鋼構造特殊構(元)件銲接流程管理之研究-以銲接品質為核心

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研究生：	周志憲 CHOU CHIH HSIEN
論文名稱：	鋼構造特殊構(元)件銲接流程管理之研究-以銲接品質為核心
指導教授：	謝定亞
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系在職專班 Executive Master of Civil Engineering
論文出版年：	2022
畢業學年度：	110
語文別：	中文
論文頁數：	132
中文關鍵詞：	鋼結構、圓管對接、漸變銲道、電銲品質
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摘要

全世界的建築物都想求新求變、與眾不同的情況下，各國的知名建築師都陸續設計出所謂的DNA建築，如：法國的燈塔大樓、加拿大夢露大樓、法國的路易威登創作基金會及台灣陶朱隱園，這些建築物都有一個共通點為運用鋼結構的可塑性來做為建築物的造型主體。
鋼結構組成構件皆以方管、圓管或是 H 型鋼來架構組成，而構件架構連結不外乎電銲作業或螺栓對接，因此本研究所著重於圓管在有角度的對接情況時，所產生因電銲空間不足及有效銲道的判定所訂定之課題。
在圓管對接的型態中，圓管多有斜切面對接之電銲模式，整段圓周與其它構件對接面中的夾角，將有鈍角漸變至銳角之型式，大於 90 度之鈍角因施作空間允許，可施作全滲透坡度漸變銲道（ CJP），但銳角部分僅能施作塡角銲坡度漸變銲道（PJP），其後者又會因為夾角角度愈小愈難施工電銲作業，其夾角之根部的銲接難度增加，導至品質難以掌控，因此須將銳角根部無法全滲透銲道轉換成填角銲之銲道長度，因此本研究需研討出銲道長度計算方式，將無效銲道定義出來。
最後再經由營建管理的方式，將評估適合製造工序及方法，使製作承包商能依循固定 SOP 進行特殊構件電銲作業，並維持質同一品質水準，減少人為因素產生之電銲品質參差不齊狀況，已達成以如期如質的最終目標。

關鍵字：鋼結構、圓管對接、漸變銲道、電銲品質

ABSTRACT

As buildings around the world continues to evolve and diversify, famous architects from various countries all roll out the so called “DnA Builidngs”in droves, such as the Le Phare (the lighthouse) in France, Absolute Towers in Canada, Louis Vuitton Foundation in France, and the Agora Garden in Taiwan. These building all have one thing in common, that is, utilizing the plasticity of steel structure to serve as the main style body.
Since many steel structures are made of square steel pipes, round pipes or H-beams, and these components are often held together by either welding or butt joints, this paper focuses on joining the round pipes at an angle, and the accompanying issue of insufficient space for welding, as well as how to determine effective weld bead.
In joining round pipes, round pipes are often jointed by welding at bevel "Chamfer" cuts. The angle between the segment circumference and the other component’s bevel cut will gradually transition from an obtuse angle to an acute angle. Complete Joint Penetration (CJP) is possible at an angle greater than 90 degrees since the workspace permits it but for acute angles Partial Joint Penetration (PJP) must be used. The latter method will often result in poor quality control because the smaller the angle, the harder it is to weld, which increases the difficulty to weld at the weld root. Therefore, it is important to convert the length at the cute angle root where it's impossible to perform CJP, to the corresponding weld bead length for PJP. This research aims to find the formula for calculating the weld bead length and to define ineffective weld bead.
Lastly, construction management can evaluate the most appropriate process and method that allows contractors to have a standardized Standard Operating Procedure to handle the welding of specialized component. Then the end products can be maintained at the same quality level, which will reduce the variation in welded products caused by human factors, and will achieve the ultimate goal of being on time and on target.

Keywords: Steel Structure, Round Pipe Joints, Joint Penetration, Welding Quality

目錄

摘要     
ABSTRACT    i
誌謝    ii
目錄    iii
圖目錄    v
表目錄    viii
第一章、緒論    1
1-1    研究動機    1
1-2    研究目的    1
1-3    研究方法    1
1-4    研究流程    2
1-5    研究範圍    5
1-6    預期成果與貢獻    6
第二章、    文獻回顧    7
2-1    鋼結構銲接品質之探討    7
2-1-1 銲接之匹配    8
2-1-2 大氣條件之影響    21
2-1-3 銲接參數對品質之影響    23
2-2 銲接計畫書    25
2-2-1 銲接計畫書的製作流程    25
2-2-2 銲接計畫書的用途    26
2-2-3 銲接計畫書的內容項目    26
2-2-4 銲接計畫書的參數來源    30
2-3 相關銲接規範之研究    31
2-4 小結    31
第三章    有效銲道試驗之流程管理    33
3-1    銳角根部對圓管電銲之關係    33
3-2    鋼材與銲材之規定    33
3-3    試驗及驗證之流程    34
3-4    小結    41
第四章 圓管銲接及檢測方法    42
4-1    圓管電銲施工流程    42
4-1-1 圓管電銲施工作業    44
4-2    現場執行及查核作業    61
4-2-1 不定期查驗之項目    61
4-2-2 TYK圓管構件停檢點之查核    64
4-3    小結    69
第五章 專家意見調查及分析    70
5-1 銲接作業各階段流程    70
5-2 專家意見彙整    70
5-3 問卷調查與討論    87
5-3-1 以 AHP 法問卷其內容如附錄二，回收分析結果    91
5-3-2 分析說明    92
5-4 小結    94
第六章 結論與建議    95
6-1 研究結論    95
6-2 研究建議    95
參考文獻    96
附錄    97

 
圖目錄

圖 1-1  研究流程圖    3
圖 2-1 為熔接條件對於銲道行程之品質影響    24
圖 3-1 式片規格量測圖    36
圖 3-2 試片角度量測    36
圖 3-3 電銲前試片預熱    37
圖 3-4 電銲完成之成品    37
圖 3-5 試片巨觀準備    38
圖 3-6 試片酸洗過程    38
圖 3-7 試片酸洗完成    39
圖 3-8 11∘巨觀照片(試片一)    39
圖 3-9 11∘巨觀照片(試片二)    40
圖 3-10 以圓管組立夾角 11 度無效銲道(到)量測    40
圖 4-1 圓管厚度確認    44
圖 4-2 圓管銲道UT檢測    45
圖 4-3 由CAD圖檔轉入切管機    46
圖 4-4 選定切割方式    46
圖 4-5 各轉點之數據    47
圖 4-6 試切割之成果    47
圖 4-7 正式切割之落樣    48
圖 4-8 切割前火嘴試跑    49
圖 4-9 圓管切割    49
圖 4-10 落樣組立模台    50
圖 4-11 立板定位    51
圖 4-12 高程定位    51
圖 4-13 圓管組立    52
圖 4-14 電銲檢查線之施工圖    52
圖 4-15 電銲檢查線之落樣    53
圖 4-16 電銲完成線及查驗分區    53
圖 4-17 電銲前檢查    54
圖 4-18 C、D區以FCAW銲槍打底後電銲    55
圖 4-19 打底完成後C、D區2G橫銲    55
圖 4-20 B區圓管內側FCAW打底    56
圖 4-21 B區打底電銲圓管內側外觀    56
圖 4-22 B區打底電銲圓管外側外觀    57
圖 4-23 翻轉90度正面鏟修    57
圖 4-24 B區1G平銲後翻轉90度    58
圖 4-25 鏟修完成確保電銲角度    58
圖 4-26 B區與C區交界處2G橫銲    59
圖  4-27 C、D區交界電銲情形(平順處理)    59
圖 4-28 整體電銲外觀    60
圖 4-29 UT檢測（超音波檢測）    60
圖 4-30 MT檢測（磁粉探傷檢測）    61
圖 4-31 電流查驗    62
圖 4-32 電壓查驗    62
圖 4-33 大氣濕度查驗    63
圖 4-34 電銲層間溫度管控    63
圖 4-35 室外風速量測    64
圖 4-36 銲前組立精度量測    64
圖 4-37 銲前組立高程量測    65
圖 4-38 銲前電銲檢查線量測    65
圖 4-39 銲後VT(銲道目視檢查)    66
圖 4-40 銲後MT（磁粉探傷）    67
圖 4-41 銲後UT（超音波檢測）    67
圖 4-42 銲後電銲檢查線量測    68
圖 4-43 銲後圓管夾角尺度量測    68
圖 5-1 諮詢系統架構圖    86
圖 5-2 鋼構設計規劃與選材    88
圖 5-3 鋼板切割    89
圖 5-4 電銲作業管理    89
圖 5-5 N D T 查驗    90
圖 5-6 鋼構製造組立    90
 
表目錄

表 2–1  銲接方法比較表    8
表 2-2  國產與日本規範編號年份對照    9
表 2-3  規範適用範圍（JIS）    10
表 2-4  規範適用範圍（CNS）    10
表 2-5  銲接材料之品質要求    11
表 2-6  預熱及電銲層間之最低溫度規定表    14
表 2-7  電弧銲接之分類表    15
表 2-8  非破壞檢測方法整體功能性之比較表    21
表 2-9  預熱及銲接層間之最低溫度規定    22
表 3-1  有效銲道統計表    41
表 5-1  專家訪談名單    71
表 5-2  結構設計、規劃品管議題    72
表 5-3  計畫書審核議題    76
表 5-4  工廠製作階段品管議題    78
表 5-5  組裝、中間檢查階段品管議題    83
表 5-6  問卷發放對象    87
表 5-7  就「鋼構造特殊構（元）件銲接流程」管理之評估整理    91
表 5-8  影響因子之成對比較與權重值矩陣    93
表 5-9  計算一致性向量值    94


                                

參考文獻
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[5] 內政部營建署，鋼構造建築物鋼結構施工規範，2015。
[6] www.laws.taipei.gov.tw/lawatt//Law/P06C2005-20150331-0000-028.doc。
[7] 朱健松、劉育廷，銲接參數對氣體金屬電弧銲接特性之研究，2005。
[8] 行政院公共工程委員會，鋼結構施工及檢驗基準，2015。
[9] 吳隆佃、莊士誠，金屬材料銲接程序規範書及其檢定：鋼的電弧銲接及氣銲、鎳及鎳合金的電弧銲接，2014。
[10] http//www.twsroc.org.tw/UserGuideFile/55VV6S4uTI21W5b75QfL1Svu8X18AG34I88.pdf。
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[12] 蔡顯榮，鋼構造建築鋼結構銲接規範及解說之研究，1998。
[13] 吳隆佃、莊士誠，從標準談銲接施工品質管理，2015。

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