焊接方案和工藝

焊接方案和工藝焊接思路本工程鋼構(gòu)材質(zhì)主要為Q345B，構(gòu)件類型有：H型鋼構(gòu)件、箱型鋼構(gòu)件。部分構(gòu)件節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，焊縫密集，使焊后殘余應(yīng)力大；焊接空間狹小，使焊接操作難度大，一旦產(chǎn)生焊接變形，將很難矯正，增加了鋼構(gòu)件施焊的難度。對(duì)于長(zhǎng)直、且適合平位置施焊的焊縫，采用氣保焊打底，埋弧焊填充、蓋面的工藝進(jìn)行焊接作業(yè)。焊接通用工藝要求焊接材料要求本工程所用焊材遵照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》及其他相關(guān)現(xiàn)行國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，當(dāng)兩種不同鋼材相連時(shí)，采用與低強(qiáng)度鋼材力學(xué)性能相適應(yīng)的焊接材料，由焊接材料及焊接工序所形成的焊縫金屬，其機(jī)械物理性能應(yīng)不低于主體金屬的等級(jí)。焊接設(shè)備要求工程大量采用埋弧自動(dòng)焊及半自動(dòng)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，工廠內(nèi)焊接設(shè)備能夠本工程構(gòu)件在制作期間的進(jìn)度需求，焊接設(shè)備如下圖：CO2氣體保護(hù)焊（GMAW）埋弧焊-單絲（SAW-M）埋弧焊-雙絲（SAW-D）序號(hào)焊接設(shè)備使用要求1焊機(jī)應(yīng)處于良好的工作狀態(tài)；2焊接電纜應(yīng)絕緣良好以防任何不良電弧瘢痕或短路及人身傷害；3焊接的焊鉗應(yīng)與插入焊條保持良好的電接觸；4回路夾應(yīng)與工件處于良好緊密接觸狀態(tài)以保證穩(wěn)定的電傳導(dǎo)性。定位焊要求定位焊必須由持相應(yīng)合格證的焊工施焊，所用焊接材料應(yīng)與正式焊縫的焊接材料相當(dāng)。定位焊縫厚度不應(yīng)小于3mm，長(zhǎng)度不應(yīng)小于40mm，其間距宜為300-600mm。采用鋼襯墊的焊接接頭，定位焊宜在接頭坡口內(nèi)進(jìn)行；定位焊縫與正式焊縫應(yīng)具有相同的焊接工藝和焊接質(zhì)量要求；定位焊焊縫存在裂紋、氣孔等缺陷時(shí)，應(yīng)完全清除。定位焊是厚板焊接過(guò)程中最容易出現(xiàn)問(wèn)題的部位。由于厚板在定位焊時(shí),定位焊處的溫度被周圍的“冷卻介質(zhì)”很快冷卻,造成局部過(guò)大的應(yīng)力集中,引發(fā)裂紋,對(duì)母材造成損壞。解決的措施是厚板在定位焊時(shí),將預(yù)熱溫度提高20-50℃,將定位焊的電流比正常焊接的電流提高15-20%，同時(shí)定位焊縫應(yīng)有足夠的焊腳尺寸及焊縫長(zhǎng)度，避免冷卻時(shí)，應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致焊縫撕裂。焊接環(huán)境當(dāng)焊接作業(yè)處于下列情況之一時(shí)嚴(yán)禁焊接：（1）焊接作業(yè)區(qū)的相對(duì)濕度大于90%；（2）焊件表面潮濕或暴露于雨、冰、雪中；（3）焊接作業(yè)條件不符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《焊接與切割安全》GB9448的規(guī)定；（4）焊接環(huán)境溫度低于0℃但不低于-10℃時(shí)，應(yīng)采取加熱或防護(hù)措施，確保接頭焊接處各方向大于等于2倍板厚且不小于100mm范圍內(nèi)的母材溫度不低于20℃或規(guī)定的最低預(yù)熱溫度（二者取高值），且焊接過(guò)程中不應(yīng)低于此溫度。（5）焊接環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)，必須進(jìn)行相應(yīng)焊接環(huán)境下的工藝評(píng)定試驗(yàn)，并應(yīng)在評(píng)定合格后再進(jìn)行焊接，如果不符合上述規(guī)定，嚴(yán)禁焊接。預(yù)熱和道間溫度控制預(yù)熱溫度和道間溫度應(yīng)根據(jù)鋼材的化學(xué)成分、接頭的拘束狀態(tài)、熱輸入大小、熔敷金屬含氫量水平及所采用的焊接方法等綜合因素確定焊接試驗(yàn)。鋼材采用中等熱輸入焊接時(shí)，最低預(yù)熱溫度宜符合下表的規(guī)定：鋼材類別接頭最厚部件的板厚t（mm）t≤2020＜t≤4040＜t≤6060＜t≤80t＞80Ⅱ/206080100Ⅲ/4060100120焊接過(guò)程中，最低道間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度，焊接過(guò)程中的最大道間溫度不宜超過(guò)250℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，應(yīng)提高預(yù)熱溫度15-25℃,預(yù)熱及道間溫度控制應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）焊前預(yù)熱及道間溫度的保持宜采用電加熱法、火焰加熱法和紅外線加熱法，并應(yīng)采用專用的測(cè)溫儀器測(cè)量；（2）預(yù)熱的加熱區(qū)域應(yīng)在焊縫坡口兩側(cè)，寬度應(yīng)為焊件施焊處板厚的1.5倍以上，且不應(yīng)小于100mm；預(yù)熱溫度宜在焊件受熱面的背面測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在離電弧經(jīng)過(guò)前的焊接點(diǎn)各方向不小于75mm處；當(dāng)采用火焰加熱器預(yù)熱時(shí)正面測(cè)溫應(yīng)在火焰離開(kāi)后進(jìn)行。采用電加熱預(yù)熱圖片采用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行溫度的測(cè)控后熱保溫控制：對(duì)于厚板接頭，結(jié)構(gòu)形狀不適用電加熱時(shí)，應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行必要的火焰加熱，火焰加熱應(yīng)均勻，同時(shí)作好溫度監(jiān)測(cè)，控制溫度250-300℃，并用保溫棉覆蓋予以緩冷。對(duì)板厚不小于40mm的對(duì)接接頭焊后立即進(jìn)行后熱處理，后熱處理采用電加熱，加熱溫度應(yīng)達(dá)到250-300℃，保溫時(shí)間為1.5-2.0min/mm，且≥1h，然后緩冷至常溫。焊后后熱并用保溫棉覆蓋保溫后熱及保溫溫度的測(cè)控引弧板、引出板和襯墊焊接接頭主焊縫兩端，必須配置引弧板和引出板，其材質(zhì)應(yīng)和被焊母材相同，坡口形式應(yīng)與被焊焊縫相同，禁止使用其它材料充當(dāng)引弧板和引出板。在焊接接頭的端部應(yīng)設(shè)置焊縫引弧板、引出板，應(yīng)使焊縫在提供的延長(zhǎng)段上引弧和終止。焊條電弧焊和氣體保護(hù)電弧焊焊縫引弧板、引出板長(zhǎng)度應(yīng)大于25mm，埋弧焊引弧板、引出板長(zhǎng)度應(yīng)大于80mm；引弧板和引出板宜采用火焰切割、碳弧氣刨或機(jī)械等方法去除，不得傷及母材并將割口處修磨焊縫端部平整。嚴(yán)禁錘擊去除引弧板和引出板。引弧板、引出板構(gòu)件端部設(shè)置引、熄弧板，襯墊可采用金屬、焊劑、纖維、陶瓷等。當(dāng)使用鋼襯墊時(shí)，應(yīng)符合下列要求：（1）應(yīng)保證鋼襯墊與焊縫金屬熔合良好；（2）鋼襯墊在整個(gè)焊縫長(zhǎng)度內(nèi)應(yīng)連續(xù)；（3）鋼襯墊應(yīng)有足夠的厚度以防止燒穿；（4）用于焊條電弧焊、氣體保護(hù)電弧焊和藥芯焊絲電弧焊焊接方法，襯墊板厚度不應(yīng)小于4mm；用于埋弧焊方法的襯墊板厚度不應(yīng)小于6mm；用于電渣焊方法的襯墊板厚度不應(yīng)小于25mm。返修焊要求焊縫金屬和母材的缺欠超過(guò)相應(yīng)的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可采用砂輪打磨、碳弧氣刨、鏟鑿或機(jī)械等方法徹底清除。對(duì)焊縫進(jìn)行返修，應(yīng)按下列要求進(jìn)行：（1）返修前，應(yīng)清潔修復(fù)區(qū)域的表面；（2）焊瘤、凸起或余高過(guò)大，采用砂輪或碳弧氣刨清除過(guò)量的焊縫金屬；（3）焊縫凹陷或弧坑、咬邊、未熔合、焊縫氣孔或夾渣等應(yīng)在完全清除缺陷后進(jìn)行焊補(bǔ)；（4）焊縫或母材的裂紋應(yīng)采用磁粉、滲透或其它無(wú)損檢測(cè)方法確定裂紋的范圍及深度，用砂輪打磨或碳弧氣刨清除裂紋及其兩端各50mm長(zhǎng)的完好焊縫或母材，修整表面或磨除氣刨滲碳層后，并用滲透或磁粉探傷方法確定裂紋是否徹底清除，再重新進(jìn)行焊補(bǔ)。對(duì)于拘束度較大的焊接接頭的裂紋用碳弧氣刨清除前，宜在裂紋兩端鉆止裂孔；（5）焊接返修的預(yù)熱溫度應(yīng)比相同條件下正常焊接的預(yù)熱溫度提高30-50℃，并采用低氫焊接方法和焊接材料進(jìn)行焊接；（6）返修部位應(yīng)連續(xù)焊成，如中斷焊接時(shí)，應(yīng)采取后熱、保溫措施，防止產(chǎn)生裂紋。厚板返修焊宜采用消氫處理；（7）焊接裂紋的返修，應(yīng)由焊接技術(shù)人員對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行調(diào)查和分析，制定專門的返修工藝方案后進(jìn)行；（8）返修焊的焊縫應(yīng)按原檢測(cè)方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收，填報(bào)返修施工記錄及返修前后的無(wú)損檢測(cè)報(bào)告，作為工程驗(yàn)收及存檔資料。焊接缺陷及對(duì)策焊接缺陷的種類焊接常見(jiàn)缺陷有：咬邊、焊瘤、焊腳不足、焊高過(guò)高或過(guò)低、焊縫形狀不整齊、焊縫起伏如蛇行、氣孔、弧坑氣孔、熔合不好等。厚板焊接工藝本工程厚板占比較多、焊縫金屬填充量大，焊接殘余應(yīng)力較大，焊接變形不易控制，另外發(fā)生焊縫裂紋和母材層狀撕裂的傾向性較大。為保證工程焊接質(zhì)量，我制作廠將采取以下工藝措施：（1）選派優(yōu)秀焊工從事本工程的焊接工作，并選用高性能的焊材及設(shè)備；（2）焊前進(jìn)行預(yù)熱，溫度控制在100～120℃，預(yù)熱是減緩焊接區(qū)激熱、速冷的過(guò)程，通過(guò)預(yù)熱可降低熱循環(huán)冷卻速度，緩和板厚方向的拘束應(yīng)力，還可以排除焊接區(qū)的水分濕氣即排除了產(chǎn)生氫的根源，從而防止冷裂紋的產(chǎn)生；（3）施焊工藝參數(shù)嚴(yán)格按照經(jīng)焊接工藝評(píng)定合格的焊接參數(shù)執(zhí)行，嚴(yán)格控制焊接線能量，避免出現(xiàn)焊接參數(shù)過(guò)大引起焊縫強(qiáng)度相應(yīng)下降，且大電流所形成的焊縫由于熔深大，焊縫截面易成梨狀，非金屬夾雜物均集中在焊縫中心表面，很易造成裂紋；（4）在厚板焊接過(guò)程中，堅(jiān)持的一個(gè)重要的工藝原則是多層多道焊，嚴(yán)禁擺寬道。采用多層多道焊，前一道焊縫對(duì)后一道焊縫來(lái)說(shuō)是一個(gè)“預(yù)熱”的過(guò)程；后一道焊縫對(duì)前一道焊縫相當(dāng)于一個(gè)“后熱處理”的過(guò)程，有效改善了焊接過(guò)程中應(yīng)力分布狀態(tài)，利于保證焊接質(zhì)量；（5）厚板焊接需要較長(zhǎng)時(shí)間才能施焊完成，因此加強(qiáng)對(duì)焊接過(guò)程的中間檢查非常重要,如層間溫度的控制符合焊接工藝評(píng)定要求。（6）保證背面清根質(zhì)量，碳刨清根后坡口根部半徑不得小于8mm，坡口角度不小于20°，避免根部間隙過(guò)窄而產(chǎn)生裂紋，并且在根部焊接前打磨清理坡口面的滲碳層。（7）控制焊縫金屬在800～500℃之間的冷卻速度，并做好焊后處理工作，以防止冷裂紋的發(fā)生。焊接變形控制厚度焊接層數(shù)多，焊縫金屬填充量大，一旦發(fā)生變形矯正難度加大。在焊接過(guò)程中，厚板的焊接變形主要是角變形，為減少焊接變形采取以下措施：（1）對(duì)接接頭、T形接頭和十字接頭，在工件放置條件允許或易于翻轉(zhuǎn)的情況下，宜雙面對(duì)稱焊接；有對(duì)稱截面的構(gòu)件，宜對(duì)稱于構(gòu)件中性軸焊接；有對(duì)稱連接桿件的節(jié)點(diǎn)，宜對(duì)稱于節(jié)點(diǎn)軸線同時(shí)對(duì)稱焊接；（2）非對(duì)稱雙面坡口焊縫，宜先焊深坡口側(cè)、然后焊滿淺坡口側(cè)、最后完成深坡口側(cè)焊縫。特厚板宜增加輪流對(duì)稱焊接的循環(huán)次數(shù)；（3）大型結(jié)構(gòu)應(yīng)采取分部組裝焊接，結(jié)構(gòu)各部分分別施工、焊接，矯正合格后再進(jìn)行總裝焊接；（4）對(duì)于有較大收縮或角變形的接頭，正式焊接前應(yīng)采用預(yù)留焊接收縮裕量或反變形方法控制收縮和變形；（5）對(duì)異形厚板結(jié)構(gòu)要設(shè)置胎架夾具，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行約束來(lái)控制變形，由于厚板異形結(jié)構(gòu)造型奇特、端面、截面尺寸各異，在自由狀態(tài)下，尺寸精度難以保證，這就需要根據(jù)構(gòu)件的形狀，制作胎架夾具，將構(gòu)件處于固定的狀態(tài)下進(jìn)行裝配、定位、焊接，進(jìn)而控制焊接變形。層狀撕裂的預(yù)防（1）焊接接頭坡口的設(shè)計(jì)焊接坡口的設(shè)計(jì)關(guān)系到拉伸應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱，是影響層狀撕裂的關(guān)鍵因素。從力學(xué)的觀點(diǎn)分析：鋼板一側(cè)受力，產(chǎn)生層狀撕裂的可能性遠(yuǎn)比兩側(cè)受力的機(jī)率小得多，截面積小的焊接坡口，產(chǎn)生層狀撕裂的可能性遠(yuǎn)比截面積大的坡口小得多，焊縫少的焊接接頭，產(chǎn)生層狀撕裂廠的可能性比焊縫多的焊接接頭要小得多，鋼板內(nèi)部的十字焊接接頭，產(chǎn)生層狀撕裂的可能性遠(yuǎn)比在鋼板端部小得多。焊接接頭抗層狀撕裂正誤示意圖在焊接接頭和坡口的設(shè)計(jì)中，成功的因素完全服從于焊接應(yīng)用技術(shù)理論，焊縫截面積的大小決定拉伸應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱，拉伸應(yīng)力場(chǎng)的作用點(diǎn)會(huì)直接影響層狀撕裂的產(chǎn)生。這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)所必須遵循的原則。（2）抓好確認(rèn)最佳焊接工藝關(guān)防止層狀撕裂的產(chǎn)生，除正確的設(shè)計(jì)之外，必須有合理的焊接工藝作保證。防止由冷裂紋引發(fā)的層狀撕裂，可以采取防止冷裂紋相同的技術(shù)措施。如適當(dāng)預(yù)熱、控制層間溫度、后熱消氫處理等，對(duì)防止層狀撕裂均有一定作用。但建筑鋼結(jié)構(gòu)有其特殊的地方，那就是構(gòu)件的截面不同，防止層狀撕裂的方法也不同。A、深化設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)把設(shè)計(jì)關(guān)，特別是坡口設(shè)計(jì)和構(gòu)件加工精度指標(biāo)要嚴(yán)格控制，從根本上消除層狀撕裂出現(xiàn)的必要條件。B、優(yōu)選鋼材、焊材和供貨商，在關(guān)鍵部位合理應(yīng)用抗層狀撕裂的優(yōu)質(zhì)Z向鋼，并在加工前嚴(yán)格進(jìn)行鋼材Z向性能復(fù)檢和UT探傷復(fù)查，從而保證接頭抗層狀撕裂能力，從材料品質(zhì)上消除層狀撕裂出現(xiàn)的必要條件。C、厚板火焰切割前預(yù)熱，火焰切割后切割斷面檢查。提高坡口以及易產(chǎn)生層狀撕裂面的加工精度，消除材料表面的微小應(yīng)力集中點(diǎn)和硬化組織，從根本上杜決層狀撕裂出現(xiàn)的充分條件。預(yù)熱最好采取遠(yuǎn)紅外電加熱裝置以獲得準(zhǔn)確的預(yù)熱溫度，防止付加應(yīng)力的產(chǎn)生。鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)（1）外觀檢查焊接完成后，應(yīng)清理表面的熔渣及兩側(cè)飛濺物。所有焊縫需由焊接工長(zhǎng)100%進(jìn)行目視外觀檢查，并記錄成表。焊縫表面嚴(yán)禁有裂紋、夾渣、焊瘤、焊穿、弧坑、氣孔等缺陷。對(duì)焊道尺寸、焊腳尺寸、焊喉尺寸進(jìn)行外觀檢查。對(duì)接與角接組合焊縫（下圖），加強(qiáng)角焊縫尺寸hk≥t/4且不大于10mm，允許偏差為hk。對(duì)接與角接組合焊縫示意圖對(duì)接與角接組合角焊縫：對(duì)接焊縫與角焊縫余高及錯(cuò)邊應(yīng)符合下表的規(guī)定。焊縫余高和錯(cuò)邊允許偏差（mm）：序號(hào)項(xiàng)目示意圖允許偏差一、二級(jí)三級(jí)1對(duì)接焊縫余高（C）B＜20時(shí)，C為0～3；B≥20時(shí)，C為0～4B＜20時(shí)，C為0～3.5；B≥20時(shí)，C為0～52對(duì)接焊縫錯(cuò)邊（Δ）Δ＜0.1t且≤2.0Δ＜0.15t且≤3.03角焊縫余高（C）hf≤6時(shí)C為0～1.5；hf＞6時(shí)C為0～3.0注：t為對(duì)接接頭較薄件母材壁厚。（2）探傷檢驗(yàn)A、用于構(gòu)件板件拼接的焊縫等級(jí)為