建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》是中國華西企業有限公司完成的建築類施工工法，完成人是張洪、劉新玉、邱雲勝、戚岷、龍紹章。該工法適用於建築工程施工外腳手架和模板支撐架搭設用直徑Φ48×3.5毫米鋼管的對接焊接；並可廣泛用於壁厚、直徑、材質均相同且可焊性好的金屬圓管大批量對接焊接。

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》主要的工法特點是：自動對焊鋼管成套設備性能先進，成本低、工效高、質量可靠、操作簡單。

2011年9月，《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法
• 工法編號：GJEJGF040-2010
• 完成單位：中國華西企業有限公司
• 主要完成人：張洪、劉新玉、邱雲勝、戚岷、龍紹章
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

在建築工程施工中，普遍採用Φ48×3.毫米鋼管作外腳手架及支模架材料。為滿足使用需要，搭設架體時難免不切割鋼管，久而久之施工單位的短鋼管不斷增加，長短鋼管比例不配套，甚至導致短料閒置、積壓以致浪費，由於一直沒有一個好的解決辦法，形成了一個普遍存在的老大難問題。施工單位於2006年開始調研、立項、研究、實踐，最終研製和研發出自動對焊鋼管的成套設備及光電控制電晶體脈衝鎢極氬弧焊自動對接鋼管技術，形成了成套生產線。與傳統手工電弧焊對接技術採用內置鋼襯套筒相比，機械化程度高，工效提高，體現經濟效益，鋼管的通用性好，焊接質量可靠。經抽檢，對焊鋼管100%符合鋼管力學性能要求，各項性能指標達到母材鋼管水平，能替代非焊接鋼管使用。已成功套用於卓越時代廣場（二期）、聖·莫麗斯C區花園、德陽深國投商業中心、前海豪苑（一期）、哈爾濱大廈、深圳職業信息技術學院Ⅵ標、奧特迅電力大廈、東莞美爵花園、深圳首創八意府、雍景灣等多項工程的外腳手架和內支模架搭設施工，已套用焊接短鋼管2802噸，實踐證明，焊接鋼管性能好、安全可靠，滿足工程施工要求。

工法特點

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的工法特點是：

1、採用光電控制電晶體脈衝鎢極氬弧焊自動對接鋼管技術，自行研製的自動對焊鋼管成套設備性能先進，成本低、工效高、質量可靠、操作簡單。

2、焊接過程中，自動焊接工具機轉盤控制組對鋼管均速同步轉動，焊口受熱均勻，焊劑分布勻稱。鋼管端部開口60度坡度，用氬氣保護，工件自動旋轉焊接，焊液分布均勻，不易產生氣孔，焊口表面平整光滑，機械化程度高，焊接質量好。

3、焊接中採用光電技術控制鋼管焊口幾何尺寸，克服了傳統手工電弧焊質量不穩定和幾何尺寸難控制的問題，防止了焊縫超焊。

4、可按工程施工實際需要長度焊接定尺鋼管，能有效避免現場施工中將長鋼管鋸短和增加搭接的現象，節約扣件，使用方便，省工省料。

5、焊接鋼管通用性好，符合建築施工腳手架鋼管材質要求。

6、短鋼管對焊接長，可實現短料長用，以及廢料再利用，符合國家節能減排政策要求。

操作原理

適用範圍

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》主要適用於建築工程施工外腳手架和模板支撐架搭設用Φ48×3.5毫米鋼管的對接焊接；並可廣泛用於壁厚、直徑、材質均相同且可焊性好的金屬圓管大批量對接焊接。

工藝原理

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的工藝原理敘述如下：

1、光電控制的鎢極氬弧焊自動對接焊接鋼管由一系列新型設備組合而成，形成成套流水作業工序。脈衝鎢極氬弧焊機控制氣泵對自動焊接工具機輸入保護氬氣，自動焊接工具機上的自動程式控制裝置可實現對焊槍、送絲機構、氬氣流量、焊接工藝參數、工件轉速等的自動控制，達到自動焊接目的，並且對鋼管對焊環形焊縫起焊點有記憶功能，保證焊接終點與起點能自動重合，防止局部超焊。

2、自動焊接工具機上裝設一組光電開關，通過控制電路上裝設的收光器接收發射電路發出的光信號，控制鋼管焊口幾何尺寸。施焊中，焊縫的幾何尺寸小於或等於鋼管直徑時，電路暢通；焊縫大於鋼管直徑時，電路自動斷開。採用脈衝鎢極氬弧焊，在氬氣保護下，使鎢極端頭、電弧和熔池金屬不與空氣接觸，電弧燃燒穩定，熱量集中，有利於形成緻密的焊接接頭，（熔化與非熔化極氬弧焊示意圖如下圖1所示；自動焊接工具機控制示意圖如下圖2所示）。

施工工藝

• 工藝流程

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的施工工藝流程見下圖。

鋼管對接焊接工藝流程圖

操作要點

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的操作要點如下：

一、技術準備

1.焊接工藝評定及焊工培訓、考核施工前參照《焊接工藝評定規程》DL/T868中有關規定進行焊接工藝評定，並根據評定結果編制焊接工藝說明書，指導焊工培訓焊工培訓考試按國家質檢總局頒發的《建築鋼結構焊接焊工考試與管理規則》的有關規定進行，考試合格後方可上崗施焊。

2.施工前安全及技術交底施工作業前嚴格按照《氬弧焊安全技術操作規程》《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81和焊工特種作業安全管理規定等要求，對機操工、焊工等作業人員進行安全技術和環境及職業健康要求交底。

二、鋼管選料

焊接鋼管篩選：滿足直徑Φ48、壁厚3.5毫米。根據施工需用的鋼管長度要求，選擇兩根短鋼管總長度略大於所需長度，且2條組對鋼管壁厚相同。

三、鋼管除銹、矯直

採用腳手架管專用矯直機對篩選出的待焊鋼管進行表面清理、除銹和調直。

四、切割鋼管焊口端頭

用金屬圓鋸機垂直切割待焊鋼管的端部。鋸切時，採用手工方式按所需切割的長度將鋼管端頭送入切割夾具，啟動自動控制開關，由自動氣缸控制刀具進行切割。須保證鋼管焊接連線埠切平，切口平面與鋼管中心線垂直。如圖5.2.4所示。

五、坡口加工及檢查

1.用端面加工倒角機對切割好的鋼管焊接連線埠開60度V形坡口，如下圖所示。

鋼管對焊V形坡口示意圖

2.加工完的坡口應進行外觀檢查，要求切面光滑，不得有裂紋和分層，否則應重新切割並開坡口。

3.坡口加工完畢，要對母材端面進行清理，焊口端部20毫米內和坡口面不得有油（油漆）、水、銹等雜質，防止焊縫產生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，如下圖所示。

用端面加工倒角機給鋼管焊接端開60度坡口

六、焊接工藝

1.鎢極氬弧焊二次輸出迴路採用直流正接。工件接正極，鎢極為負極。陰極區發射電子，溫度低，鎢極不容易燒損，使用壽命長，可以使用較大的焊接電流。採用該焊接工藝，焊縫熔深大而熔寬窄，生產率高，工件的收縮和變形也小，形狀保持良好，適合焊接碳鋼等，能夠形成穩定均勻的焊縫。

2.TIG焊（鎢極惰性氣體保護焊）時，由自動焊接工具機雙卡盤帶動一組對接鋼管等速同步旋轉，採用焊槍相對由焊件接縫的右端向左端移動的左向焊法，氣體保護效果好，焊縫成型美觀。

3.鎢極伸出噴嘴的長度，一般取1~2倍鎢極直徑；鎢電極與焊件距離（弧長）一般取1.5倍以下鎢電極直徑；鎢極氬弧焊噴嘴孔徑為5~2毫米，對應保護氣體流量為5~25L/分鐘，焊接碳鋼可選用4~5號噴嘴。焊接電流增大，所對應的噴嘴孔徑和氣體流量取值也隨之增大。

4.鎢極氬弧焊電極為純鎢或活化鎢為材料，特徵在於電極的一端削尖，要求尖端部位位於電極的軸心線上。電極尖端部常加工為圓錐形，圓錐頂角的夾角為20度~30度或90度，最大限度的消除鎢極尖端形狀對電弧穩定性的影響，提高焊接穩定性和焊縫質量，並延長鎢電極的使用壽命。

5.對於Q215腳手架用無縫鋼管，通常壁厚δ=3.0~3.5毫米，選取相同壁厚鋼管進行組對，對單面60度V形坡口對接焊應由基層開始向外分層焊接，保證對接焊縫完全焊透，表面平整，如下圖所示。

分層焊接順序圖

6.鎢極氬弧焊的規範參數值與被焊材料種類、板厚及接頭型式有關。腳手架鋼管對接焊接工藝參數的選擇見下表。

7.電晶體脈衝鎢極氬弧焊機對脈衝電流控制精確，能全面地控制脈衝電流的各項參數。TIG自動氬弧焊接電流控制波形如下圖所示。通過自動程式控制系統可對相關焊接工藝參數進行大範圍無級調節，且各項參數調節時均保持獨立，不相互影響。

焊接電流波形圖

8.選用小直徑鎢極，圓錐形尖端夾角30度，且選擇短時大電流焊接脈衝（窄脈衝），可得到深寬比接近2:1的焊道；能將根部焊道或薄件熔透，並在焊接熔池明顯下陷之前凝固。通過適當選擇大電流脈衝高度（電流）和脈衝時間（脈寬）及小電流脈衝高度和脈衝時間的比例，可以把熱影響區的尺寸減至最小。

七、鋼管對接組對

使用自動焊接工具機對待焊鋼管進行焊接前組對定位，見下圖，要求組對鋼管壁厚相同；兩段鋼管分別固定在焊接工具機兩邊三爪卡盤上，保證2條對接鋼管同一軸心。自動焊接工具機技術參數見下表。

用自動焊接工具機三爪卡盤固定組對短鋼管

八、自動氬弧焊

1.自動接管專用工具機與電晶體鎢極氬弧焊機配合，通過自動工具機上配置的智慧型化（焊縫自動跟蹤調節系統）裝置，可實現焊縫自動跟蹤焊接，提高焊接自動化。同時工具機具有脈衝檢測功能，通過設定，即可實現任意焊接長度的自動焊接。見下圖。

用自動焊接工具機焊接接長短鋼管

2.自動焊接工具機操作程式：開啟焊槍冷卻器→開啟氬氣、壓縮空氣→開啟焊機電源→開啟工具機電源→開啟工具機控制臺電源→設定各項焊接參數→試焊→參數修正→轉入成批自動焊接。見下圖。

自動氬弧焊接工具機工作程式圖

九、焊縫檢驗

1.外觀檢測

通過工具機上的控制開關控制雷射信號，對鋼管焊縫的幾何尺寸、表面平整度進行自動控制。焊接過程中，焊縫的幾何尺寸小於或等於鋼管直徑時，電路暢通；焊縫大於鋼管直徑時，電路自動斷開。焊縫在氬氣保護下，鎢極端頭、電弧和熔池金屬不與空氣接觸，形成緻密的焊接接頭，表面平整。如下圖所示。

焊接好的鋼管接頭

2.抽樣檢驗

焊接的鋼管接頭按規範進行抽樣，經拉伸彎曲試驗，壓扁試驗，磁粉檢測，巨觀酸蝕性試驗等各項檢測，結果證明焊接接頭的各項性能均達到母材的水平。檢驗試件如下圖所示。

焊接接頭彎曲試驗

十、焊接施工環境條件

1.焊接設備輸入電源為380伏，要求電壓波動範圍為±5%。

2.環境溫度範圍：-25~40攝氏度，並保證環境空氣流通。

3.鎢極氬弧焊，要求風速應小於20米/分鐘。

4.空氣相對濕度應小於85%。

5.作業場地應平整，無嚴重振動，保證工具機安裝時床身平面儘量放平，最大允許誤差0.15毫米。

6.焊接場所應有防風、雨、雪措施。

十一、勞動力組織情況

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的勞動力組織情況見下表。

材料設備

1、焊接材料

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》所用的焊接材料如下：

1、鋼管鋼管材質應符合國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700中Q235-A級鋼的規定；鋼管力學性能應符合國家標準《直縫電焊鋼管》GB/T 1379或《低壓流體輸送用焊接鋼管》GB/T 3091的要求；鋼管長度不小於3000毫米，外觀尺寸符合《建築施工扣件式鋼管腳手架安全技術規範》JGJ 130的要求。

2、氬弧焊焊絲選用牌號：THT50-；型號：GB-ER50-6實心焊絲（如：唐山神鋼MG-51T），規格為中1.6毫米，且各種化學性能及技術指標與中國Q235材質接近。

3、保護氣體選用氬氣，純度Ar≥99.9%。

4、鎢極選用鈰鎢，規格為Φ2.4×175毫米耐高溫鎢棒。

2、機具設備

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》所需主要機具設備見下表。

質量控制

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量標準

1、鋼管對接焊接應符合《建築鋼結構焊接技術規程》JGJ 81。

2、抽檢焊縫的磁粉無損探傷應符合《無損檢測-焊縫磁粉檢測》JB/T 606。

3、產品試件拉伸、抗壓、冷彎力學性能試驗應符合下列標準：拉伸試驗：《焊接接頭拉伸試驗方法》GB/T 2651；抗壓試驗：《金屬管一壓扁試驗方法》GB/T 246、《焊接接頭彎曲及壓扁試驗方法》GB/T 2653；彎曲試驗：《焊接接頭彎曲及壓扁試驗方法》GB/T 2653。

4、焊接後的成品鋼管應符合《建築施工扣件式鋼管腳手架安全技術規範》JGJ 130。

二、技術措施

1、嚴格按《建築鋼結構焊接焊工考試與管理規則》和《鎢極氬弧焊技術規程》的有關規定進行焊工培訓與考試，考試合格並熟練掌握鎢極氬弧焊技能的方能上崗。

2、焊前技術員應按工藝指導書的要求對焊工進行技術交底。

3、嚴格按照焊接施工的各項技術要求進行施工。

4、焊工施焊前應對焊件、焊絲表面進行清理，保證焊口組對質量。

5、及時反饋焊縫質量檢驗評定結果，技術員應針對焊縫中所出現的缺陷認真查找原因，提出預防措施。

6、焊機性能應滿足焊接施工工藝要求。

三、管理措施

1、各工序工作分工明確，落實到人。

2、合理安排施工進度和焊接工作量，嚴格控制焊接質量，協調好焊縫檢驗與施工進度之間的關係。

3、焊工應對焊機定期進行保養，確保焊機處於完好狀態。

4、嚴格控制作業環境條件，當環境條件不能滿足焊接環境要求時，應採取一定的防範措施。

安全措施

採用《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、焊工上崗施焊應穿戴好勞動保護用品防止電弧光中的紫外線和紅外線灼傷、燙傷和觸電事故發生。

2、焊接手把的絕緣性能要經常檢查。鎢極氬弧焊接時，應加強焊接區的通風。在不能進行通風的局部空間施焊時，應戴供給新鮮空氣面罩或防毒面具。

3、焊機外殼要可靠接地，接地電阻不得大於10；設立單獨開關，拉合閘刀時要戴好絕緣手套，臉部側向操作。

4、施工現場不得有易燃、易爆物品。

5、每次施焊工作結束後，應切斷焊機電源，並檢查操作地點，確認無火災隱患後方可離開現場。

環保措施

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的環保措施如下：

1、氬弧焊的引弧與穩弧措施應採用電晶體脈衝裝置，不得用高頻振盪裝置，防止高頻電磁場輻射。應定期對焊接工作場所進行電磁輻射檢測，不得超過衛生標準規定的8小時接觸允許輻射強度：20伏/米，並採取防電磁輻射措施。

2、氬弧焊電極不得用釷鎢棒而用鈰鎢棒或釔鎢棒，防止產生放射線傷害。

3、磨削電極鎢棒應配備專用砂輪，砂輪機要安裝除塵設備，砂輪機地面上的磨屑要經常作濕式掃除，並集中深埋處理。操作時應戴防塵口罩，磨削完畢後應以流動水和肥皂洗手，並經常清洗工作服和手套等。

4、焊接時選擇合理、規範的參數，避免鎢棒過量燒損產生大量焊接金屬粉塵，以及臭氧、氮氧化物、一氧化碳和氟化氫等有毒氣體。應加強作業場所通風和個體防護，防止中毒。

5、待焊鋼管端頭切割後的余料和V形坡口加工產生的金屬碎屑應集中回收；金屬切割設備冷卻液、機油等應防止灑漏，避免污染土壤；對灑漏油料應即時用砂進行收集處理。

效益分析

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的效益分析如下：

1、如焊接鋼管價格按新鋼管價格70%計算，新鋼管與焊接鋼管相比較：新鋼管單價5300元/噸；短鋼管單價3710元/噸，焊接費用200元/噸；焊接鋼管可節約1390元/噸。施工單位已完成短鋼管焊接2802噸，創造經濟效益669.678萬元，取得了經濟效益（見下表1、表2）。

表1 舊短鋼管與焊接鋼管經濟效益對照表

材料名稱	重量（噸）	租賃		產生經濟效益（萬元）	備註
		單價（元/噸·月）	回收租金（萬元）
舊短鋼管	2802	無	無	無	長期庫存積壓
焊接鋼管	2802	100	280.2	280.2	租金以10個月計

表2 焊接短鋼管與新鋼管費用開支對照表

材料名稱	重量（噸）	焊接費用（元/噸）	單價（元/噸）	節省開支（元/噸）	共節省開支（萬元）	備註
新鋼管	2802	無	5300	無	無	/
焊接鋼管	2802	200	3710	1390	389.478	按新鋼管單價70%計

以上焊接鋼管經濟效益合計：280.2萬元+389.478萬元=669.678萬元。

2、利用氬弧焊焊接技術對接鋼管，可為用戶提供滿足各種施工層高要求的定尺鋼管，減少接頭扣件，避免現場鋼管的切割，提高工作效率，接頭性能和與母材同等的通用性，取得了社會效益。

3、通過對閒置、積壓短鋼管以及部分廢舊余料的對接焊接再利用，降低了材料報廢率，提高了鋼管單位重量利用率，符合國家節能降耗政策要求。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》的套用實例如下：

施工單位累計完成Φ48×3.5毫米短鋼管焊接2802噸，成功套用於卓越時代廣場（二期）、聖·莫麗斯C區花園、德陽深國投商業中心、前海豪苑（一期）、哈爾濱大廈、深圳職業信息技術學院Ⅵ標、奧特迅電力大廈、東莞美爵花園、深圳首創八意府、雍景灣等多項工程的外腳手架和內支模架搭設施工，見下表。經工程實踐證明，焊接鋼管性能好、安全可靠，滿足工程施工要求。

工程套用實例表

序號	工程名稱	建築面積	使用焊接鋼管數量	使用時間
1	卓越時代廣場（二期）	11119.13平方米	403噸	2007年10月~2009年01月
2	聖莫麗斯C區花園	85757.25平方米	455噸	2007年12月~2009年11月
3	德陽深國投商業中心	43701平方米	175噸	2006年12月~2007年5月
4	前海豪苑（一期）	39311平方米	186噸	2009年6月~2010年4月
5	哈爾濱大廈	52956平方米	122噸	2009年5月~2010年1月
6	深圳職業信息技術學院VI標	94255平方米	310噸	2009年7月~2009年12月
7	奧特迅電力大廈	32320平方米	166噸	2009年12月~2010年11月
8	美爵花園一期	33726平方米	180噸	2010年6月~2010年11月
9	深圳首創八意府	93468平方米	385噸	2010年2月~2011年1月
10	雍景灣工程	約17.8萬平方米	420噸	2010年6月~2011年3月
11	合計	/	2802噸	/

1、卓越時代廣場（二期）工程概況

卓越時代廣場（二期）由深圳市祈年建業投資有限公司投資開發，工程位於廣東省深圳市福田中心區6-2地塊，是一座集高檔商業、酒店、辦公於一體的建築綜合樓。框剪結構，地下建築3層，地上建築22層（兩棟塔樓），總建築面積111113平方米，建築高度99.65米，結構層高4.53~7.0米不等。2007年4月1日開工，2010年6月1日竣工，施工階段使用焊接鋼管403噸，安全可靠。

2、聖·莫麗斯C區花園工程概況

“聖·莫麗斯花園”C區工程由深圳市華來利實業有限公司開發，位於廣東省深圳市龍華二線擴展區玉龍路西側，框剪結構，地上7棟高層住宅（25~30層），建築面積85757.25平方米，建築高度80.5~97.3米。2007年9月15日開工，2010年月5日竣工，施工階段使用焊接鋼管455噸，安全可靠。

3、哈爾濱大廈工程概況

哈爾濱大廈工程由深圳市冰成置業有限公司開發，位於廣東省深圳市福田區，框支框架剪力牆結構，建築面積52956平方米，1棟地上3層，地下3層，建築總高度105米。2009年5月20日開工，2010年10月26日竣工，施工階段使用焊接鋼管122噸，安全可靠。

榮譽表彰

《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》獲2008年度中國施工企業管理協會科學技術獎技術創新成果二等獎、2009年度深圳市質量協會質量技術獎。

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《建築用腳手架短鋼管光電控制自動焊接施工工法》被評定為中國國家二級工法。