技术准备:图纸审查、深入设计、加工制造方案、工艺试验。
物料准备:采购、检验、入库。
劳工组织准备:特殊作业认证、岗前培训、技术交底。
3.钢结构加工制造工艺
1.材料摆放和编号
钢结构制造过程的第一步是按照产品施工详图或零、部件图纸所要求的形状和尺寸,在排样表或平板上按1:1的比例画出产品或零、部件的实体,并求出实际长度,制作样品。
用0.50-0.75mm的铁皮或塑料板制作试样,用木杆、钢板或扁铁制作样棒,长度较短时可用木尺。样棒及样品应妥善保管,工程完工后方可销毁。
加工余量为3~5mm(焊接收缩、切割、铣削末端),允许偏差±1mm。
目前大多数厂家都采用CNC技术进行排版、物料编号。
2)物料编号(删除线)
根据样板在钢材上画出构件的实际样板,并做好各种加工标记,为钢材的切割做准备。
岗位描述:检查、核对材料;在材料上标记切割、铣削、刨削、弯曲、钻孔等加工位置,打孔,标记零件编号等。
集中材料编号方法、嵌套方法、统计计算方法以及剩余材料统一材料编号方法
2.切割(切削)
切割是将零件形状从原材料中分离出来。常用的切割方法有:气割、机械切割(剪切、锯切)和等离子切割。
气割
利用氧气与可燃气体混合产生的预热火焰,将金属表面加热到燃烧温度并使金属发生剧烈氧化,放出大量热量使底层金属自行燃烧。同时通过高压氧气射流,将氧化物吹走,形成狭窄、整齐的切缝。
气割设备灵活,成本低,精度高,可切割各种厚度的钢材,特别是弯曲部位或厚钢板,是目前应用最广泛的切割方式。
直线气割机
机械切割
这是通过冲压、切割、摩擦和其他机械方法实现的。
(1)冲剪切割:当钢板厚度≯12cm时,采用剪板机、联合冲剪机进行钢材切割,速度快,效率高钢结构加工制作,但切口稍粗糙。
(2)切割:采用弓锯机、带锯等工具对钢材进行切割,精度较高。
(3)摩擦切割:用摩擦锯床、砂轮切割机等切割钢材,速度快,但切口不够光滑,噪音大。
等离子切割
利用高温高速的等离子火焰将切口处的金属及其氧化物熔化并吹掉,完成切割,可以切割任何金属,特别是熔点较高的不锈钢及铝、铜等有色金属。
3.成型
根据设计要求,利用加工设备和一定的工装模具,将板材或钢材弯曲成一定形状的工艺过程。一般有冷弯和热弯两种方法。
(1)冷弯。钢板或型钢的冷弯工艺包括用卷板机滚弯、用压力机弯曲、顶弯、拉弯等。每道工序都应根据型材的截面形状、材质、规格、弯曲半径等做相应的膜,试验弯曲符合要求后方可进行正式加工。冷弯后零件的自由尺寸允许偏差应符合有关规定。
(2)热弯。又称焖弯,是将钢材加热到1000℃~1100℃(深黄色)后立即焖弯,在500℃~550℃(深黑色)前结束。钢材加热到1100℃以上,晶格中会产生裂纹,材料变脆,质量急剧下降,不能使用;低于550℃,钢材会发蓝变脆,焖弯质量无法保证,因此必须控制加热温度。
4.更正
钢材在储存、运输、起重和加工过程中都会发生变形,不符合技术标准的钢材及构件必须进行矫正。钢结构的矫正就是利用外力或加热等手段迫使钢材产生变形,使钢材或构件达到技术标准所要求的直线度或几何形状。
矫正方法有:火焰矫正(又称热矫正)、机械矫正和手工矫正(又称冷矫正)。
1.火焰校正
该过程是通过用火焰对钢材进行局部加热来完成的。加热的金属由于膨胀受阻而发生压缩塑性变形,导致较长的金属纤维在冷却后缩短。
影响矫正效果的因素:火焰加热位置、加热形式、加热温度。
对于低碳钢和普通低合金钢,火焰矫正加热温度为600~8000C。
(二)机械校正
矫直的目的是利用专门的矫直机使弯曲的钢筋在外力作用下产生过度的塑性变形。
拉伸机矫正:用于薄板扭曲、型钢扭曲、钢管、带钢、线材等的矫正。
压力机校正:用于板材、钢管、型钢的校正。
多辊矫直机:用于型材、板材等的矫直。
3.手动修正
它用锤击的方式进行,操作简单、灵活,用于小型钢材因校正力小、劳动强度大、效率低,或校正设备不方便使用时进行校正。
5.边缘处理
边部处理包括:将板边刨削2~4mm,以消除切割引起的边缘硬化;将钢板边缘刨成坡口,以保证焊缝质量;将钢板刨平或铣平,以保证装配精度和压力传递。
边缘处理方法包括:刮削、刨削、铣削和碳弧气刨。
①修边:修边有手工修边和机械修边两种,修边后边缘的垂直误差不得超过弦长的1/3000,且不得大于2mm。
②刨削:所用设备为刨削机,刨削有直边刨削和斜边刨削两种,一般刨削余量为2~4mm。
③铣边:所用设备为铣边机,工作效率高,能耗低。
④碳弧气刨:所用设备为气刨枪,高效、无噪音、灵活、方便。
6.钻孔
包括铆钉孔和螺栓孔,可用钻孔或冲孔的方式加工。钻孔用钻机,可用于钢板、型钢的孔加工;冲孔用冲孔机,一般只能在较薄的钢板、型钢上冲孔钢结构加工制作,孔径一般≮钢材厚度。施工现场可用电钻、风钻等打孔。
孔的制作精度、孔距等允许偏差应符合设计和规范的要求。
7.组装
组装又称拼接、组装、拼装,是将成品部品、半成品构件按照施工图纸的要求组装成独立的成品。钢结构组装的方法有地面样板法、仿形组装法、立式组装法、卧式组装法、模具组装法等。
①落地样板法:将构件样品按1:1的比例摆放在装配平台上,然后按照样品上各部件的位置进行装配。此装配方法适用于桁架、框架等小批量结构的装配。
②复制复制拼装法:先用磨削样板法拼装成单面(单件)结构,然后点焊牢固,翻过来作为复制模,在其上拼装另一单面结构,来回拼装两次。此拼装方法适用于截面相互对称的桁架结构。
③垂直装配法:根据构件的特点及其零件的稳定位置,选择自上而下或自下而上的装配顺序。这种装配方法适用于结构稳定、不太高或直径较大的圆筒。
④卧式装配法:将构件以水平位置放置进行装配。适用于截面较小、长度较大的细长构件。
⑤模装配法:利用模具将零部件定位在装配位置的装配方法。这种装配方法适用于制造大批量、精度较高的产品。
8.焊接
焊接是钢结构制造的关键步骤,参见第5章。
9.铣削端部、钻安装孔和摩擦面处理
对于受力较大的立柱或支撑底板,应将端部铣平,使力由受压面直接传给底板,以减小连接焊缝的焊脚尺寸。此工序应在校正合格后进行。铣削端部应根据构件形式采取必要措施,保证铣削端面垂直于轴线。
安装孔的钻孔一般在部件焊接后进行,以保证较高的精度。
摩擦面处理:处理后的高强度螺栓摩擦面抗滑移系数值应符合设计要求(一般为0.45-0.55)。摩擦面处理可采用喷砂、喷丸、酸洗、砂轮打磨等方法进行,一般应按设计要求进行,若设计无要求,施工单位可采用适当方法进行施工。
10.除锈、喷漆和编号
涂装环境温度应符合油漆产品说明书的规定,如无规定,环境温度应在5~38℃之间,相对湿度不大于85%,构件表面无结露、油污,涂装后4小时内应避免雨淋。
钢构件表面除锈方法及除锈水平应符合规范的规定,其质量要求应符合国家标准《涂装前钢材表面锈蚀程度及除锈水平》的规定。构件表面除锈方法及除锈水平应与设计所采用的涂层相适应。
施工图标注的不宜涂漆部位及安装焊缝、高强度螺栓摩擦连接面等30~50mm宽度范围内不得涂漆,油漆、涂层数、涂层厚度均应符合设计要求。
构件涂漆后应按设计图进行编号,编号位置应符合便于堆放、安装、检查的原则,对大型或重要构件还应标明重量、重心、吊装位置、定位标记。编号汇总应与运输文件、施工组织设计文件、质量检验文件等统一,竣工验收合格后方可重新涂漆。
4.钢结构预装配
由于运输、安装设备能力所限,或为保证安装顺利进行,需要将多个已完成的部件按设计的空间要求,在工厂内组装成一个整体,并检查各部件之间的连接情况,这称为预组装。
预拼装一般分为平面预拼装和立体预拼装两种状态,拼装后的构件应处于自由状态,不得强行固定。预拼装检查合格后,构件应做好上下定位中心线、标高基准线、交点中心点等必要的标记,必要时应焊接临时支撑、定位器。其允许偏差应符合相应规定。
预组装方法:平组装法、立组装法、模组装法。
(1)平装本
平焊安装方法操作简便,不需要稳定的加固措施;不需搭设脚手架;焊缝大部分为平焊,焊接操作简单,不需要技术水平很高的焊工。焊缝质量容易保证;校正、起拱方便、准确。
适用于组装跨度较小、构件相对较大的钢结构,如长度18m以内的钢柱、跨度6m以内的天窗架、跨度21m以内的钢屋架等。
(2)垂直组装法
采用垂直拼装法,可一次拼装多块;块体占地面积小;无需铺设或设立专门的拼装操作平台或枕木墩,节省材料和工时;省去了翻身工序,质量容易保证,不需增加专门用于翻身、运输、定位、堆放块体的起重设备,缩短了工期;块体拼装连接件或节点的拼接焊缝,可两侧对称焊接,避免了预制构件连接件或钢构件因节点焊接而变形,造成整个块体侧向弯曲。
但需设置一定数量的稳定支撑;块体纠偏、起拱较难;钢构件连接节点及预制构件连接部位焊接竖缝较多,增加了焊接作业的难度。
(3)采用模具装配法
模具是符合工件几何形状或轮廓的模型(内部或外部)。利用模具组装、焊接钢结构具有产品质量好、生产效率高等优点。对于批量生产的板结构、钢结构,应考虑模具组装。
桁架结构的装配模具常采用直线连接两点的方式制作,结构简单,性能良好。