钢结构构件加工制作专项方案

钢结构构件加工制作专项方案

一加工构件分类

通过对本标段钢结构分析，其主要包括以下几类构件和节点组件，各制作分项重量

分类表如下:

序

钢结构制作主要内容重量⑴截面形式

号

树状支撑（不含铸钢件）

11338、63圆管

铸钢件

1710、05

展望桥钢管柱

2365、46圆管

屋盖非弯扭构件（含大树广场核心筒）3391、55

3箱型

屋盖弯扭构件2692、37

4箱型

展望桥

51644、01箱型、H型、圆管

其它

6348、01板、型钢等

合计

711490、08

注：各种构件比例饼图如下:

根据构件分类直方图

树状支撑

展望桥构件12%

14%、件/铸钢件■树状支撑

■铸钢件

10

15%口圆管柱

□非弯扭构件

弯扭构件〈圆管%柱

23%■弯扭构件

口展望桥构件

■其它构件

非弯扭构件1

30%

二加工详图的制作方法

深化设计图纸是构件加工制作、安装的指导性文件。虽然它对每个零部件的规格、

尺寸、材质以及焊接坡口等都有非常详尽的描述，但直接用于下料和钻孔等工序还是不

够直观。因此，工厂有必要对深化设计零件图作二次深化。

零件图的二次深化依据是深化设计构件图，同时必须满足加工工艺的要求。零件图

制作的方法一般有两种，一种是由深化设计软件配合自主开发的一些程序，来自动生成;

另外一种方法是人工重新绘制。两种方法各有优劣，见下表比较：

两种零件图制作方法的比较

程序自动生成零件图法手工绘制零件图法

生成速度快绘制速度慢

对加工余量、折弯、坡口等工艺性问题不能兼顾能同时兼顾加工余量、折弯、坡口等工艺性问题

三弯扭构件加工

（一）弯扭构件加工对深化设计图的特殊要求

对于箱形弯扭构件的图面表达形式，除了要清晰表达出构件间的连接关系、工艺隔

板设置、焊缝设置和配合安装的临时吊耳设置等内容外，尚应满足下列特殊要求：

鉴于构件外形为弯扭状的特性，主视图外形和零件的位置关系用线性尺寸难以表达,

采用坐标法表达将更为合适。

图纸深化应以现场吊装块为设计出图单元。即吊装块即为布置图表达单元，在此基

础上再细分到单根构件的加工图。

每个吊装块应提供三套坐标系统。一套为块内每根杆件的空间实际坐标，用以指导

现场安装。第二套坐标系统供现场拼装用，它以势能最低为基本原则，结合现场组装的

最佳工况，将块内每根杆件的空间实际坐标转换到最有利于现场拼装的位置。第三套坐

标系统供工厂构件组装用，提供坐标的原则同第二套。

为便于弯扭箱体壁板的成形和检测，深化设计还应提供每块壁板的坐标系统。原则：

每块壁板以水平放置状态提供坐标，且下壁板坐标同构件组装时下壁板的坐标。

（二）弯扭构件说明

1弯扭构件的分布及吊装分块

箱形弯扭构件是本工程钢结构屋盖中应用较为广泛的构件形式。具有截面规格繁多,

囊括了从口300X300到口700X450八种不同的截面规格；板厚从t=10mm到t=60mm不

等；材质普遍采用Q345C,应力较大处局部用到了Q460D等特点。

左端非扭转区

左端扭转区

右端非扭转区

右端扭转区

2弯扭构件加工的总体思路

第一步：先进行弯扭箱形本体加工。

弯扭箱形本体三维轴测示意图

第二步：再进行本体与牛腿总组装。

弯扭箱形构件三维轴测示意图

（三）弯扭构件加工方案

1展开放样的手段和机理

扭曲箱形四块壁板均为空间弯扭形状，为控制放样下料精度，壁板的展开尤其重要,

壁板展开若采用手工放样展开，一则放样速度较慢，二则展开精度得不到控制，为此,

壁板展开必须采用计算机精确放样，本公司与上海同济大学在3D3S基础上共同开发的

空间任意扭曲箱形构件自动生成软件可较好地满足扭曲壁板的展开。该软件根据扭曲箱

形构件轴线上各点的空间座标和法向量，可以拟合出弯扭箱形构件的四条棱线，再输入

箱体壁厚，就可自动生成扭曲箱形实体模型，从而可以得到壁板上任意点的空间座标，

让程序进行自动对壁板的展开，将计算机生成的展开线型数据输入数控切割机，就可进

行壁板的下料切割了。

2壁板成形加工和检测

（1）壁板拼接

根据设计意图，上下壁板在长度方向分为节点段和非节点段，因此下料之前应先行

拼板。

捋垢，但箍

（2）壁板整体切割下料

矫正并对拼接焊缝探伤后，上NC数控切割机整体下料。

（3）标示壁板折弯加工线和装配基准线

同时，用数控切割机自带的喷锌装置划出壁板折弯线加工和装配基准线。

（4）折弯加工

优先采用机械冷加工方法。目前主要加工方法有两种，一种是用油压机进行冷压加

工成形；一种是用卷板机卷制成形。

1）油压机成形加工

遵循“先斜后直”的加工顺序，有利于控制壁板的扭曲度。

折弯加工时示意图

2）卷板机成形加工

靠轮控制壁板作弧状运动，调节上下辑间距可控制卷制半径。

卷板机卷制成形加工示意图

3）壁板加工成形后形状

壁板成形后形状示意图

（5）壁板成形检测和局部矫正工艺

壁板成形后，外形为一空间扭曲体，用一般的检测方法难以满足检测要求。经过仔

细研究，拟采用实际胎架法来进行检测。深化设计提供壁板成形坐标系统，1：1等比制

作验收胎架，检查胎架与壁板的贴合度，局部超标处用火工矫正，直至与胎架完全贴合。

火工局部矫正示意图

壁板火焰加热矫正工艺要点：

弯曲加热时火焰温度宜控制在600-650℃,加热温度绝对不能过高，以防止产生钢

板过烧现象，而引起钢板的屈服强度明显降低，给工程整体质量埋下不必要的隐患。

弯曲加热时，当钢板温度较高时，绝对不得用水进行急冷，防止钢板内部晶粒产生

变化，以及钢板的脆性断裂情况的发生。

弯曲加热时，壁板每次加热区域火焰烘烤部位不宜靠得太近，应至少间隔

100-200mm,且前后加热不得在同一部位进行。火焰加热采用局部烤火圈的方法进行,

火圈直径不得大于60mm,但不得小于20mmo

弯曲加热时，不得急功近利，壁板每次加热后，应在空气中自由冷却，并在壁板上

以一定的间隔时间均匀施加外力，让壁板缓慢成型。

3弯扭箱体的组装和检测

（1）胎架设置

拼装胎架应利用原来下壁板的矫形胎架。

对拼装胎架的要求：保证模板上工作表面应与构件表面外形的一致性；有效的增加

构件焊接过程中抗焊接变形的临时刚度；整个胎架制作完成后既要便于构件拼装，又要

便于在制作过程中对构件变形及精度的监控，且具有可操作性。

（2）组装步骤

第一步：下壁板成形矫正完成后，检查壁板与胎架模板上口紧贴，其间隙应控制在

1、0mm以内，否则进行调整，然后与胎架固定，如下图示。

弯扭箱体组装步骤（一）

第二步：下壁板定位后，进行箱体内部隔板（包括工艺性隔板）的组装，隔板定位

必须对准下壁板上的组装控制线位置。

弯扭箱体组装步骤（二）

第三步：组装两侧壁板。隔板位置应与侧壁板装配控制线对合（为便于后续组装牛

腿，此组装控制线还应翻到壁板外侧），并检查隔板与壁板的安装间隙，定位后提交检

查员验收，验收合格后进行隔板焊接。

弯扭箱体组装步骤（三）

情况一：侧壁板厚度t》l6mm,隔板焊缝可以采用电渣焊。

隔板焊接时先焊与侧壁板间的立焊焊缝，焊接采用C02气保焊进行对称焊接，顺

序从箱体中部向两端退步焊接。对牛腿对应处隔板的立焊焊缝进行UT探伤检查。

情况二：侧壁板厚度t<16mm,隔板与上壁板焊缝采用槽焊。上壁板开槽形式和隔

板衬垫形式如下。

隔板三条焊缝在盖上壁板之前可以全部焊接完成，焊接采用C02气保焊，顺序从

箱体中部向两端退步焊接。对牛腿对应处隔板的立焊焊缝进行UT探伤检查。

上壁板开槽示意图

隔板衬垫示意图

第四步：封上上壁板，并对壁板间四条纵缝进行打底焊。

弯扭箱体组装步骤（四）

对情况一：

将箱体移至一简易胎架进行加劲肋与壁板间电渣焊缝的焊接。箱体搁置时必须注意

尽量使电渣焊孔铅锤于地面。为减小焊接变形，电渣焊缝应左右两侧同时焊接。24小时

后进行电渣焊缝的UT探伤检查。

对情况二：

直接在组装胎架上焊接隔板与上壁板间的槽焊缝。24小时后进行焊缝的UT探伤检

查。

（3）弯扭箱体组装焊接后的检测

弯扭构件组装焊接后，在自由状态下进行火工校正，然后进行全面检测。

全站仪检测法：

检查弯扭构件与胎架接触面的间隙尺寸，用二台全站仪对突缘和两端口的空间坐标

进行测量，与深化设计提供的坐标数据比较，得出弯扭构件组装焊接后的实际变形情况,

对超差处用火焰进行局部校正，确保各点的坐标误差在2、0mm以内。测量示意如下图

所示。

全站仪检测示意图

胎架检测法：

检查弯扭构件与胎架接触面的间隙尺寸，检查两端口和突缘的X、y坐标与胎架地

样线的差值。对超差处用火焰进行局部校正，确保各点的坐标误差在2、0mm以内。

胎架检测示意图

4弯扭牛腿的制作焊接

弯扭牛腿的做法与弯扭箱体相同o

5弯扭杆件+牛腿的制作焊接

（1）弯扭杆件加弯扭牛腿的制作说明

本工程弯扭杆件数量极多，且经、纬两个方向都有弯扭。保证弯扭杆件上弯扭牛腿

的组装精度，是弯扭构件加工成败的关键。

（2）弯扭牛腿的定位安装焊接

根据前述从弯扭箱体壁板内侧翻出的牛腿加劲肋的组装位置线，在胎架上定位组装

牛腿。

弯扭牛腿的组装示意图

经检验员检查合格后，进行牛腿焊接。

焊接顺序：先焊牛腿与壁板间的立焊缝，再焊接上下焊缝。

焊接方法：C02气保焊，立焊缝应对称焊接。

（3）弯扭构件的检测

牛腿组焊结束后，在自由状态下进行火工校正，然后进行全面检测。

全站仪检测法：

在牛腿的两侧架两台全站仪，测量牛腿端口和箱体两端口四个点的坐标，与深化设

计提供的坐标数据比较，每个点坐标在x、y、z三个方向上的偏移值应控制在2mm以

内。

全站仪检测示意图

胎架检测法原理同“弯扭箱体胎架检测法”。

（四）地面拼装方案

1地面拼装目的

地面拼装目的在于检验构件工厂加工能否保证现场安装的质量要求，确保下道工序

的正常运转和安装质量达到规范、设计要求，能满足现场一次吊装成功率，减少现场安

装误差，特别是由于本工程结构造型非常复杂，相当一部分构件为弯扭形式，所以预拼装

在本工程加工过程中，显得尤为重要。

2地面拼装的单元划分

地面拼装单元必须根据现场安装吊装块的划分原则来，一个现场吊装块对应一个大

拼单元。地面拼装单元的示意图如下所示。

地面拼装单元的示意图

3地面拼装的方法和要求

根据钢屋盖的结构形式，经过仔细研究，以最小势能法为基本原则，采取卧拼的方

法进行地面拼装。

杆件进行地面拼装时，要求在保证构件外形尺寸的前提下，将所有的拼接接口进行

试组装，检查所有连接接口的板边差、坡口间隙尺寸、截面的错位、划出节点、杆件、

分段拼装后的现场组拼对合标记线。

4地面拼装胎架的搭设要求

地面拼装胎架的搭设必须按照深化图纸提供的该吊装块“现场拼装坐标系统”进行。

胎架设置采用多点支承的方法，带牛腿的主杆件至少保证3点支承，且牛腿处必须

有支承点。次杆件（牛腿间的活络段）可以2点支承。

5地面拼装步骤

第二步，第一根主杆件拼装

第三步，第二根主杆件拼装

第四步，次杆拼装

第五步，拼装完成

四非弯扭构件加工

（一）非弯扭区箱形构件的加工示意图

1非弯扭区典型吊装块示意图

非弯扭块

非弯扭区典型吊装快示意图

2非弯扭区典型构件示意图

非弯扭区典型构件示意图

（二）非弯扭区构件的加工工艺方案

1非弯扭区构件的加工工艺流程图

检验

（三）非弯扭区构件的加工工艺和控制要点

非弯扭区构件并非一点不弯扭，只是弯扭的程度较小。据此，可以将非弯扭区构件

按部件分为弯扭和不弯扭两种类型，示意图如下：

扭和不弯扭部件划分示意图

1节点段的加工

1、四块壁板按照实际展开图整体下料，同时利用NC切割机自带的喷锌装置划出

隔板或牛腿装配基准线，如下图所示。

上下壁板整体下料示意图侧壁板整体下料示意图

2、壁板局部矫形，方法为局部折弯法。折弯示意图如下。

上下壁板折弯示意图侧壁板折弯示意图

3、节点段U形组立，组立胎架如下图所示。

组立胎架示意图

4、隔板三面焊接。焊接采用C02气体保护焊,Q345C钢板焊后24小时探伤，Q460D

钢板焊后48小时探伤。

隔板三面焊接示意图

5、盖上上壁板，对四条壁板纵缝进行打底焊，然后焊接隔板与上壁板的连接焊缝。

焊接方法和探伤要求同上。

隔板与上壁板焊接示意图

6、为控制接口形状，两端各设置一块工艺隔板，并进行四面围焊。

工艺隔板焊接示意图

7、四条纵缝焊接。焊接采用C02气体保护焊,Q345c钢板焊后24小时探伤，Q460D

钢板焊后48小时探伤。

纵缝焊接示意图

8、对节点段进行矫正和检测。接口4点的x、y坐标必须与地样吻合，z向坐标可

用尺测量，公差控制在3、0mm以内，否则应予矫形。

节点段接口检测示意图

2构件总组装

1、节点段、节间段和牛腿等部件组装结束后，即可进行构件总组装。

2、总组装应在专用的胎架上进行，组装时注意控制各接口的间隙和错边量，间隙

值为0WeW3、0mm,错边量为dVO、15t且W2、0mm0

0<e53.0mm

接口间隙示意图

d<0.15t」IS2.0mm

接口错边示意图

3、接口焊接应在组装胎架上进行，焊接方法采用CO2气体保护焊，焊接顺序：先

对称焊接腹板焊缝，再焊接上下翼缘焊缝。Q345c钢板焊后24小时探伤，Q460D钢板

焊后48小时探伤。

焊接顺序示意图

4、构件整体测量

检查牛腿和杆件两端接口各点坐标，x、y坐标必须与地样吻合，z向坐标可用尺测

量，公差控制在3、0mm以内，否则应予矫形，直至合格为止。

构件检测示意图

五钢管柱加工

（一）钢管柱的制作说明

钢管柱在本工程的立面支撑系统中被广泛采用，从截面规格、材质以及结构形式看,

它具有如下特点:

截面规格多：囊括了从D351X10〜D1200X60等13种规格，甚至有的还采用了组

合截面柱。

序号构件编号截面规格加工方法

1101,107D600X20U0E

21024D600X20组合截面U0E

3103D600X40温卷

4104,104aD900X50温卷

51054D900X50+铸钢件+D1200X60组合截面温卷

61064D600X40组合截面温卷

7322D402X16无缝

8323D500X16U0E

9401,401aD800X35UOE

10413D351X10无缝

11414D500X30温卷

12415D550X40温卷

13419D500X20U0E

材质大多是Q345C,局部应力较大处采用了Q460D的材料。

从截面规格和材质来看，除了个别规格可以采购到无缝钢管外，绝大多数需要加工

单位自行卷制。原则上,Q460D材质和Q345c材质径厚比大于25的钢管必须采用温卷。

钢管柱的结构形式多样。有V形柱、树形柱和展望桥核心筒柱等多种形式。

鉴于钢管柱的上述特点，下面着重讨论三方面的工艺方案：

压、卷管加工工艺方案；

V形柱节点段的加工方案；

展望桥核心筒钢管柱加工方案。

（二）压管工艺

压管主要采用UOE直缝埋弧焊管，UOE大口径直缝埋弧焊管生产工艺是目前世界

上先进的和成熟的压管工艺。

1UOE生产工艺流程

EfdFon;

及曾咽声黑啧tKthr歧

UVncoxhcoMiKnUbt±H3Etpsor

UOE压制管生产工艺流程图

2UOE生产工艺特点

（1）下料

按照下料图与施工工艺的要求，在下料前应充分考虑钢板在压制过程的延伸

量，减少合缝后外圆周长增大引起管径的偏差，可用数控气割或直条气割机切割

成型，气割对接缝处的坡口。

在气割成型的钢板划上钢板压园的中线及直缝对接的装配依线（即对接缝各

向内100mm）,均打上洋冲眼。

铲除割渣及毛刺，打磨周边坡口面至光洁，由专职检验员检查合格转入下道

工序。

（2）铳边

铳削速度：800-1500mm/min；铳削最大板长12500mm加工边缘直线度W2mm；

加工面粗糙度25；相邻两边；夹角误差±6'；加工前板坯宽度工艺留量2-15mm；

加工后板宽±1mm；

加工面不得有局部黑皮，毛刺，棱边和台阶。

通过程序控制进行全自动高速仿形铳边，能够根据板宽超差对铳切速度进行

优化，坡口边缘清洁、无毛刺、无冷作变形、具有坡口质量高、铳边效率高的特

点。

（3）预弯

1）将气割成型的钢板复划线，按园弧周长均分压弯位置线，并用石笔划出

压弯位置线。

2）板输送至1200吨的预弯机上，用匹配的渐开线模具先压制钢板两边缘

150〜300mm弧度，其弯曲半径应等于实际弯曲半径。（用不小于500mm样板检

查）

3）压制完成后需自检、专检合格，才能转入下一道工序。

（4）U成型

U成型机垂直方向最大压力达到2350t，两侧还有二个侧向压根，其压力和

中心压模相同，是目前世界上嘴先进的U成型机之一。

根据板料规格，材质等设定参数如折弯压力，上模规格，下模开口，折弯深

度，步长等等，生成程序即可进行首件试折。首折的PC参数按理论计算后角度

由大到小进行现场修正，直至与内圆弧样板吻合时定出PC参数。

0成型

0成型机采用中心恒定的成型方式，成型压力720003为目前世界上能力最

大、最先进的。成型机，该成型机的独特之处在于压机梁是浮动的，残余应力

小、应力分布均匀。

钢管在压制成开口管后由输送辐道直接输送至台架上，复核开口管的上下口

径的尺寸,合格后方能进入下一道工序。

(5)内外埋弧焊机

现有4套5丝外焊设备、5套4丝内焊设备，焊机配置先进，在整个电流与

电压范围内都有很好的焊接特性，在高压和低压时都具有良好的电弧稳定性；并

配有高精度焊缝自动跟踪装置；可自动完成焊剂的回收、分离、烘干和输送。

（6）精整校直

待焊接完毕管体完全冷却后，钢管输送至精整机，进行管体通长整圆，直至

圆度和外径偏差符合要求；由专检检查合格后转至校直设备进行校直，钢管轴线

及母线的直线度应符合工艺要求，由自检、专检复核后才能流至下道工序。

精整校直

(7)焊缝探伤

焊接完毕即可进行全焊缝100%超声波探伤检测。

对有标准规定的缺陷须100%返修合格并超声波检测判定。

焊缝探伤

(8)检验发货

外观、外形尺寸检查：在钢管前序完成后最终由终检员检查验收，各项指标

符合要求才允许贴合格证入库。

在筒体标注标识，发货。

3卷管工艺流程图

4卷管工艺及控制要点

1、原材料复验

板厚1240mm的钢板原材料的复验应增加Z向拉伸和UT检查。

2、放样

放样应以管的中径计算展开板的长度，钢板上用样冲定出管径周向的1/4中

心线及卷管用垂直于轧辑的中心线。

展开板基准线示意

3、切割

为了防止冷、热裂纹的出现，板厚tN40mm,强度Q345以上的钢板，切割

前必须进行预热。

4、削坡口

上刨边机刨加工管的纵缝对接用坡口。要求：边缘直线度W2、0mm,边缘

垂直度W3、0mmo

坡口形式为双面坡口，内坡口深度（6-6）X2/3,外坡口深度（6-6）X1/3。

5、钢板预弯（拨头）

钢板的两端头采用2000T油压机预弯成弧。预弯应采用专用压模，要求：

弧长24倍板厚。

钢板预弯

6、成形卷管

Q345C材质,且径厚比大于25的钢管，采用UOE方法弯制。UOE加工工艺

另述。

Q460D材质和Q345c材质径厚比小于25的钢管，采用加热温卷工艺。弯制

前必须放入加热炉加热。加热温度应控制在500C〜650C之间，待钢板温度均

匀后上卷板机进行成形卷管，用三分之一周长的弧形样板进行圆度检测，间隙△

1值小于2、0mm,且管端钢板错边A2值小于2、0mm0

管端钢板错边示意图

7、钢管纵缝对接。

对接应采用靠模，错边量应控制在△Wt/10,且W2、0mm以内，局部不圆

度可用压力机矫正。

8、纵缝焊接

焊接采用埋弧焊，顺序先内后外。内侧焊缝加强高小于1、0mm,外侧碳刨

至焊缝金属、打磨坡口后用自动焊盖面。Q345C钢板冷却24小时后探伤，Q460D

钢板冷却48小时后探伤。

9、回圆

将探伤合格的圆管返回卷板机回圆，或用油压机精整钢管端口圆度，要求不

圆度小于D/500且小于5、Ommo

10、消氢及正火处理

当钢板厚度50mm时，管段纵缝焊接完成，探伤、回圆及复探合格后，

为消除厚板焊接的残余应力，可对管段进行消氢及正火处理，温度2720C。

11、管段对接

管段的长度受制于轧辐的长度，因此管段加工完成后还必须进行管段对接。

用吊线法修正管中心线（四芯），对接需在测平的胎架上进行，对接管段的纵缝

应错开90度以上，控制对接缝间隙并衬上管内衬圈，吊上自动转胎进行环缝焊

接。

管对接错缝示意图

（三）V形柱节点段加工方案

1节点段示意图

节点段示意图

2节点段加工流程图

3节点段加工控制要点

1、管段长度的设定原则

管段长度的设定需从三个方面来考虑:

(1)、避免对结构受力的影响。

(2)、便于工厂和工地焊接。

(3)、有利于构件运输。

鉴于此，将节点段的管段长度设定为1500mm。

节点段加工长度示意图

2、底板基准线的要求

底板下料、钻孔完成后，应在其上、下平面内划出管段装配基准线和底部

抗剪件装配基准线，并将管段装配基准线用洋冲打上标记，留作现场安装校核用。

管段装配基准线

装配基准线

抗剪件装配基准线

3、管段相贯线切割

相贯线切割质量是影响构件焊接质量和外观质量的重要因素，因此钢管的

相贯线切割必须用圆管数控相贯线切割机切割，严禁用任何其它切割器械切割。

公司拟投入本工程用于相贯线切割的设备是SKGG-B型高精度6轴连动

数控相贯线切割机。该设备能自动实现多重相贯线的切割和坡口的开设，采用

CNC控制系统，配置等离子切割机，经过多个大型类似工程的实际使用，该设

备具有很高的自动化程度和切割精度，完全能满足本工程钢管的切割需要。

相贯线切割

4、管段基准线标记的要求

管段两端相贯线切割完成后，应在两端十字中心线位置作基准线标记。下

口基准线标记用于装配时对合底板基准线，上口基准线标记用于现场安装校核和

对合上柱之用。

■管段基准线J

（四）展望桥核心筒钢柱加工方案

1展望桥核心筒钢柱加工示意图

2展望桥核心筒钢柱加工工艺流程

3展望桥核心筒钢柱工艺控制要点

（1）管内加劲板坡口设置及装焊顺序

展望桥核心筒钢柱的规格为D800X35,施焊空间较小，碳刨操作不便，因

此，管内加劲板焊接坡口的设置考虑采用单面坡口衬垫焊，加劲板装焊顺序从中

间向两端逐块退装，逐块退焊。

（2）必须确保各层牛腿在一直线上。

将管柱本体置于一水平胎架上，在组装牛腿的位置处设置靠模板，靠模板的

内侧必须垂直于地面，如下图所示。从靠模板内侧拉1/2实际管径至管柱面，即

得到各层牛腿的径向基准线。以此基准线为基准，可划线装配其它角度上的牛腿。

管柱径向基准线划线示意图

六铸钢节点加工

（一）铸钢节点总体情况

本工程中在副馆屋盖和整个体育中心的大屋盖下的树形柱中使用了铸钢节

点。

1铸钢节点的形式

副馆屋盖张弦梁下弦节点采用铸钢球节点，由两个半圆组成。部分大屋盖下

的树形柱中采用了树杈形铸钢节点。树形柱由1根柱子向上分成4个树杈状撑杆,

铸钢节点用在分杈处。图纸中提供的树形柱中的铸钢节点见下图：

2铸钢节点的设计要求

铸钢材料的机械性能(见下表)

极限强度。

厚度或直径屈服强度。s抗拉、抗压和抗弯f延伸率冲击功

钢号S

(mm)(N/mm2)(N/mm2)85%Ak(J)

(N/mm2)

W502360500^650324224270

GS-20Mn5V

>50^1002300500^650270224250

（调质）

>50^1002280500^650252222N40

3技术要求

1、交货状态：tW160时采用调质状态交货，t〉160时采用正火状态交货。

2、化学成份符合国标要求和设计图纸要求。

3、铸造圆角为R20或根据铸造工艺确定，拔模斜度按+1：100设定。

采用调质或掺稀土元素并正火处理。室温冲击功大于50J,伸长率大于22%,

。0、22300MPa,并具有良好的焊接性能。

4、节点的非机加工表面应清理干净，修正飞边、毛刺，去除浇帽口、粘砂、

氧化铁皮及内腔残余物等；铸件经喷丸(砂)处理后，表面粗糙度达到Ra30。

球面及凹面加工精度12、5o

4铸钢件制作工艺流程

（二）铸钢件制作

1计算机凝固模拟分析确定铸钢节点铸造工艺方案

凝固模拟是以铸件充型过程和凝固过程的数值模拟技术为核心，对铸件进行

铸造工艺分析。在本工程中将应用凝固模拟分析软件对铸钢节点的凝固过程进行

了模拟（温度场剖分网格数1042、8万）。通过分析整个凝固过程，确保铸件的凝

固过程实现有效的顺序凝固。

2模型制作

铸钢节点常用的模型制作为木模型和消失模。木模型特点是适合小批量生产

的铸钢节点，但模型制作周期长。消失模特点是适合单件生产的铸钢节点，模型

制作周期相对缩短，但无法二次使用。根据本工程为多品种铸钢节点的特点，主

要选用消失模，搭配木模型生产铸钢件。本工程铸件采用醇基涂料，这种涂料具

有良好的透气性、强度高、干燥速度快等特点，涂料层厚度需大于2毫米。

3铸造

（1）熔炼工艺

采用氧化法炼钢工艺。为确保钢水质量，在配料上选用优质低硫、磷的废钢

和回炉冒口，在满足基本化学成份的同时，加入相应的合金元素，如Ni、Mo、

V等以便细化晶粒，提高冲击韧性及延伸率，同时保证良好的焊接性能。

在钢水冶炼阶段的氧化期必须达到工艺要求的脱碳范围，以确保能够充分实

现去气、去夹杂物之目的；在还原期要严格控制好温度和化学成份，在白渣下出

钢，其中温度用热电偶测量，化学成份分析用光谱分析仪。为了保证硫、磷含量

不超过0、015%,在低温熔化期，加入高效脱磷剂，使钢水产生高磷炉渣；在高

温还原期，多批次加入氟石、石灰石进行脱硫，将产生的浮渣拨出。

（2）浇铸工艺

出钢前先将堵在出钢口的材料掏出，清理出钢口及出钢槽，做好各种准备工

作。然后，吊盛钢桶，并由专人倾炉出钢。出钢时要求钢液流柱要粗，不能散流

而且要使钢液与炉渣一起出到盛钢桶中（即所谓“大口出钢、钢渣混出”）。钢水

全部倾出后，要在钢水表面上盖上一层保温材料，钢液在盛钢桶中，镇静5到

10分钟后开始准备浇注。

钢水浇注前必须保证其温度满足工艺要求，钢水浇注的操作要点如下：

1、浇注时，钢包注口要对正铸型的浇口；

2、时钢水流要小一些，随后逐渐增大，钢水上升到冒口时要缓流，再继续

浇到冒口需要高度，浇注中间不可断流；稍停一下，适当补浇冒口；

3、浇注过程中发生漏钢水（跑火）现象时，一方面，采取措施堵住，另一方

面，细流慢注（钢水温度较高时，可少停一会，但时间不能过长，否则易造成粘

塞头，打不开注口）；

4、如钢水溢出冒口，应及时用撬杠把刚刚凝固的钢皮撬掉；

5、浇注完立即往冒口上加覆盖材料进行保温；

6、待完全凝固后，松开紧固螺丝，让铸钢件能自由收缩。

（3）热处理工艺

铸件进行正火+回火热处理，均匀钢的化学成分和组织，细化晶粒，提高和

改善材料的力学性能。采用6米X12米X4米燃油热处理炉。

正火+回火工艺说明：

1、加热：以W100℃/h升温至650±20℃,保温2小时，然后以最大速率升

温至920±10℃。

2、在920±10℃保温4小时。

3、出炉空冷。

4、回火：以W70℃/h加热升温至620±10℃,保温2小时。

5、随炉冷却至250℃以下，出炉空冷。

4后处理

铸件的后处理是铸钢件生产的最后一道工序，主要有抛丸、割去浇冒口、打

磨、机加工、表面涂装等，是形成铸件外观的关键工序。铸件打磨完毕后，经抛

丸处理使铸件形成均匀一致的外观效果。

5质量控制要素和检验

（1）铸钢件节点的质量控制要素

1、化学成份（%）要求参照欧盟标准DINEN102932005（替代DIN17182）,见下

表:

钢号CSiWMnPWSWNi<

牌号材料牌号

G20Mn5V1、62200、17〜0、601、00〜1、0、020、020、80

0、2360

注：碳当量W0、45%o实际碳含量比表中碳上限每减少0、01%,允许实际

锌含量超出表中镒上限0、04%,但总超出量不得大于0、2%0

2、机械性能符合设计要求，按GB11352标准要求随炉提取试样，每一个炉号

制备二组试样，其中一组备查。

3、铸件表面质量符合设计要求，表面粗糙度达到GB6060、1标准要求。

4、铸件的探伤要求，按GB7233探伤，采用6mm探测头，管口焊缝区域150mm

以内范围超声波100%探伤，质量等级为H级，其余外表面10%超声波探伤，质量

等级为ni级。不可超声波探伤部位采用GB9444磁粉表面探伤，质量等级为HI

级。

5、节点的外形尺寸符合图样要求，管口外径尺寸公差按负偏差控制。

6、热处理按照Q/32182HQA05-2002标准要求，铸件进行调质处理（920±20℃,

出炉液体淬火，加640±20℃回火处理）。

7、涂装处理要求：表面采用抛丸除锈，除锈等级Sa2、5级，表面粗糙度达

至URa30,随即涂水性环氧磷酸锌防锈底漆，厚度lX80um。

（2）铸钢节点的检验

1）检验项与检测方法

检测方法

序号名称预防方法

1原材料光谱分析定点选择合格分承包方

2主要辅助料抽样分析及质量技术证明文件控制按HQA/QP10,1-98A版文件执行

3制模造型用专用板及量具按工艺要求检查按HQA/QP10.2-98A版文件执行

熔炼配料钢水称重法取样分析C、S（高速C、S仪

a熔化期分析）取样分析成份、光谱分析成份

4严格执行《氧化法炼钢工艺》

b氧化还原期时间法测定钢水温度，称重法测定浇

c出钢浇注注重量

光谱分析化学成份并进行力学性能

5试样分析按HQA/QP10、2-98A版文件执行

试验

6毛坯检测检测几何尺寸目测表面质量按HQA/QP13