济南某大型体育场钢结构管桁架制作、加工施工方案鲁班奖

济南某大型体育场钢结构管桁架制作、加工施工方案鲁班奖内容摘要：

焊二组电焊三组涂装车间 27 （四） 主桁架的出厂状态 主桁架 拼装 截面尺寸较大， 高为 5～ 7 米，宽为 6+3=9 米， 如果采用工厂整体加工出厂的 形式，会给运输造成困难，同时，由于体密度较小， 会大大增加运输的成本，根据以往工程施工的经验，决定采用 现场杆件下料，现场组装成型的方式 ，其中上弦杆有一段需要煨弯，拟在厂内煨弯后运至现场组装。 （五） 下料工艺 采用的切割设备 采用专用切割设备――数控 六轴管 相贯线切割机，其工作照片及性能参数如下图所示。 28 数控六轴管 相贯线切割机的参数 项 目 特 征 数 值 最大切管直径 800 毫米 最大切管壁厚 40 毫米 切割焰种类 乙炔（丙烷）火焰和等离子 最大切管长度 14 米 采用 CAD/CAM 集成技术进行管结构制作加工过程 CAD/CAM 技术是我国钢结构制造技术近期的发展方向，是建筑业十 项新技术的内容之一。 钢结构 CAD 技术可以保证钢结构设计的准确性，提高设计效率， CAM 技术则可显著提高钢结构加工效率、节省钢材，这两个技术的集成应用对于提高设计与施工速度和精度，降低工程成本有积极意义。 29 目前管结构设计加工过程流程图 目前我国大部分管结构设计、加工过程制作如上图所示。 第一步由设计单位生成管结构施工图纸（一般为蓝图或电子介质）；第二步通过大量的手工操作转化为加工图纸，这个过程不仅耗 时，由于存在大量的手工操作，而且非常容易出错；第三步将加工图纸通过数控管相贯线切割机制造厂家或其它专业单位提供的软件将加工图纸转化为管相贯线加工数据，这个过程同样耗时，而且非常容易出错；第四步将相贯线加工数据输入到数控机床进行管相贯线切割。 30 采用 CAD/CAM 集成技术进行管结构设计加工过程流程图 采用 CAD/CAM集成技术进行管结构设计加工制作过程如上图所示。 第一步是第一步由设计单位生成管结构施工图纸（ CAD 技术，一般采用电子介质）；第二步可以直接由管结构分析设计模型直接加工图，并生成构件加工数据 直接输入到数控切割机进行管件加工制作。 采用CAD/CAM 技术省略了从施工图纸向加工图纸转化及由加工图生成构件加工数据的过程，由于省去了中间所有需手工操作的环节，因此不仅可以避免出现错误，还节省了转化加工图及加工数据所需的大量时间，这样即可以提供管结构的制造加工效率，也可以提高管结构的加工制造质量，详见《济南 **体育中心体育场屋面钢结构分析报告》。 （六） 煨弯工艺 可供选择的煨弯方法 两种煨弯工艺：中频煨弯 与 机械冷弯。 31 中频煨弯 （ 1） 工作照片及性能参数 中频煨弯机性能参数 型号 功率（ kW） 煨弯范围（ mm） WG500 40 50~500 WG250 25 50~250 （ 2） 工作流程及过程注意事项 避免多次加热。 多次加热会导致材质变脆，造成硬化。 同时，加工温度过低时，应避免强行弯曲，因钢材在 500℃以下时，极限强度与屈服点到达最大值，塑性显著降低，处于蓝脆状态。 受力后会导致内部组织破坏，产生裂纹。 1）该设备为非标弯管设备。 2） WG500 可弯制Ф 50~500mm 管件， WG250 可弯制 50~250mm管件。 32 3）能弯制壁厚 70mm 以下的碳钢、合金钢、有色金属管和各种异径管、型钢等。 4）弯曲半径角度在规范允许范围内可任意选择。 5）工作流程： 计算机准备→置入杆件→夹紧作业→中频加热→煨弯→校正→冷却→取出杆件。 6）煨弯精度： ■曲率半径：≤ 1%R ■弯曲矢高：≤177。 5mm 7）检验工具： 钢性范本，其厚度为 2mm，用数控切割机下料制成。 机械冷弯 此种加工方法的优势在于：避免由于加热对材料材质的不良影响。 以往的工程经验表明：机械冷弯成本低，完全可以保证煨弯精度，工作效率能够满足需要。 33 下面为补煨工艺。 设计半径+修正值卡具剖面AA工作状态示意图AA可以自由拆卸千斤顶杆件杆件冷弯加工 （ 1） 弯曲精度： ■曲率半径：≤ 1%R ■弯曲矢高：≤177。 5mm （ 2） 冷弯顺序： 确定材料的回弹值→绘制地样→安装卡具→放置杆件→千斤顶加力→局部加热→静置→拆除千斤顶→弧度校验→ 修整→成型。 （ 3） 工序阐述 34  什么要确定回弹值。 外力撤掉后曲线会反弹，依设计弧度绘制地样是不准确的。  如何确定地样弧度。 设计弧度 +弧度修正值。  如何获得 弧度修正值。 模拟试验值 +经验值 =弧度修正值。 （七） 组立及预装工艺 胎架形式 35 杆件标识 （ 1） 管相贯时其轴线均相交，各主管需参照同一个平面为基准面。 （ 2） 支管相贯接头的两端，用样冲在 0176。 、 90176。 、 180176。 、 270176。 的 位置作标志。 36 主管用洋冲在 0176。 、 90176。 、 180176。 和 270176。 的方向作好标志，按照各支管的轴线距离，在主管的外管壁上，位于主管和支管的轴线相交点的垂直面处，作出标志。 37 （ 3） 在主管的外管壁上，作出支管的角度位置。 （ 4） 装配时先按照主管图纸尺寸、位置组装，并点固好主管，支管0176。 至 180176。 轴线应与主管上的支管位置点在同一直在线。 桁架起拱 在详图深化阶段，将起拱度加以考虑，施工图中的杆件尺寸是起拱以后的尺寸；起拱后，腹杆与弦杆的尺寸都有相应的变化；加工时的放样图是根据施工图中提供的尺寸绘制。 （示意如下） 38 重锤 考虑 起拱后的标高设定。 考虑 起拱后的标高设定。 预装流程 1） 预装第一步 2） 预装第二步 39 3） 预装第三步 4） 预装第四步 40 （八） 焊接工艺 本工程焊接的难点介绍 （ 1 ） 钢 管 与 铸 钢 之 间 焊 缝 的 焊 接 过 程 铸造工艺决定铸钢与钢 管的连接部位，不是等壁厚连接。 铸件作为一个不规则整体，各个方向的约束不一样，焊接内应力的聚集会导致局部产生裂纹，这是铸钢件焊接必须要认真对待的问题。 解决办法：焊接之前必须对铸钢件进行整体预热，焊接之后，进行去应力热处理。 热处理完毕后，用磁粉对表面进行检测，看焊接裂纹是否出现。 41 （ 2） 减小焊接收缩对 桁架尺寸 的影响的措施 对于管桁架而言，腹杆众多，交汇部位的焊缝密集，交汇点多，如果不采取措施，焊接收缩会对 桁架尺寸 产生影响。 采用氩弧焊打底，由于电弧受到氩气流的压缩与冷却作用，电弧集中，热影响区小，焊接变 形较小。 随后跟进二氧化碳气保焊后续焊层，出于同样的机理，焊接变形也相应较小。 上弦与下弦同时施焊，使变形抵消。 焊接完毕，对弦杆进行检验，看是否有超差出现。 焊接材料： （ 1） 焊条 电焊条采用低氢钠型 E5015（ J507），低氢钾型 E5016（ J506）。 此焊条的主要用途是焊接中碳钢和某些重要低合金结构钢。 （ 2） 焊丝 1）埋弧焊丝：采用 H10Mn2（镀铜）。 焊丝直径采用 或 毫米。 焊丝化学成分如下： 焊丝的化学成分及力学性能 牌 号 焊丝化学成分（％） 熔敷金属力学性 能≥ C≤ Mn Si≤ Cr≤ Ni≤ P≤ S≤ δ b δ s δ 5 （％） MPa H10Mn2 2 ～ 7 410～550 300 22 2）气体保护焊丝：采用 650650ERMG ，具有优良的焊接工艺性能，焊丝溶化速度快，熔敷效率高，电弧稳定，焊接飞溅极小，焊缝成型美观， 42 并且抗氧化锈蚀能力强，熔敷金属气孔敏感性小，全方位施焊工艺性好；适用于碳钢及 500Mpa 级强度钢的 焊接。 焊丝的化学成分及力学性能 焊丝化学成分（％） 熔敷金属力学性能≥ C≤ Mn Si≤ Cu≤ P≤ S≤ δ b δ δ 5 （％） MPa ～ ～ ～ 500 420 22 焊丝直径选用 毫米。 （ 3） 焊剂 与 H10Mn2 相对应的焊剂采用 HJ431。 熔炼型高锰高硅低氟焊剂，红棕色至浅黄色玻璃状颗粒，粒度为 ～ ，可采用交直流两用，直流时焊丝接正极，焊接工艺性能良好。 （ 4） 保 护性气体 用于气体保护焊。 气体组成为 CO2（ 80％）＋ Ar（ 20％）。 气体纯度不应低于 ％（体积法），其含水量不应大于 ％（重量法）。 焊接工艺评定 焊接工艺评定是编制焊接工艺的基础。 《钢制压力容器焊接工艺评定》（ JB47082020）对焊接工艺的编制过程作出详细的规定。 我公司在以往的工程项目中，有针对性的做了大量焊接工艺评定，对焊接施工具有重要指导意义。 本工程材料为碳素结构钢与低合金结构钢。 焊接性能良好，在以往焊接施工中，针对本钢种积累了丰富的经验，经过大量试验证明，焊缝 43 质量优良。 焊接工艺评定程序焊接参数焊接材料评定项目确定焊接过程要求编制方案试板下料坡口加工试板焊接试板加工试验（理化性能、宏观金相等）试验报告热处理热处理 焊接工艺参数 焊接工艺参数 焊 接 方 法 焊材 牌号 焊接 位置 焊条（焊丝） 焊接条件 直径 （ mm） 焊接 电流 （ A） 焊接 电压 （ V） 焊接 速度 (cm/min) 手弧焊 J426 J507 全位置  100~130 22~24  150~190 23~25  180~220 24~26 44 焊 接 方 法 焊材 牌号 焊接 位置 焊条（焊丝） 焊接条件 氩弧焊 H10Mn2 全位置 φ 90~120 12~15 气保焊 H08Mn2SiA+CO2+Ar 平焊 横焊  导电嘴到工件的距离5~20mm。 260177。 10% 29177。 7% 33177。 25% 290177。 10% 30177。 7% 33177。 25% CO2气体流量 20~25L/Min 焊前准备 （ 1） 焊条的使用与保管 1）各类焊条必须分类、分牌号存放，避免混乱； 2）焊条必须存放于通风良好、干燥的仓库内。 须垫高和离墙 米，使上下左右空气流通。 仓库内保持一定的温度与湿度，温度 10~25 度，相对湿度小于 65%。 3）焊 条应有制造厂的质量合格证，凡无合格证或对其质量有怀疑时，应按批抽查试验，合格者方可使用。 4）焊条如发现内部有锈迹，亦需经试验合格后才能使用。 焊条受潮严重，已发现药皮脱落者，应予以报废； 焊条使用前应按如下规定进行烘烤； 烘烤要求 焊接材料 干 燥 保温温度 （℃） 准许露天时间 （ h） 温度（℃） 时间（ h） J507,J507 250~350 ~2 120 4 HJ431 150~200 / / （ 2） 焊丝与焊剂的保管与使用 45 1）焊丝与焊剂的储存环境与焊条类似； 2）开过封的焊剂袋应当天用完，如果当天不能用完，应将焊剂袋扎紧，避免受潮；同样，焊丝卷表面的塑料薄膜不应随意扯掉，随用随扯。 3）焊剂在使用之前必须进行烘烤，温度为 150~200 度，时间为 1小时。 3） 焊材的领用规定 不同项目的焊材领用必需单独造册，焊材的批号，领用的时间要作详细的纪录；焊接过程中，焊缝纪录中应包含焊材批号的纪录，一旦焊材的质量出现问题，可以按照纪录追踪查出问题焊缝。 4） 焊接前的准备工作 1）坡口面应光滑，无明显割痕缺口； 2）坡口采用机械、火焰或碳刨加工； 3）火焰加工的坡口应符合下述要求 ： 割纹深度应小于 ；局部缺口深度应小于 ；当割纹深度为 ~ 时，用砂轮打磨成平滑过渡为 1： 10 的斜坡；当割纹深度超过 时，应按焊接工艺要求进行补焊和打磨；焊前必须去除施焊部位及其附近 30mm~50mm 范围内的杂质，杂质包括：氧化皮、渣皮、水分、油污、铁锈及毛刺等。 4）焊接接头装配质量表： 焊接接头装配质量表 序号 项目名称 示 意 简 图 允 许 公 差 46 1。