完成箱型结构。该工艺机械化程度高，一条焊缝是它的优点，但是，无法安装隔板或者预想安装隔板，提高承载力，箱型结构件的长度受到了极大的限制，安装效率不高，由其焊缝的不对称性，会对结构的直线度造成很大的误差，给矫正工序带来了很大的麻烦，而且该自动化生产线存在设备复杂价格昂贵，占地面积大，需要高技能人员多等诸多不利因素，我们认为也不甚可取。

发明内容：

本发明涉及的是一种金属结构或特殊钢结构形式加工制造的技术领域。

目前现有技术存在的问题如，四块条形板拼装的箱型，角焊缝多，焊接产生的应力集中严重，隔板拼装工艺复杂，技术要求高，能耗大，生产的产品经济性较差。预热冷压成型的现有技术主要存在一条焊缝，结构应力较大，矫正困难，隔板无法安装，预想安装隔板构件长度受到极大的限制，生产线设备复杂，技术难度大等，通过我们发明的箱型结构柱/梁成型加工工艺办法，这些问题基本可以克服或改善。首先我们应当考虑具备一台大型折弯机床，压力应在3000吨，长度在10300mm，(10.3米)的大型折弯机，最大折弯厚度不小于32mm，开启高度1800mm，机床喉口深度1600mm，工作台高800mm，滑块行程 600mm，(建议使用W67K-3000/10000的机型)。考虑材料厚度及长度目前国内还有比这更大型的折弯设备可供使用参考。

第一：现就本发明的加工工艺、工艺步骤作详细介绍：

步骤1选定材质工序：

按设计图纸要求选定材质。我们的加工工艺完全适合于碳钢，不锈钢；

步骤2条板下料工序：

下料与H型钢下料形式有相同处也有不同处，不同处主要针对异形的箱型结构，将异形箱型结构展开图的仿形图数据输入数控切割机床直接切割下料即可，首先我们根据设计图纸的要求，计算出加工余量，包括切割损耗量及两条主焊缝的收缩量，折弯圆角部分做板厚处理，按板厚的中心径展开每个圆弧展开的长度分别加在每一个直边中，形成直条板的下料宽度如附图2，将原材料通过数控直条机或等离子切割机切割成条形板料或展开的异形板料，包括坡口加工，加工好后，将氧化铁彻底清理干净，然后将条形板料运至折弯机附近或折弯现场；

步骤3隔板下料工序：

隔板下料可根据设计图纸的要求利用数控切割机或等离子切割机下成两个半块，需要浇注混凝土的箱型柱可在隔板上开半圆孔，角上切割成30×30mm斜角。截面大于800mm的切角可割成80×80mm斜角为混凝土通浆用，也可使焊缝不连续，避免角部焊缝应力集中如附图4，不浇注混凝土的隔板可以不开孔，如附图3，不开孔的两个半块隔板拼装时需留6-8mm的间隙，来保证焊接热量和烟雾气体的流通，同时也避免焊接主焊缝时结构内部应力的聚增；

步骤4.压制成型工序：

将裁好的条型板料按设计图纸的要求进行压弯画线，制作成型的角度样板，然后将画好线的条型或异形板料吊到折弯机床的平台上进行折弯，注：大截面可能会出现板料不够宽要先拼接板，焊接完成后再下条形板料，折弯线处的焊缝应打磨成与母材平齐，打磨焊缝长度即折弯线两侧各不少于60mm，将条型或异形板料压制成如下形状见附图5，即完成一个压制流程，

步骤5，隔板拼装工序：

折弯成U型的构件如附图5附图6，由装配铆工将隔板如附图3附图4按加工图纸要求将隔板安装就位，检查无误后利用二保焊将隔板全部满焊，形成如下刨面结构见附图7、附图8、附图9、附图10，然后需要加装定位板的如附图8、附图10，加装定位板，待用，然后进入下道工序；

步骤6.箱型组立工序：

将两件如附图7或附图8，附图9或附图10，型成的构件一反一正的通过组立机进行组装，使之形成如下的结构剖面形式如附图11，附图12，在通过组立机的同时，处理好错边量，并进行加固点焊，需要说明的是：H型钢组立机需要做一个小小的技术改造，即在组立机横向的两个立柱上配置副立柱对称设置两套20t的小型液压气缸来调整构件的错边量问题，使之成为一个准箱型结构件，为了避免主焊逢焊接时的热收缩造成焊缝的内凹现象，在压制如附图5，附图6构件时，上口应比底边宽8-10mm，相当于为焊接主焊缝提前预留出了反变型的量，为了避免箱型截面的变形，除了设计隔板必装外，还可以适当增加数块工艺性的隔板，另外箱型截面大于900mm的由于组立机的横向空间必定有限，可以考虑人工先组立箱型，由于内部空间较大，因此，隔板可以后拼装，也不影响焊接，隔板拼装缝可与主焊缝错开，使结构更为合理如附图17/附图18，人工组立箱型时，间隙可用加紧丝调整，错边量可以用刀把楔子进行调整；

步骤7.龙门焊焊接工序：

首先要严格执行《焊接工艺规范》其中，坡口角度、钝边，焊缝两边打磨宽度，焊接电流电压运行速度、特殊材料、特殊厚度的材料要提前预热等在焊接工艺规范中都有详细规定焊工严格执行即可，打磨坡口及焊缝两侧成基本金属色，先用二保焊打底焊，然后翻个焊另一条缝，同样用二保焊打底然后龙门焊盖面，然后再翻个焊另一条缝龙门焊盖面，检查缺陷修补清理打磨焊渣飞溅，合格后打上焊工标记。箱型截面1400mm以上的可以用悬臂十字升降焊接机，焊接顺序同前，待探伤合格后转入下道工序；

步骤8.铆工拼装工序：

铆工按设计图纸的要求将牛腿、底板、连接板等配件装配就位点焊牢固，检查校对尺寸无误后流出焊接收缩量切铣端头，进入下道工序；

步骤9.二保焊按焊接工艺要求进行所有配件的焊接，焊接完成后清理焊接飞溅，检查有无漏焊及补焊后，做好焊工标记，转入下道工序；

步骤10矫正工序：

矫正工序按照图纸的技术要求矫正，矫正可以火焰加机械，这样效果更佳，质量标准见GB-50205；

步骤11.除锈工序：

除锈按照图纸的技术要求施工，除锈标准见GB-8923；

步骤12.喷漆工序：

按照图纸的要求进行喷漆；

步骤13.成品。

以上是本加工工艺的完整的加工工艺过程。

14.本加工工艺流程图见示意图：附图1。

15.本加工工艺适合的材料规格：

加工范围可覆盖截面在300mm---2000mm，厚度6mm--32mm的箱型或矩型及梯型截面。变截面不是很大的对称或不对称的箱型结构柱/梁，变截面箱型的侧面为如附图14，附图15，附图16，长度限制在 100m以内，如长度大于20m的构件可进行分段在厂内加工，另外截面较大的箱型结构还可以采取其它措施。

第二：本加工工艺与现有技术的国内外同类产品加工工艺相比有如下显著效果：

1.产品质量高：

(1).焊缝少：

本加工工艺生产的箱型结构无角焊缝，由于角上无焊缝避免了严重的应力集中的问题，本工艺主焊缝与现有技术相比焊缝少一倍，所以自然也就焊接缺陷少了一倍，对结构的强度及整体稳定性和产品质量以及使用寿命的提高都有显著的作用；

(2).对称性：

焊缝的对称性，由于对称焊缝在平面的中间，可以有效地避免箱型结构在长度方向上的整体扭曲，为焊接质量和截面造型的达标提供了保证；

(3).焊接质量：

与现有技术相比较，本加工工艺箱型柱的所有连接板及其配件都可在厂内焊接完成，又由于角焊缝变平焊缝焊缝质量容易保证，现场安装只是安装柱间横向的环缝拼接，从而增加了厂内的加工工作量，减少了现场的焊接工作量，是必会大幅度提高产品焊接质量；

(4).强度高：

在压制成型的过程中，由于机械的挤压，圆角部分的材料分子结构及晶间组织会更加致密，角部避免了严重的应力集中现象，从而会更进一步的提高箱型柱/梁结构的强度及抗震性能，在提高结构的使用寿命和保证安全方面有显著作用。

2.产品结构

(1).造型美观：

本加工工艺生产的箱型结构的主焊缝与现有技术的4条焊缝相比只有2条，且主焊缝在平面上，棱角变成了圆角，从而实现了产品造型美观；

(2).内部浇筑混凝土结构：

本加工工艺生产的箱型结构的隔板可以开半圆孔，隔板可任意布置不受任何限制，使混凝土浇注能顺利地通过箱型柱的隔板，混凝土震捣棒也能顺利地通过隔板的圆孔起到混凝土震实的作用，与现有技术的冷压成型式箱型柱相比较强度更高，承载力更大，可操作性更强；

(3).无填充物结构：

本加工工艺生产的箱型结构的内部无填充物的隔板可以不开圆孔，隔板可以任意布置不受任何限制；

(4).大截面：

如附图17、附图18截面大于900mm的隔板拼缝可以与主焊缝错开布置，使结构更加合理。

3.经济效益：

(1).前期设备厂房投资少：

主要需要一台大型折弯机，除了压型工序外其它工序完全可以由H型钢生产线上的机械来完成，与现有技术相比较，不用大型箱型柱生产线和电渣焊设备，所以节省了前期设备的大量投资，也节省了生产厂房占地面积，避免了大量的重复投资；

(2).中期加工成本低：

a.材料方面：本加工工艺生产的箱型结构的主焊缝与现有技术的4条焊缝相比较焊缝减少了一倍，且焊缝又在平面上，因此，焊接材料节约至少50％以上，另外隔板电渣焊的措施用料全部可节约下来；

b.人工费方面：

其一，由于加工工艺简单，工序少，因此需要的人工数少；其二，由于技术难度低，因此不需要大量高技能的工人；其三，由于机械化程度高，因此需要的人工数少，从以上三方面看大量降低了人工费用。

(3).后期安装成本低：

a.安装成本低：

20米以内的箱型构件完全可以在厂内加工完成，所有连接板及其配件都可在厂内焊接完成，长度大于20 米或更长的箱型构件可以分段在厂内加工完成，现场安装只做一个柱间横向的环缝拼接，减少了大量的高空焊接作业及焊接工作量，降低了大量的安装成本；

b.安装速度快：

本加工工艺减少了大量的现场焊接，高空作业量明显少于现有技术，吊车起吊次数大量减少，提高了安装速度，也缩短了安装周期；

C.安全保证：

由于高空作业的大量减少，安装安全事故率显著降低，确保了安全生产。

4.社会贡献：

(1).技术飞跃：

由于本加工工艺生产的箱型结构工艺及其简单合理，操作容易，在保证产品质量等方面与现有技术相比本工艺箱型结构可更上一层楼，从而为钢结构行业以及人类社会文明发展，作出了一项技术性革命的重大贡献；

(2).经济进步：

由于本加工工艺的工艺极其简单，操作容易，技术难度低等特点，特别适合于机械自动化生产，也就是箱型柱的产业化生产，同时也提高并带动了建筑业住宅及桥梁等产业的产业化加工进程，而且带动了其他行业的发展，从而本加工工艺提高了全社会的经济效益，同时也是为人类社会的文明发展提供了一项重大发明创造。

附图说明：

图1箱型柱梁成型的加工工艺流程图，

图2直条板下料的宽度，a＝h+1+b+1+h

＝2h+21+b

＝2(h+1)+b，

图3隔板b，

图4隔板c，

图5折弯成u型截面，折弯线在L弧长线的中点上，

图6折弯成u型截面，点上定位板的截面，

图7隔板焊接后的截面，

图8隔板焊接后及定位板点好后的截面，

图9隔板点焊好后的截面，

图10隔板点焊好后及定位板点好后的截面，

图11组立拼装后的箱型柱梁的剖面截面，

图12组立拼装后的箱型柱梁的剖面截面，因图15箱型截面结构的侧面为等腰梯形或正梯形的图形，

图13圆弧放大展开图。经板厚处理，按板厚的中心径展开，每个角上的折弯部分的展开长度为L，L＝∏ D/4，∏圆周率，D板厚的中心直径，R为板材厚度，

图14箱型截面结构的侧面为距型图形，

图15箱型截面结构的侧面为等腰梯形或正梯形的图形，

图16箱型截面结构的侧面为直角梯形的图形，

图17截面大于900mm的箱型结构组立后的箱型截面图形，

图18截面大于900mm的箱型结构b隔板组立后的箱型截面图形。

Claims (2)

1.箱型结构柱/梁成型的加工工艺，其特征有如下工艺步骤：

步骤1.选定材质工序：

按设计图纸要求选定材质，适合于碳钢、不锈钢；

步骤2.条板下料工序：

下料与H型钢下料形式有相同处也有不同处，不同处主要针对异形箱型结构，将异形箱型结构展开图的仿形图数据输入数控切割机床直接切割下料即可，首先根据设计图纸的要求，计算出加工余量包括切割损耗量及两条主焊缝的收缩量；折弯圆角部分做板厚处理，按板厚的中心径展开，每个圆弧展开的长度分别加在每一个直边中，形成直条板的下料宽度a，将原材料通过数控直条机或等离子切割机切割成条形板料或展开的异形板料，包括坡口加工，加工好后，将氧化铁彻底清理干净，然后将条形板料运至折弯机附近或折弯现场；

步骤3.隔板下料工序：

隔板下料可根据设计图纸的要求利用数控切割机或等离子切割机下成两个半块，需要浇注混凝土的箱型柱可在隔板上开半圆孔，角上切割成30×30mm斜角；截面大于800mm的切角可割成80×80mm斜角为混凝土通浆用，也可使隔板焊缝不连续，避免角部焊缝应力集中，不浇注混凝土的隔板可以不开孔，不开孔的两个半块隔板拼装时需留6-8mm的间隙，来保证焊接热量和烟雾气体的流通，同时也避免焊接主焊缝时结构内部应力的聚增；

步骤4.压制成型工序：

将裁好的条型或异形板料按设计图纸的要求进行压弯画线，制作成型的角度样板，然后将画好线的板料吊到折弯机床的平台上进行折弯，大截面可能会出现板料不够宽要先拼接板，焊接完成后再下条形板料，折弯线处的焊缝应打磨成与母材平齐，打磨焊缝长度即折弯线两侧各不少于60mm，将下好的板料压制成U构件，即完成一个压制流程；

步骤5.隔板拼装工序：

折弯成U型的构件，由装配铆工将隔板c或b，按加工图纸要求将隔板安装就位，检查无误后利用二保焊将隔板全部满焊，形成带隔板的U型构件，然后需要加装拼装定位板的加装定位板，待用，然后进入下道工序；

步骤6.箱型组立工序：

将两件已经焊接好隔板型成的U型构件一反一正的通过组立机进行组装，使之形成一件准箱型结构，在通过组立机的同时，处理好错边量，并进行加固点焊，需要说明的是：在组立机横向的两个立柱上配置副立柱对称设置两套20t的小型液压气缸来调整构件的错边量问题，使之成为一个准箱型结构件，为了避免主焊逢焊接时的热收缩造成焊缝的内凹现象，在压制U型构时，开口应比底边宽8-10mm，相当于为焊接主焊缝提前预留出了反变形的量，为了避免箱型截面的变形，除了设计隔板必装外，还可以适当增加数块工艺性的隔板，另外箱型截面大于900mm的，由于组立机的横向空间必定有限，可以考虑人工先组立箱型，由于内部空间较大，因此，隔板可以后拼装，也不影响焊接，隔板拼装缝可与主焊缝错开，使结构更为合理，人工组立箱型时，间隙可用加紧丝调整，错边量可以用刀把楔子进行调整；

步骤7.龙门焊焊接工序：

首先要严格执行《焊接工艺规范》其中，坡口角度、钝边、焊缝两边打磨宽度、焊接电流电压运行速度、特殊材料、特殊厚度的材料、要提前预热等在焊接工艺规范中都有详细规定焊工严格执行即可，打磨坡口及焊缝两侧成金属色，先用二保焊打底焊，然后翻个焊另一条缝，同样用二保焊打底然后龙门焊盖面，然后再翻个焊另一条缝龙门焊盖面，检查缺陷修补清理打磨焊渣飞溅，打上焊工标记，箱型截面1400mm以上的可以用悬臂十字升降焊接机，焊接顺序同前，待探伤合格后转入下道工序；

步骤8.铆工拼装工序：

铆工按设计图纸的要求将牛腿、底板、连接板等配件装配就位点焊牢固，检查校对尺寸无误后流出焊接收缩量切铣端头，进入下道工序；

步骤9.二保焊按焊接工艺要求进行所有配件的焊接，焊接完成后清理焊接飞溅，检查有无漏焊及补焊后，做好焊工标记，转入下道工序；

步骤10.矫正工序：

矫正工序按照图纸的技术要求矫正，矫正可以火焰加机械这样效果更佳，质量标准见GB-50205；

步骤11.除锈工序：

除锈按照图纸的技术要求施工，除锈标准见GB-8923；

步骤12.喷漆工序：

按照图纸的要求进行喷漆；

步骤13.成品。

2.如权利要求1箱型结构柱/梁成型的加工工艺，材料厚度6mm-32mm以内的方矩形；截面300mm-2000mm。