□北京住总集团有限责任公司
张洪兴、李贵江、倪思伟、刘秋实、杨杰、秦翰星
北京城市副中心行政办公区二期启动区 FZX-0901-0166地块项目（0166办公楼）、北京城市副中心行政办公区二期启动区FZX-0901-0170地块项目（0170办公楼），总建筑面积156771㎡，主体地下3层，地上8层，地上结构采用钢框架-支撑结构。钢结构施工期间，率先引入“焊接机器人”。
机器人焊接的焊缝排布均匀，焊缝匀称，外观相比较人工焊接的焊缝更加美观，饱满；机器人焊接的速度约是人工速度的2倍，并可连续作业；还可在一些人工无法实现的区域作业，降低安全风险和隐患。
越来越多的企业将会在钢结构焊接施工中首选机器人作为技术改造的方案。现场机器人焊接技术应用为后续的行业发展指明了方向，也为建筑工业智能化提供了宝贵经验，在未来钢结构绿色建筑的应用上将有广阔的前景。
随着城镇化进程的深入，人们对生活空间和交通便利有了更高的追求，建筑结构逐渐向具有较高抗水平力作用的刚度大的钢结构工程发展，使得建筑钢结构、型钢混凝土组合结构成为结构设计主流。当前，钢结构及其搭接钢筋的现场焊接主要依赖于手工焊接完成，严重影响着建筑行业的自动化程度和焊接质量。
焊接机器人作为自动化程度高、焊接质量稳定、施工效率高的高度集成化的工业设备，近年来大量应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业，大大推动了我国制造业的发展。然而，机器人焊接技术在传统建筑施工领域，尤其是施工现场应用还很少，对于大量采用钢结构的工程建设，探索焊接机器人在施工现场的应用，具有积极的创新和推广意义。
三、主要做法
3.1 焊前准备
1、焊接技术人员在焊接施工前认真阅读设计文件，熟悉图纸、施工工艺和验收标准。根据《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)及其相关规定，编制本工程焊接工艺评定计划书，组织好工艺评定场地、材料、机具等，编制焊接作业指导书，完成人、机、料的计划及组织。根据本工程施焊部位具体情况，完成焊接施工前的准备工作及本工序的施工技术、安全交底。
2、焊接前认真检查焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。各种焊接方法的焊接坡口组装允许偏差值应符合设计和《钢结构焊接规范》GB50661-2012的相关规定。
3、在施焊前，要认真清除坡口内和垫于坡口背部的衬板表面油污、锈蚀、氧化皮、水泥灰渣等杂物。根部间隙检查使用钢塞尺、平板尺。检查结果应符合下表规定：
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项目 |
允许偏差（mm） |
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无垫板间隙 |
+3.0 0.0 |
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有垫板间隙 |
+3.0 -2.0 |
4、间隙不符合要求的处理措施：坡口组装间隙超过允许偏差规定时，可在坡口单侧或两侧人工堆焊，修磨平整使其符合要求。但当坡口组装间隙超过较薄板厚度2倍或大于20mm时，不应用堆焊方法，应使用增加构件长度来减小组装间隙。检查结果应符合下表规定：
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项目 |
允许偏差（mm） |
图例 |
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对口错边△ |
T/10，且不应大于3.0 |
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3.2、焊接机器人定位
1、钢柱焊接采用两台设备对称焊接，根据焊接方案确定的机器人固定点位将其就位。将焊接接卸人固定台座通过膨胀螺栓固定于主体结构楼板上，每个固定点不得少于2个。
2、膨胀螺栓采用M18mm，植入深度不得小于100mm，防止机器人在焊接过程中因台座固定不牢而产生机械臂晃动，造成焊道、焊缝的偏差。
3.3、焊接打底、定位焊
当采用两台设备对称焊接箱型构件时，两台焊接机器人分两步同时对称焊接箱形构件。十字柱施焊时，分1、2、3、4步焊接，同时对称焊接翼缘，再同时对称焊接腹板。如下图所示：
箱形构件 十字型构件
3.4、焊道扫描
焊接机器人对施焊部位进行焊道扫描编程过程中，焊接技术人员要根据坡口工厂加工精度对焊接程序自行反复校核，确保焊缝饱满，无漏焊、断焊等现象。焊接过程中通过手持终端随时观察焊接机器人运行状态。
3.5、焊机焊接温度控制
焊接温度的控制分为焊前加热、焊接层间温度控制和焊后加热保温三个步骤。
考虑到施工现场的可操作性，焊前预热及层间温度的保持和后热保温处理宜采用火焰加热器加热，并采用专用的测温仪器测量。预热的加热区域应在焊接坡口两侧，每侧距焊件施焊处不小于100mm。预热温度宜在焊件反面测量，测温点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm。当用火焰加热器预热时，正面测温应在加热停止后进行。
针对本工程30mm厚度的钢板焊接温度控制要求如下：
（1）焊前预热：板件焊接前使用火焰加热器设备将焊接坡口两侧100mm范围内进行加热，加热温度为60℃。
（2）层间温控：多层焊时应连续施焊，每一道焊道焊接完成后应及时清理焊渣及表面飞溅物。连续施焊过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的控制在90~190℃之间。遇有中断施焊的情况，应采取后热、保温措施，再次焊接时重新预热温度应高于初始预热温度。
（3）后热处理：焊接完成后使用火焰加热器设备将焊缝两侧100mm 范围内加热至120~200℃，保持温度70~120min。
3.6、焊接纠偏
1、对焊接后自身有一定扭转和侧偏的钢柱，应按照钢柱向左偏、钢梁右侧先焊，钢柱向右偏、钢梁左侧先焊的顺序施焊，利用焊接收缩产生的应力对钢柱进行部分侧偏校正。
2、通过改变焊接顺序和加热校正等特殊处理手段，实施处理后再施焊。
3、考虑到在构件的焊接过程中不可避免的会产生收缩而导致钢柱面结构内侧偏倒，所以在校正时必须预留焊接收缩余量。
4、对校正后仍有偏斜的钢构件，可先在反方面进行焊接三至四层的预偏焊接后再对称焊接，利用焊接收缩来达到纠偏的结果。
3.7、焊缝无损检验
施焊完毕的焊缝待冷却24小时后，按设计要求对全熔透一级焊缝进行100％、对二级焊缝进行20％的超声波探伤。超声波探伤的方法及评定标准按照《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析》（GB11345-2007）进行。其合格等级应为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法》（GB11345）B级检测的Ⅱ级。
3.8、焊缝返修
经探伤不合格的焊缝必须返修，返修焊缝的工艺与质量要求与焊缝相同，返修焊缝的最小长度应大于50mm，焊缝同一部位返修次数不宜超过两次。超过两次以上的返修焊缝在查明原因后应制定相应的返修工艺，经技术负责人同意、监理工程师批准后才能实施。
四、经验启示
在北京城市副中心行政办公区二期启动区 FZX-0901-0166地块项目（0166办公楼）、FZX-0901-0170地块项目（0170办公楼）钢结构柱安装中，通过焊接机器人的机械臂能够自动获取构件板厚、坡口角度、根部间隙等数据，自动生成焊接电流、焊接电压、焊接速度等焊接参数，焊接过程中无需人工干预即可根据焊接坡口角度、板厚及根部间隙自动生成焊接层数及焊枪摆幅等参数。
焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备。采用机器人代替手工焊接作业是建筑业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代焊接技术已被国内许多工厂所接受，目前正在向建筑施工领域进军。特别是钢结构焊接施工中，越来越多的企业将会首选焊接机器人作为技术改造的方案。现场机器人焊接技术应用为后续的行业发展指明了方向，也为建筑工业智能化提供了宝贵经验，在未来钢结构绿色建筑的应用上将有广阔的前景。
