建筑用脚手架短钢管光电控制自动焊接施工工法国家级工法

建筑用脚手架短钢管光电控制自动焊接施工工法完成单位：XXX有限公司主要完成人：XXX、XX、XX、XX、XX前言在建筑工程施工工中，普遍采采用φ48×3..5mm钢管作外脚脚手架及支模模架材料。为为满足使用需需要，搭设架架体时难免不不切割钢管，久久而久之，施施工单位的短短钢管不断增增加，长短钢钢管比例不配配套,甚至导致短短料闲置、积积压以致浪费费，由于一直直没有一个好好的解决办法法，形成了一一个普遍存在在的老大难问问题。施工单位于20006年开始调研研、立项、研研究、实践，最最终研制和研研发出自动对对焊钢管的成成套设备及光光电控制晶体体管脉冲钨极极氩弧焊自动动对接钢管技技术，形成了了成套生产线线。与传统手手工电弧焊对对接技术采用用内置钢衬套套筒相比，机机械化程度高高，工效大大大提高，经济济效益显著，钢钢管的通用性性好，焊接质质量可靠。经经抽检，对焊焊钢管100%符合钢管力力学性能要求求，各项性能能指标达到母母材钢管水平平，能替代非非焊接钢管使使用。已成功功应用于卓越越时代广场（二二期）、圣·莫丽斯C区花园、深深圳观澜格兰兰云天大酒店店、前海豪苑苑（一期）、哈哈尔滨大厦、深深圳职业信息息技术学院Ⅵ标、奥特迅迅电力大厦、东东莞美爵花园园、深圳首创创八意府、雍雍景湾等多项项工程的外脚脚手架和内支支模架搭设施施工，到目前前为止，已应应用焊接短钢钢管2802吨，实践证证明，焊接钢钢管性能良好好、安全可靠靠，满足工程程施工要求。本工法关键技术术获2008年度中国施施工企业管理理协会科学技技术奖技术创创新成果二等等奖、2009年度深圳市市质量协会质质量技术奖，获获授权实用新新型专利一项项（光电控制制的氩弧焊接接钢管设备，专专利号：ZLL20082200494407.3），获获授权发明专专利一项（建建筑用脚手架架短钢管自动动控制焊接工工艺，专利号号：ZL220091001853002.X），2009年通过省级级住房和城乡乡建设厅组织织的科学技术术成果鉴定，关关键技术国内内领先。2.工法特点2.1采用光光电控制晶体体管脉冲钨极极氩弧焊自动动对接钢管技技术，自行研研制的自动对对焊钢管成套套设备性能先先进，成本低低、工效高、质质量可靠、操操作简单。2.2焊接过过程中，自动动焊接机床转转盘控制组对对钢管均速同同步转动，焊焊口受热均匀匀，焊剂分布布匀称。钢管管端部开口60°坡度，用氩氩气保护，工工件自动旋转转焊接，焊液液分布均匀，不不易产生气孔孔，焊口表面面平整光滑，机机械化程度高高，焊接质量量好。2.3焊接中中采用光电技技术控制钢管管焊口几何尺尺寸，克服了了传统手工电电弧焊质量不不稳定和几何何尺寸难控制制的问题，防防止了焊缝超超焊。2.4可按工工程施工实际际需要长度焊焊接定尺钢管管,能有效避免免现场施工中中将长钢管锯锯短和增加搭搭接的现象，节节约扣件，使使用方便，省省工省料。2.5焊接钢钢管通用性好好，符合建筑筑施工脚手架架钢管材质要要求。2.6短钢管管对焊接长，可可实现短料长长用，以及废废料再利用，符符合国家节能能减排政策要要求。3.适用范围主要适用于建筑筑工程施工外外脚手架和模模板支撑架搭搭设用φ48×3..5㎜钢管的对对接焊接；并并可广泛用于于壁厚、直径径、材质均相相同且可焊性性好的金属圆圆管大批量对对接焊接。4.工艺原理4.1光电控控制的钨极氩氩弧焊自动对对接焊接钢管管由一系列新新型设备组合合而成，形成成成套流水作作业工序。脉脉冲钨极氩弧弧焊机控制气气泵对自动焊焊接机床输入入保护氩气，自自动焊接机床床上的自动程程序控制装置置可实现对焊焊枪、送丝机机构、氩气流流量、焊接工工艺参数、工工件转速等的的自动控制，达达到自动焊接接目的，并且且对钢管对焊焊环形焊缝起起焊点有记忆忆功能，保证证焊接终点与与起点能自动动重合，防止止局部超焊。4.2自动焊焊接机床上装装设一组光电电开关，通过过控制电路上上装设的收光光器接收发射射电路发出的的光信号，控控制钢管焊口口几何尺寸。施施焊中，焊缝缝的几何尺寸寸小于或等于于钢管直径时时，电路畅通通；焊缝大于于钢管直径时时，电路自动动断开。采用用脉冲钨极氩氩弧焊,在氩气保护护下，使钨极极端头、电弧和熔池池金属不与空空气接触，电电弧燃烧稳定定，热量集中中，有利于形形成致密的焊焊接接头，性性能良好（熔化与非非熔化极氩弧弧焊示意图如如图4.2-1所示；自动动焊接机床控控制示意图如如图4.2-2所示）。非熔化极/钨极氩弧焊熔化极氩弧焊非熔化极/钨极氩弧焊熔化极氩弧焊图4.2-1熔熔化与非熔化化极氩弧焊示意图图图4.2-2自动焊接机床控制示意图理图图4.2-2自动焊接机床控制示意图理图5.焊接工艺流流程及操作要要点5.1钢管对对焊施工工艺艺流程钢管对焊施工工工艺流程（见见图5.1.1）选料选料除锈、矫直切割焊口端头V型坡口加工对接组对自动氩弧焊成品焊缝外观检验图钢管对接焊接接工艺流程图图5.2焊接施施工要求技术准备1、焊接工艺评评定及焊工培培训、考核施工前参照现行行《焊接工艺艺评定规程》DL／T868中有有关规定进行行焊接工艺评评定，并根据据评定结果编编制焊接工艺艺说明书，指指导焊工培训训。焊工培训训考试按国家家质检总局颁颁发的《建筑筑钢结构焊接接焊工考试与与管理规则》的的有关规定进进行，考试合合格后方可上上岗施焊。2、施工前安全全及技术交底底施工作业前严格格按照现行《氩氩弧焊安全技技术操作规程程》、《建筑筑钢结构焊接接技术规程》JGJ81和焊工特种作业安全管理规定等要求，对机操工、焊工等作业人员进行安全技术和环境及职业健康要求交底。钢管选料焊接钢管筛选：：满足直径φ48、壁厚3.5mm。根据施工工需用的钢管管长度要求，选选择两根短钢钢管总长度略略大于所需长长度，且2条组对钢管管壁厚相同。钢管除锈、矫直直采用脚手架管专专用矫直机对对筛选出的待待焊钢管进行行表面清理、除除锈和调直。切割钢管焊口口端头用金属圆锯机垂垂直切割待焊焊钢管的端部部。锯切时，采采用手工方式式按所需切割割的长度将钢钢管端头送入入切割夹具，启启动自动控制制开关，由自自动气缸控制制刀具进行切切割。须保证证钢管焊接端端口切平，切切口平面与钢钢管中心线垂垂直。如图所示。图金属圆锯锯机自动切割割短钢管端头头坡口加工及检检查1、用端面加工工倒角机对切切割好的钢管管焊接端口开开60°V型坡口，如如图-1所示。3.50.53.50.50.560O钢管图5.2.5-1钢管对焊V型坡口示意图V型坡口大样钢管对接大样2、加工完的坡坡口应进行外外观检查，要要求切面光滑滑，不得有裂裂纹和分层，否否则应重新切切割并开坡口口。3、坡口加工完完毕，要对母母材端面进行行清理，焊口端部20㎜内和坡口面面不得有油（油油漆）、水、锈锈等杂质，防防止焊缝产生气孔、夹夹渣、裂纹等等缺陷，如图-2所示。图-2用端面面加工倒角机机给钢管焊接接端开60°坡口焊接工艺1、钨极氩弧焊焊二次输出回回路采用直流正接接。工件接正正极，钨极为为负极。阴极区发射射电子，温度度低，钨极不不容易烧损，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、TIG焊（钨极惰性气气体保护焊）时，由自动焊焊接机床双卡卡盘带动一组组对接钢管等等速同步旋转转，采用焊枪枪相对由焊件接接缝的右端向向左端移动的的左向焊法，气体保护效效果好，焊缝缝成型美观。3、钨极伸出喷喷嘴的长度，一一般取1～2倍钨极直径径；钨电极与焊焊件距离（弧弧长）一般取取1.5倍以下钨电电极直径；钨钨极氩弧焊喷喷嘴孔径为55～20mm，对对应保护气体体流量为5～25L／min，焊接碳钢可可选用4～5﹟喷嘴。焊接电电流增大，所所对应的喷嘴嘴孔径和气体体流量取值也也随之增大。4、钨极氩弧焊焊电极为纯钨钨或活化钨为为材料，其特特征在于电极极的一端削尖尖，要求尖端部位位位于电极的的轴心线上。电电极尖端部常常加工为圆锥锥形，圆锥顶顶角的夹角为为20～30°或90°,最大限度的的消除钨极尖尖端形状对电电弧稳定性的的影响，提高高焊接稳定性性和焊缝质量量，并延长钨电极极的使用寿命命。5、对于Q2115脚手架用无无缝钢管，通通常壁厚δ=3.0～3.5㎜，选取相相同壁厚钢管管进行组对，对对单面60°V型坡口对接接焊应由基层层开始向外分分层焊接，保保证对接焊缝缝完全焊透，表表面平整，如如图-1所示。图-1分层焊接顺序图60°123图-1分层焊接顺序图60°1236、钨极氩弧焊焊的规范参数数值与被焊材材料种类、板板厚及接头型型式有关。脚脚手架钢管对对接焊接工艺艺参数的选择择见表。表自动钨极氩弧弧焊接工艺参参数表焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cmm/min）氩气流量（L//min）提前送气时间（s）滞后停气时间（s）电流上升时间（s）电流下降时间（s）150～160013～158～125～100.5～51～120.5～41～5预通气0.5～5s高频引弧预置起弧电流5～20A基值电流正常焊接频率1～200HZ电流缓升0.5～4s电流缓降1～5s滞后停气1～12s脉冲峰值电流15～400A脉冲基值电流15～峰值电流的40%图5.2.6-2焊接电流波形图脉宽7、晶体管脉冲冲钨极氩弧焊焊机对脉冲电电流控制精确确．能全面地地控制脉冲电电流的各项参参数。TIGG自动氩弧焊焊接电流控制预通气0.5～5s高频引弧预置起弧电流5～20A基值电流正常焊接频率1～200HZ电流缓升0.5～4s电流缓降1～5s滞后停气1～12s脉冲峰值电流15～400A脉冲基值电流15～峰值电流的40%图5.2.6-2焊接电流波形图脉宽8、选用小直径径钨极，圆锥锥形尖端夹角角30°，且选选择短时大电电流焊接脉冲冲（窄脉冲），可可得到深宽比比接近2：1的焊道；能能将根部焊道道或薄件熔透透，并在焊接接熔池明显下下陷之前凝固固。通过适当当选择大电流流脉冲高度（电电流）和脉冲冲时间（脉宽宽）及小电流流脉冲高度和和脉冲时间的的比例，可以以把热影响区区的尺寸减至至最小。钢管对接组对使用自动焊接机机床对待焊钢钢管进行焊接接前组对定位位，见图，要要求组对钢管管壁厚相同；；两段钢管分分别固定在焊焊接机床两边边三爪卡盘上上，保证2条对接钢。表自动焊接机机床技术参数数工作台焊枪调节范围送丝机构主机控制角工件夹持主轴转速上下前后左右适用直径调速范围Φ6～60㎜0.1～3转//分无级调速50㎜50㎜50㎜Φ0.8～1..6㎜0.2～2m//min无级级调速任意角度调控图用自动焊焊接机床三爪爪卡盘固定组组对短钢管系统上电运行系统上电运行系统参数初始化选择工作焊枪焊枪头至工件距离设定检测电压信号与电流信号切换至PID控制状态满足要求1、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。2、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1、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。2、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-1。图-2用自自动焊接机床床焊接接长短短钢管焊缝检验1、外观检测通过机床上的控控制开关控制制激光信号，对对钢管焊缝的的几何尺寸、表表面平整度进进行自动控制制。焊接过程程中，焊缝的的几何尺寸小小于或等于钢钢管直径时，电电路畅通；焊焊缝大于钢管管直径时，电电路自动断开开。焊缝在氩氩气保护下，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。如图-1所示。图-1焊接好好的钢管接头头2、抽样检验焊接的钢管接头头按规范进行行抽样，经拉拉伸、弯曲试试验，压扁试试验，磁粉检检测，宏观酸酸蚀性试验等等各项检测，结结果证明焊接接接头的各项项性能均达到到母材的水平平。检验试件件如图-2所示。图-2焊接接接头弯曲试试验5.2.10焊接施工环环境条件1、焊接设备输输入电源为380V，要求电压压波动范围为为±5%。2、环境温度范范围：-25℃～40℃，并保证环环境空气流通通。3、钨极氩弧焊焊，要求风速速应小于20m/mmin。4、空气相对湿湿度应小于85%。5、作业场地应应平整，无严严重振动，保保证机床安装装时床身平面面尽量放平，最最大允许误差差0.15㎜。6、焊接场所应应有防风、雨雨、雪措施。6.材料与设备备6.1焊接材材料钢管钢管材质应符合合现行国家标标准《碳素结结构钢》GB/T700中Q235－A级钢的规定定；钢管力学性性能应符合现现行国家标准准《直缝电焊焊钢管》GB/T137933或《低压流流体输送用焊焊接钢管》GB/T3091的要求；钢管管长度不小于于3000mmm，外观尺寸符符合现行《建筑施施工扣件式钢钢管脚手架安安全技术规范范》JGJ1330的要求。氩弧焊焊丝选用牌号：THHT50-GG，型号：GB-ER550-6实心焊丝（如如：唐山神钢钢MG-511T），规格为φ1.6mm，且各种化化学性能及技技术指标与国国内Q235材质接近。保护气体选用氩气，纯度度Ar≥99.9%。钨极选用铈钨钨，规格为φ2.4mmm×175mmm耐高温钨棒棒。6.2机具设设备脚手架钢管自自动钨极氩弧弧对接焊接所所需主要机具具设备见表。表主要机具设设备序号名称规格型号数量备注1脚手架管矫直机机GJC-48AA1台用于钢管的表面面清理、除锈锈、调直2自动管焊机床WDGH-0221台配合TIG自动动氩弧焊可实实现自动管-管对接环焊焊缝焊接，提提高焊接精度度和生产效率率3晶体管脉冲钨极极氩弧焊机WSM-25001台采用CMS集成成电路QH-ARRC1600电弧控制系系统，高频引引弧系统，提提前送气、滞滞后停气等自自动程序控制制系统4液体循环冷却器器WDYL-X1台氩弧焊焊枪专用用冷却装置5金属锯切机ML-275AAC1台半自动金属锯切切机床，配Φ外≤275㎜，Φ内=32㎜锯片6端面加工倒角机机DJ-50SQQ1台人工送料，自动动进、退刀，速速度快，刀片片规格化，调调整方便；适适合Φ19㎜～50㎜圆管内外外倒角7锯片研磨机MSG-45001台用于金属圆锯机机切割片修复复加工8空压机FW8001221台为金属切锯、端端面加工倒角角机提供气源源7.质量控制7.1质量标标准钢管对接焊接接应符合现行行《建筑钢结结构焊接技术术规程》JGGJ81。抽检焊缝的磁磁粉无损探伤伤应符合现行行《无损检测测-焊缝磁粉检检测》JB/T66061。产品试件拉伸伸、抗压、冷冷弯力学性能能试验应符合合下列现行标标准：拉伸试验：《焊焊接接头拉伸伸试验方法》GB/T2651，抗压试验：《金金属管-压扁试验方方法》GB/T246、《焊接接头头弯曲及压扁扁试验方法》GB/T2653。弯曲试验：《焊焊接接头弯曲曲及压扁试验验方法》GB/T2653。焊接后的成成品钢管应符符合现行《建筑施施工扣件式钢钢管脚手架安安全技术规范范》JGJ1330。7.2技术措措施严格按《建筑筑钢结构焊接接焊工考试与与管理规则》和和《钨极氩弧弧焊技术规程程》的有关规规定进行焊工工培训与考试试，考试合格格并熟练掌握握钨极氩弧焊焊技能的方能能上岗。焊前技术员应应按工艺指导导书的要求对对焊工进行技技术交底。严格按照焊接接施工的各项项技术要求进进行施工。焊工施焊前应应对焊件、焊焊丝表面进行行清理，保证证焊口组对质质量。及时反馈焊缝缝质量检验评评定结果，技技术员应针对对焊缝中所出出现的缺陷认认真查找原因因，提出预防防措施。焊机性能应满满足焊接施工工工艺要求。7.3管理措措施各工序工作分分工明确,落实到人。合理安排施工工进度和焊接接工作量，严严格控制焊接接质量，协调调好焊缝检验验与施工进度度之间的关系系。焊工应对焊机机定期进行保保养，确保焊焊机处于完好好状态。严格控制作业业环境条件，当当环境条件不不能满足焊接接环境要求时时，应采取一一定的防范措措施。8.安全措施8.1劳动力组组织表劳动力组织情情况表序号工种人数分工与职职责1操作组焊工1负责自动机床上上钢管组对氩氩弧焊接2调直机操工1原材料钢管调直直、除锈3切面机操工1焊口端面金属切切割4倒角机操工1焊口端面V型坡坡口机械加工工5电工1施工作业现场设设备用电操作作6管理组技术主管1负责钢管氩弧焊焊接工艺技术术7质检员1根据技术规范和和工艺评定作作业指导书对对焊接工作进进行全面检查查监督8安全员1对作业现场安全全、文明施工工、职业健康康进行监督9材料员1根据客户所需尺尺寸，确定原原料钢管尺寸寸配对，并组组织材料转送送至加工现场场合计98.2安全措措施焊工上岗施焊应应穿戴好劳动保护护用品，防止电弧光中中的紫外线和和红外线灼伤伤、烫伤和触触电事故发生生。焊接手把的绝缘缘性能要经常常检查。钨极极氩弧焊接时时，应加强焊焊接区的通风风。在不能进进行通风的局局部空间施焊焊时，应戴供供给新鲜空气气面罩或防毒毒面具。焊机外壳要可可靠接地，接接地电阻不得得大于10Ω；设立单独独开关，拉合合闸刀时要戴戴好绝缘手套套，脸部侧向向操作。施工现场不得得有易燃、易易爆物品。每次施焊工作作结束后，应应切断焊机电电源，并检查查操作地点，确确认无火灾隐隐患后方可离离开现场。9.环保措施9.1氩弧焊的的引弧与稳弧弧措施应采用晶体管管脉冲装置，不不得用高频振荡荡装置，防止止高频电磁场场辐射。应定定期对焊接工工作场所进行行电磁辐射检检测，不得超超过卫生标准准规定的8小时接触允允许辐射强度度：20伏/米，并采取防防电磁辐射措措施。9.2氩弧焊电电极不得用钍钨棒而而用铈钨棒或或钇钨棒，防防止产生放射射线伤害。9.3磨削电极极钨棒应配备专用砂轮，砂轮轮机要安装除除尘设备，砂砂轮机地面上上的磨屑要经经常作湿式扫扫除，并集中中深埋处理。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。9.4焊接时选选择合理、规范的参数，避免免钨棒过量烧烧损，产生大大量焊接金属属粉尘；以及臭氧、氮氮氧化物、一一氧化碳和氟氟化氢等有毒毒气体。应加加强作业场所所通风和个体体防护，防止中毒。9.5待焊钢管管端头切割后后的余料和V型坡口加工工产生的金属属碎屑应集中中回收；金属属切割设备冷冷却液、机油油等应防止洒洒漏，污染土土壤；对洒漏漏油料应即时时用砂进行收收集处理。10.效益分析析10.1如焊接接钢管价格按按新钢管价格格70％计算，新新钢管与焊接接钢管相比较较：新钢管单单价5300元/吨；短钢管管单价3710元/吨，焊接费费用200元/吨；焊接钢钢管可节约1390元/吨。至今施施工单位已完完成短钢管焊焊接2802吨，创造经经济效益669.6678万元，取得得了良好的经经济效益（见见表10.1--1、表10.1--2）。表10.1-11旧短钢管与与焊接钢管经经济效益对照照表材料名称重量（吨）租赁产生经济效益（万元）备注单价（元/吨··月）回收租金（万元）旧短钢管2802无无无长期库存积压焊接钢管2802100280.2280.2租金以10个月月计表10.1-22焊接短钢管管与新钢管费费用开支对照照表材料名称重量（吨）焊接费用（元//吨）单价(元//吨)节省开支（元//吨）共节省开支（万万元）备注新钢管2802无5300无无焊接钢管280220037101390389.4788按新钢管单价770%计以上焊接钢管经经济效益合计计：280.2万元+389..478万元=669..678万元。10.2利用氩氩弧焊焊接技技术对接钢管管，可为用户户提供满足各各种施工层高高要求的定尺尺钢管，减少少接头扣件，避避免现场钢管管的切割，提提高工作效率率，其良好的的接头性能和和与母材同等等的通用性，受受到了用户的的好评，取得得良好的社会会效益。10.3通过对对大量闲置、积积压短钢管以以及部分废旧旧余料的对接接焊接再利用用，降低了材材料报废率，提提高了钢管单单位重量利用用率，符合目目前国家节能能降耗政策要要求。11.应用实例例目前施工单位累累计完成φ48×3..5mm短钢管焊接2802t，成功应用用于卓越时代代广场（二期期）、圣﹒莫丽斯C区花园、德德阳深国投商商业中心、前前海豪苑（一一期）、哈尔尔滨大厦、深深圳职业信息息技术学院Ⅵ标、奥特迅迅电力大厦、东东莞美爵花园园、深圳首创创八意府、雍雍景湾等多项项工程的外脚脚手架和内支支模架搭设施施工。经工程程实践证明，焊焊接钢管性能能良好、安全全可靠，满足足工程施工要要求。11.1卓越时时代广场（二二期）工程概概况卓越时代广场（二二期）由深圳圳市祈年建业业投资有限公公司投资开发发，工程位于于广东省深圳市市福田中心区6-2地块，是一一座集高档商商业、酒店、办办公于一体的的建筑综合楼楼。框剪结构构，地下建筑筑3层，地上建建筑22层(两栋塔楼)，总建筑面面