1.前言

　　建筑輕鋼結構和傳統的混凝土結構相比，具有跨度大、結構基礎要求低、抗震抗風能力強、外表美觀、建造周期短、維修費用低等一系列的優點，因而越來越受歡迎，得到了飛速的發展。

　　和重鋼相比，輕鋼結構重量輕，用鋼量少、對基礎的承載要求更低，設計周期短、建造速度快，特別適合于建造大跨度結構。現已在廠房、辦公樓、大型超市、物流倉庫、展示廳、機庫和室內體育場館等產品領域得到了廣泛的應用。

　　傳統的輕鋼制作方式，采用機械和手工方式進行組立、裝焊，自動化程度不高、工藝流程不流貫，因而生產效率低，遠不能滿足建筑輕鋼結構飛速發展的需要。

　　博思格建筑系統(巴特勒)針對輕型鋼結構所設計的自動化鋼結構生產流水線，占地面積小、布局緊湊，流程合理，充分體現了高速、高效和高精度生產的特點，取得了滿意的實際效果。

　　2.輕型鋼結構的工藝特點

　　2.1.結構特點

　　輕型鋼結構通常采用Q345和Q235鋼，且大部分是Q345鋼。Q345鋼作為最常用、成熟的低合金高強度結構用鋼，性能優良，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，正是對焊接工藝最有利的厚度范圍。輕鋼結構一般不采用箱型、十字型結構，構件絕大部分是H型截面。由于經濟、受力、結構的特點，一般不采用軋制H型鋼，而大多數都采用焊接H型鋼。

　　對于H型實腹梁柱結構，易于實現焊接、裝配的自動化。但是除了夾層梁和部分邊柱、中間柱為等截面外，大部分構件是變截面形式，這也給焊接的自動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類新型燃氣已逐步取代了乙炔。

　　腹板由于板厚較薄，而且大多是楔形形狀，通常采用數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，切割質量好，但對消耗電極的要求更高。

　　腹板的切割質量對構件的裝焊質量有很大的影響。由于板厚較薄，切割后的變形或殘余應力，將導致腹板的波浪型變形。切割邊緣的質量會直接影響腹板與翼板間角焊縫的施焊和焊縫質量。

　　2.3.焊接方法

　　焊接工藝和生產流程取決于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。如機頭移動或工件移動；水平位置或船型位置；單機頭或雙機頭；單絲或雙絲等。

　　對干薄板結構來說，氣體保護焊無疑是最理想的焊接方法。因此，除了拼板采用埋弧自動焊外，其余板件裝焊大都采用氣體保護焊。特別是富氬混合氣體保護焊，由于成型好、飛濺小，對輕鋼結構更為適宜。

　　2.4.涂裝

　　為防止在堆放、運輸和安裝過程中，不再銹蝕，并為進一步涂裝打基礎，構件焊接完成后需進行預處理并噴涂底漆。

　　構件表面處理除銹質量等級要求達到Sa2.0～Sa2.5以上。根據構件所處環境介質的不同，選擇防銹底漆。輕鋼結構底漆主要是醇酸類的，也可以是環氧富鋅類的。在安裝工地根據需要再涂刷面漆或防火涂料。

　　輕鋼結構主要是H型實腹梁柱結構，因而表面處理和涂裝工藝較簡單，也容易實現機械化流水作業。表面處理采用拋丸工藝，滾道式或懸掛式送進方式。噴漆一般為手工操作，結合懸掛式拋丸，也可是半機械化的流水線作業。

　　噴漆前的表面處理，對構件底漆防腐效果非常關鍵，而漆膜厚度和均勻性將直接影響構件的防腐性能。

　　2.5.主要工藝問題

　　由于輕鋼結構和重鋼結構在鋼種、板厚、結構形式多方面有著很大的區別，因而在焊接制作上所面臨的主要難點和問題也有很大的區別。

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

　　3.輕型鋼結構的生產模式

　　3.1.傳統的鋼結構生產模式

　　傳統的鋼結構生產模式，焊接前必須組立。一般采用單機頭、船形位置焊，所以，H型鋼的焊接，即使單側焊縫，也要焊接兩次。

　　3.2.博思格建筑系統(巴特勒)輕鋼結構的生產模式

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕鋼結構的生產模式，采用雙絲雙機頭、水平位置焊接，不需單獨組立，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(巴特勒)輕型鋼結構與傳統生產模式的對比區別

　　3.3.1.拼接方式

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構生產模式與傳統生產模式的第一個區別，是翼板、腹板的拼接方式。

　　傳統的鋼結構生產模式，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流水線作業，制孔要待最終成型以后，手工或半機械化地完成。

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕鋼結構生產模式，所有翼板、腹板都是由標準鋼板，或切割好的板條，由專用設備直接加工成最終的翼板、腹板，拼接包含在流水作業過程中，制孔也是同步完成。

　　3.3.2.制孔方式

　　傳統的鋼結構生產模式，沒有專用的制孔加工設備，構件制作時長度方向留出余量，為保證孔距孔位的精確性，制孔要待構件最終成型后，手工或半自動地完成。

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構生產模式，所有腹板、翼板上的孔，全部是數控加工，在加工翼板、腹板過程中，同步完成。

　　3.3.3.精度控制

　　傳統的鋼結構生產模式，由于膠囊控制長度方向尺寸精度，要針對焊接切割裝配所產生的變形、誤差，在長度方向留出余量，待最終成型以后，手工或半機械化地切除余量。

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構生產采用了計算機輔助的自動切割、高效率焊接、剛性固定、液壓成型等一系列先進工藝，無余量的精度制造方式。

　　3.3.4.組立方式

　　傳統的鋼結構生產模式，是把翼板、腹板板條，在專用的組立架上，手工裝焊，或通過組立機間斷點焊組立。裝焊速度慢，組立精度低，而且裝焊組立的質量對構件焊縫質量有很大影響。

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構與傳統生產模式的最大區別，是H型鋼的焊接成型不需要組立。一套H型鋼專用焊接設備，即可實現拼焊、點固、焊接、成型一體化。

　　3.4.H型鋼的成型焊接

　　傳統的鋼結構生產模式，將組立的H型鋼，固定于胎架船形位置，采用移動的單機頭施焊。每焊一道要變換一次構件位置，焊接速度不超過0.6～1.0m/分。

　　博思格建筑系統(巴特勒)生產模式是將翼板腹板起始端簡單點焊固定，送入專用的H鋼焊接成型設備，采用雙機頭，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1.5～2.0m/分。

　　3.4.1.博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構生產模式的優點

　　博思格建筑系統(巴特勒)輕鋼結構的生產模式，布局簡單，流程合理，自動化程度高，構件質量好，生產效率高，制作周期短，材料利用率高。特別是在H型鋼制作過程中，沒有過多的中間產品、半成品囤積，不需要大面積的拼接、劃線、裝配、制孔場地，真正實現了流水作業，自動化生產。

　　4.博思格建筑系統(巴特勒)輕鋼結構流水線的技術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進行鋼板分條，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，將板條校平，按厚度和寬度分區存放待用。

　　4.2.翼板加工

　　按構件翼板零件圖將數據輸入計算機后，在專用數控加工機上，進行翼板條點固接長、制孔、等離子切斷。采用埋弧自動焊方法，焊劑銅襯墊單面焊工藝，在壓力架剛性固定下，進行長度拼接，制成翼板零件。

　　4.3.腹板加工

　　按構件腹板零件圖，將數據輸入計算機后，在數控等離子切割機上，同時進行腹板切割和腹板的制孔。

　　當腹板由不同厚度板材組成或由于長度和套料原因必須拼接時，采用埋弧自動焊方法，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，用半自動氣體保護焊，將H鋼起始端點焊固定。

　　在專用H鋼焊接成型設備上，采用雙機頭，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(巴特勒)輕型鋼結構生產流水線，設立了10個手工焊接工位，全部采用氣體保護焊方法，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。

　　每個工位配備，一臺多用途、高性能的焊接電源，帶回轉懸臂的送絲機構，獨立的行車，加上工作臺，和一系列打磨、切割、碳刨和裝配工具，每個工位就是一個多功能裝焊工作站。

　　4.6.富氬保護氣體

　　氣體保護焊是輕鋼薄板結構最適合的焊接方法。為進一步提高效率，改善焊縫成型質量，博思格建筑系統(巴特勒)采用了氬氣含量高達90%以上的富氬混合氣體保護，進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，實現無飛濺的射流熔滴過渡，獲得更高的熔敷速度，更好的焊縫質量。

　　帶全自動混配裝置的氣站和管路輸送系統，確保了高質量氣體穩定、不間斷地供給。

　　4.7.回轉式涂裝流水線

　　采用積放鏈式回轉裝置的流水線，將構件順序通過自動拋丸機和噴漆房，進行表面處理和噴漆，構件裝卸安全方便。構件懸掛式運行，徹底暴露，拋丸除銹效果好，生產效率高。構件拋丸處理后，經過清理，立即進入噴漆房，防止了第二次污染，保證了涂裝質量。

　　5.單面焊工藝在輕型鋼結構生產中的應用

　　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，實現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(巴特勒)輕型鋼結構的腹板是在流水線上拼接，無法進行翻轉、清根。因此，初期生產的做法是，焊完第一面后，即流向后道工序，在手工焊工位碳刨清根，以半自動氣保焊方式焊接第二面。

　　實現了單面焊雙面成型工藝后，簡化了工序，提高了焊縫表面和內在的質量，改善了手工焊接工位的工作環境，降低了勞動強度。腹板拼接作為流水線的一個環節，實現了單面焊雙面成型后，流水線更為完整，節奏更加流暢。

　　5.3.翼板單面焊

　　在腹板單面焊工藝獲得成功以后，又改制了單面焊設備和壓力工作臺，進一步實現了翼板的單面焊工藝。

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

　　5.4.薄板單面焊

　　雖然FCB單面焊工藝早已在造船業得到了廣泛應用，但應用在輕鋼結構制造中，尚屬首次。特別是l0mm以下薄板，因為不容易獲得滿意的成型，一般視為單面焊應用的難點。經改進的薄板單面焊工藝，解決了薄板單面焊工藝的難點，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。這對于4～8mm的薄板焊變形來說，是非常重要的改進。

　　6.實際生產效果

　　6.1.流水線生產特點

　　博思格建筑系統(巴特勒)先進的流水線大幅度減少了工件搬運的次數，自動化程度高，車間占地面積少。每生產一噸鋼構的生產場地只有5平方米/噸，僅為傳統鋼結構生產模式單位產量占地面積的1/2～1/3。

　　6.2.生產效率

　　傳統鋼結構生產模式，每生產1噸構件，需工時25~30小時。而博思格建筑系統(巴特勒)的一條輕鋼流水線，配置工人55～60人，平均每生產一噸噸構件，僅需工時12～15小時。生產效率比傳統鋼結構生產模式提高了1倍以上。

　　7.結語

　　7.1.博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構的生產模式，布局簡單，流程合理，機械化程度高，安全性好，真正實現了流水作業的自動化生產。

　　7.2.博思格建筑系統(巴特勒)輕型鋼結構的生產模式，還體現了計算機輔助生產特點，生產效率高，構件質量好，材料利用率高。

　　7.3.在輕鋼結構中首次應用實現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，簡化了拼接工序，提高了焊縫質量，改善了作業環境，降低了勞動強度。單面焊的應用使流水線更為完整，節奏更為流暢。

　　7.4.經改進的薄板單面焊工藝，解決了薄板單面焊工藝的難點，成功地應用于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展。