国家体育场钢结构工程焊接技术总结.pdf

国家体育场钢结构工程焊接技术总结 一冶工业安装公司 曹仁 1 工程概况 1 1 工程特点 1 1 1 国家体育场工程为2008年北京奥运会主会场 可容纳10万人同时观看比赛 我单位承接钢结 构工程 P9 P18线 的拼装任务 其工程量约12000t 该工程有如下特点 1 设计新颖 空间钢结构由24榀门式桁架围绕着体育场内部碗状看台区旋转而成 结构组件相互支 撑 形成网格状构架 组成体育场整体的 鸟巢 造型 2 用钢量大 主体钢结构部分约5万吨 堪称中国的 艾菲尔铁塔 3 使用了特殊钢材 其桁架柱的柱脚采用铸钢 GS 20Mn5V 调质 组合柱的内柱部分采用Q460E Z35 钢 其它钢材为Q345G JD 4 采用厚板多 柱脚的铸钢件厚度为142mm 152mm 内柱Q460E钢材的厚度为110mm 其它的板厚 为100mm 90mm 80mm 60mm 50mm等 1 1 2 本工程钢结构的连接方式全部采用焊接连接 所以在焊接上有以下四大特点 1 焊接量大及板厚大 其一件组合柱在现场拼装的焊缝数量达500余米 大部分组合柱的内柱的板 厚全部超过60mm 2 特殊钢的焊接 有GS 20Mn5V 铸钢 Q460E Z35 的焊接 其中本工程焊接的Q460E板厚达 110mm 这在世界上是首次厚板大规模使用 3 变形难以控制 杆件截面均为箱型断面 整体构件为复杂型弯扭构件 且无以往经验可借鉴 所以 焊接产生的应力 变形收缩值和层状撕裂很难控制 4 焊接质量要求高 所有现场拼装焊缝为一级焊缝 焊缝余高0 1mm 焊缝宽度偏差不超过3mm 焊 缝外观成型美观等 1 2 结构特点 1 2 1 桁架柱由两根1200mm 1200mm箱型外柱和一根1365mm 2516mm菱形内柱组成的三角形格构 式 内柱与柱基础的连接采用铸钢件过渡 两外柱与内柱连接采用1200mm 1000mm的腹杆 外柱与外柱 之间的连接采用1200mm 1200mm的柱间次结构 1 2 2 主桁架上弦杆箱型截面基本为1000mm 1000mm 下弦杆箱型截面基本为800mm 800mm 腹杆箱 型截面基本为600mm 600mm 腹杆与上下弦杆相贯 屋顶矢高13 500m 1 2 3 立面次结构箱型截面基本为1200mm 1200mm 顶面次结构箱型截面基本为1000mm 1000mm 主结构均为大截面箱型构件 节点在空间汇交多根杆件 次结构节点复杂多变 规律性少 部分相临 杆件相交角度小 给焊接工作带来困难 1 3 焊接概况 1 3 1 焊接母材 材质为低合金钢和铸钢 有Q345钢 含Q345C Q345D Q345G JD Z35 Q345G JD Z25 Q345G JD Z15 Q345G JD Q460E Z35 GS 20Mn5V 铸钢 焊接接头材质的组合有 Q345钢 Q345钢 Q460E钢 Q345钢 Q460E钢 Q460E钢 Q345 钢 GS 20Mn5V铸钢 Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢 1 3 2 坡口形式 51 管理与技术 2006年第4期 坡口形式全部采用单边V型坡口带钢垫板 接头形式大部分为对接接头和少部分T型接头 对接接头坡口形式见表1 T型接头坡口形式见表2 表1 对接接头坡口形式 全焊透焊接 SMAWO b 1 835 G MAW FCAW G F H V b 1 835 表2 T型接头坡口形式 全焊透焊接 SMAWO b 1 835 G MAW FCAW G F H V b 1 835 表中 SMAW 手工电弧焊 G MAW 半自动实芯焊丝CO2气体保护焊 FCAW G 半自动药芯焊丝CO2气体保护焊 F 平焊 H 横焊 V 立焊 O 仰焊 1 3 3 焊接位置 焊接位置为平 横 立 仰以及斜仰 斜立等全方位的焊接 2 焊前工作 2 1 焊工资格要求 由于本工程的重要性和特殊性 凡参与施工的焊工需参加以下培训考试 1 验证考试 参加本工程的焊工必须经过公司后方基地的培训 根据本工程实际工况和焊工证所规定的项目进行 针对性的训练 合格后方可进行验证考试 验证考试须经过国家体育场城建国华钢结构分部和冶金建设 焊工考试委员会组织的焊工验证考试 合格者具备焊接操作的一般资格 凡参与施工的每个焊工需经过 验证考试 61 2006年第4期 管理与技术 2 强化培训 需要进行立焊 仰焊 Q460钢焊接等特殊位置和特殊项目焊接 还须参加由冶金建设焊工考试委员会 组织的采用厚板 并模拟工程实际工况进行的集中强化培训 参与强化培训的焊工数量由各单位根据工 程实际情况择优参加 2 2 焊接工艺评定 根据本工程的重要性和特殊性 所有焊接项目需重新进行焊接工艺评定 焊接工艺评定项目 参见表 3 表 4 必须全部覆盖工程的焊接项目 焊接工艺评定的焊接由各单位选派2 3名合格焊工参加 表3 焊接工艺评定项目 序号评定项目预热温度 焊材的选用 1Q345G JD钢 80 50mm 手工电弧焊十字接头焊接工艺评定100CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 2Q345G JD钢 80mm CO2气体保护焊横焊焊接工艺评定100CHE507 3 2打底 JM58 1 2中间 盖面 3Q345G JD钢 80mm CO2气体保护焊立焊焊接工艺评定100CHE507 3 2打底 JM56 1 2中间 盖面 4Q345G JD钢 80mm 手工电弧焊立焊焊接工艺评定100CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 5Q345G JD钢 80mm 手工电弧焊仰焊焊接工艺评定100CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 6Q345G JD钢 42mm CO2实芯焊丝气体保护焊横焊焊接工艺评定80JM58 1 2打底 中间 盖面 7Q345G JD钢 42mm 实芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊接工艺评定80JM56 1 2打底 中间 盖面 8Q345G JD钢 42mm 手工电弧焊仰焊焊接工艺评定80CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 9 Q345G JD Q460E钢 80 110mm 实芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊 接工艺评定 150CHE507 3 2打底 JM56 1 2中间 盖面 10Q345G JD钢 42mm 手工电弧焊立焊焊接工艺评定80CHE507 4 0打底 中间 盖面 11 Q345G JD GS 20Mn5V钢 50 32mm 钢实芯焊丝CO2气体保护 焊横焊焊接工艺评定 80JM58 1 2打底 中间 盖面 12 Q345G JD GS 20Mn5V钢 50 32mm 手工电弧焊仰焊焊接工艺 评定 80CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 13Q345D钢 20mm 实芯焊丝CO2气体保护焊横焊焊接工艺评定 JM58 1 2打底 中间 盖面 14Q345D钢 20mm 实芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊接工艺评定 JM56 1 2打底 中间 盖面 15Q345D钢 12mm 实芯焊丝CO2气体保护焊横焊焊接工艺评定 JM58 1 2打底 中间 盖面 16Q345D钢 12mm 实芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊接工艺评定 JM56 1 2打底 中间 盖面 17Q345D钢 20mm 药芯焊丝CO2气体保护焊横焊焊接工艺评定 TWE711 1 2打底 中间 盖面 18Q345D钢 12mm 药芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊接工艺评定 TWE711 1 2打底 中间 盖面 19Q345D钢 20mm 手工电弧焊仰焊焊接工艺评定 CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 20Q345D钢 20mm 手工电弧焊立焊焊接工艺 CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 21Q345D钢 12mm 手工电弧焊仰焊焊接工艺评定 CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 22Q345D钢 12mm 手工电弧焊立焊焊接工艺评定 CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 23Q345G JD钢 42 80mm 手工电弧焊仰焊焊接工艺评定100CHE507 3 2打底 4 0中间 盖面 24 Q345G JD Q460E钢 80 110mm 实芯焊丝CO2气体保护焊横焊焊 接工艺评定 200CHE507 3 2打底 JM58 1 2中间 盖面 25 Q345D GS 20Mn5V钢 50 32mm 实芯焊丝CO2气体保护焊立 焊焊接工艺评定 80JM56 1 2打底 中间 盖面 26Q345D钢 20mm 药芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊接工艺评定 TWE711 1 2打底 中间 盖面 27Q345D钢 12mm 药芯焊丝CO2气体保护焊横焊焊接工艺评定 TWE711 1 2打底 中间 盖面 28 Q345G JD钢 80 42mm 实芯焊丝CO2气体保护焊横焊焊接工艺评 定 JM58 1 2打底 中间 盖面 29 Q345G JD钢 80 42mm 实芯焊丝CO2气体保护焊立焊焊接工艺评 定 JM56250 75t1 5t 2 3 焊材复检 根据 钢结构工程施工质量验收规范 G B50205 2001的要求 重要钢结构采用的焊接材料应进行按 批号抽样复验 复验项目为 焊材的化学成分以及焊缝熔敷金属机械性能 s b 5 AKW 焊材焊缝熔敷 金属机械性能复检合格最低值见表5 表5 焊材焊缝熔敷金属机械性能复检合格最低值 焊材名称 s MPa b MPa 5 AK W J 焊丝JM 56 420 500 22 27 30 焊丝JM 58 420 500 22 27 30 焊丝JM 68 470 550 24 27 40 焊条CHE507 400 490 22 27 30 焊条CHE557 440 540 17 27 40 2 4 焊接技术资料编制 焊接前应编制如下的技术资料 a 焊接方案 b 焊接工艺卡 c 焊接过程监控的各种表格 2 5 技术交底 组织所有焊工进行焊接技术交底 让每个焊工清楚本工程的焊接工艺要求 3 焊接工艺 3 1 焊接方法 综合考虑现场拼装焊缝的焊接位置 焊接效率和减小热输入 控制焊接变形量 拟采用以下焊接方法 1 所有仰焊 坡仰焊位采用手工电弧焊 2 平焊 横焊 立焊 坡立焊位采用CO2气体保护焊 3 2 焊接设备 手工电弧焊机采用ZX5 630焊机 天津焊机 及ZX7 400 北京时代焊机 直流焊机 CO2气体保护焊 机采用CL 500焊机 唐山松下焊机 3 3 焊接材料 3 3 1 CO2气体选择 由于CO2气体中主要的有害杂质是水分和氮气 氮气一般 含量较大 危害大的是水分 为进一步提 高焊接质量 本工程CO2保护气体采用北京普莱克斯厂家生产的气体 纯度 99 9 水蒸气与乙醇总含 量 0 005 CO2气体必须有预热干燥器 不得检出液态水 3 3 2 焊丝 焊条选用 1 焊丝 焊条的选用基本原则 Q460E Q460E钢材选用JM68焊丝 Q345钢平 横焊选用JM58焊丝 立焊选用JM56焊丝 仰焊选用CHE507焊条 Q460E GS 20Mn5V选用JM58焊丝或CHE507RH焊条 实芯焊丝 1 2 JM56 JM58 JM68 选用锦泰牌 药芯焊丝 1 2 TWE 711 选用天泰牌 焊条 3 2和 4 0 CHE507 CHE557 选用大西洋牌 2 所有焊缝的打底焊选用焊条打底 由于构件制作的误差 坡口间隙或大或小 根据坡口间隙选用直 81 2006年第4期 管理与技术 径 3 2或 4 0的焊条 3 部分外观成型要求较高的焊缝 其盖面焊接时可选用药芯焊丝 TWE 711 或焊条来盖面 4 焊接材料按表6选用 表6 母材材质焊接位置焊丝选用焊条选用备注 Q345钢 Q345钢 F HJM58 VJM56 O CHE507 Q460E钢 Q345钢 F HJM58 VJM56 O CHE507RH Q460E钢 Q460E钢 F H VJM68CHE557 O CHE557 Q345钢 GS 20Mn5V铸钢HJM58CHE507 Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢HJM58CHE507RH 3 4 工艺参数 3 4 1 手工电弧焊工艺参数详见表7 表7 焊接方法焊接位置焊条电流电弧电压层次 手工焊仰焊 3 2mm110 140A20 23V打底 手工焊仰焊 4 0mm140 180A20 24V中间 手工焊仰焊 4 0mm160 180A20 24V盖面 3 4 2 CO2气体保护焊工艺参数详见表8 表8 焊接方法焊位焊丝焊接电流电弧电压气体流量层次 CO2气保焊横焊JM68200 250A26 30V25 35l min打底 CO2气保焊横焊JM68230 270A28 32V20 30l min中间 CO2气保焊横焊JM68220 260A30 32V25 35l min盖面 CO2气保焊立焊JM56100 120A15 25V25l min打底 CO2气保焊立焊JM56180 210A22 27V22 27l min中间 CO2气保焊立焊JM56170 190A20 24V20 24l min盖面 CO2气保焊横焊JM58180 220A30 35V25l min打底 CO2气保焊横焊JM58200 280A30 40V25l min中间 CO2气保焊横焊JM58200 280A30 40V25l min盖面 4 焊接操作 4 1 焊前准备 4 1 1 母材的清理 对母材的焊接坡口及两侧50mm范围区域 焊前必须彻底清除氧化铁皮 铁锈 油污 涂料 灰尘 水分 91 管理与技术 2006年第4期 等影响焊接质量的杂物 并打磨出金属光泽 4 1 2 构件组对 构件组对时 其坡口尺寸严格按设计要求执行 由于构件制作时尺寸的误差 坡口间隙存在着大于或小于8mm 其处理方法如下 1 坡口间隙 10mm时 在坡口一侧堆焊后打磨至间隙为8mm方可开始焊接 焊接前钢垫板与母材间隙 2mm时 需重新对钢垫板处理或更换钢垫板 至间隙 5mm 时 需重新对接头进行处理 4 1 3 引弧板 引出板设置 由于本工程接口为箱型或菱形 所以只能在两条缝上设置引弧板 引出板 但对另两条缝的焊接有影 响 既影响操作又影响焊缝质量 所以对引弧 引出板不做强制要求 焊工根据自身情况确定 4 1 4 焊条烘干 焊条烘干是直接影响着焊缝质量的主要原因 所以其烘干温度以及烘干时间应严格执行表9规定 表9 焊条烘干温度 名称烘干温度 烘干时间 h 备注 焊条 一般焊条100 1501 2 低氢型焊条300 4001 2 恒温箱贮存温度100 烘干焊条时 不应将焊条突然放进高温的烘干箱内 或从高温的烘干箱内突然取出冷却 使用时应置 于保温筒中 烘干后在大气中放置4h应重新烘干 重复烘干次数不超过2次 受潮的焊条不能使用 4 2 焊前预热 预热的主要目的是减少冷却速度 以防止高强钢 中碳钢 高碳钢以及大厚度结构钢构件产生冷裂纹 建筑钢结构焊接技术规程 JG J81 2002的焊前预热规定是 环境温度为常温时碳素结构钢Q235厚 度大于50mm 低合金高强度结构钢Q345厚度大于36mm 需进行焊前预热 本工程焊前预热规定为 碳素结构钢Q235厚度大于40mm 低合金高强度结构钢Q345厚度大于 25mm Q460E GS 20Mn5V不论板厚 都必须进行焊前预热 环境温度为常温时其焊接前预热温度宜按表 10规定 表10 钢材最低预热温度要求 常温 钢材 接头最厚部件的厚度t mm t 2525 t 4040 t 6060 80 Q235 60 80 100 Q345 60 80 100 140 Q460E 200 GS 20Mn5V 80 100 120 180 注 在本工程中未遇到板厚规格在表中其预热温度未予列出 本工程的焊接加热采用电脑控制式电加热 由吴江同庆科技有限公司操作 焊前预热操作注意事项 1 Q345DG J Q345C Q345D预热温度参考Q345执行 2 焊接接头两端板厚不同时 应按厚板确定预热温度 接头材质不同时 按强度高 碳当量高的钢材 确定预热温度 3 厚板焊前预热及层间温度的保持优先采用电加热器 板厚在25mm以下也可用火焰加热 并采用 02 2006年第4期 管理与技术 专用的红外测温仪测量 4 预热的加热区域应在焊缝两侧 加热宽度应各为焊件待焊处厚度的1 5倍以上 且不小于100mm 4 3 焊接环境要求 4 3 1 相对湿度80 以上 或因降雨 雪等使母材表面潮湿不得进行露天焊接 但被焊接部位如果被充 分保护且对母材采取适当处置 加热 去潮 时 可进行焊接 4 3 2 气温在 5 以下 Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢气温在0 以下 原则上不得进行焊接 若采取一 定的措施使焊接区域实行正温 则允许进行焊接 见冬季焊接施工 4 3 3 当采用CO2气体保护焊时环境风速大于2m s 当采用手工电弧焊时环境风速大于8m s 应采取适 当的挡风措施 本工程防风措施采用脚手架与 三防布 来搭设 4 4 正式焊接 正式焊接前 其焊口接头质量和预热温度应经过质检认可 方可正式焊接 4 4 1 不允许在焊道以外的母材表面引弧 熄弧 特别要注意避免焊把拖动时对母材的电弧擦伤 4 4 2 打底焊 第一层采用 3 2焊条 先焊接直角边 后焊坡口边 前两道摆幅 4mm 第二至三层 3 4 道 打底采用 1500mm时 则应采取多人分断焊接方法 为了防止接头重叠 防止发生未熔合等缺 陷 确保焊接质量 采取如下措施 1 同一条焊缝施焊的焊工速度基本一致 2 分层分道接头 相邻两接头位置距离100mm以上 3 分段接头时 需进行搭接 即在前一名焊工的焊道上起弧 使接头处充分熔合 搭接长度10 20mm 4 4 7 箱型杆件转角处焊接时不允许接头 且每一转角处由一人完成焊接 4 4 8 焊接完毕 焊工应清理焊缝区的熔渣和飞溅物 并检查焊缝外表质量 合格后应在工艺规定的焊缝 及部位标上焊工标识 4 5 层间温度 层间温度范围的最低值与预热温度相同 其最高值应满足母材热影响区不过热的要求 本工程用 Q460E钢规定的焊接层间温度低于200 其它钢种焊接层间温度低于250 对于板厚 50mm的Q345钢 Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢都应在焊接过程中利用电加热来保证层间 温度 4 6 后热 后热的目的是去氢 防止氢致裂纹 即 在冷裂纹尚在潜伏期未起裂前实施的焊后加热 后热一方面 可以减少 扩散氢 另一方面也可以减少残余应力和改善接头组织 12 管理与技术 2006年第4期 最低焊后热处理温度TPC与钢的成分有关 经验公式为 TPC 455 5 CE P 111 4 后热处理不等于热处理 后热是消氢作用 热处理是消除应力及改善组织 本工程Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢焊完后必须立即进行后热 后热温度300 保温2 3小时后执行缓冷 Q345钢板厚 36mm 焊完后进行保温缓冷 4 7 连续焊 Q345钢板厚 36mm Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢的每条焊缝一旦开焊 必须连续焊接完 中间不得中 断 如因上部构件吊装或其它原因需停止施焊时 当停止时间较短时 采取继续预热的方式控制层间温 度 当停止时间较长时 超过8小时 需重新预热 方可开始焊接 但Q460E钢焊接前必须事前部署好 绝 不允许焊接过程中断 执行连续焊可避免因断续焊接时产生的冷裂纹以及层状撕裂等缺陷 5 焊接顺序及焊接变形控制 选择合理的焊接顺序是解决产生变形及应力的有效措施 一般焊接顺序是先焊接无约束力的杆件 后 焊刚性固定部位的焊缝 5 1 接头处焊接顺序 本工程焊接接头处全部为箱型和菱形 其焊接顺序为 5 1 1 箱型接口的焊接顺序 主结构的箱型接口处 采用对称于构件中和轴的顺序焊接 即由两名焊工同时焊接腹板 侧板 立缝 再由两名焊工同时焊接翼板 由于上口的平焊和下口的仰焊焊接速度差别大 要求平焊焊工间断性焊接适 当等待 同时在焊接过程中控制好层间温度 5 1 2 菱形接口的焊接顺序 菱形接口处 采用二名焊工 或四名焊工 对称同时施焊 焊接时焊工的焊接速度要大致一致 5 2 构件整体焊接顺序 5 2 1 桁架柱焊接顺序 1 先将第一节内柱与铸钢件的小拼焊接好 2 再焊外柱的对接口 由柱下端向上端焊接 A侧及B侧外柱可同时焊 3 接着焊两外柱间次结构 由柱下端向上端焊接 4 然后焊内柱 由柱下端向上端焊接 如内柱采用小拼时 则根据拼装要求穿插进行 5 最后焊接腹杆 由下端向上端焊接 A侧及B侧的腹杆必须同时对称焊 5 2 2 主桁架焊接顺序 1 先焊上 下弦的对接接口 上 下弦的接口同时施焊 从一端向另一端推进 2 再焊上弦与腹杆的对接接口 其所有接口可同时焊接 3 最后焊下弦与腹杆的对接接口 其所有接口可同时焊接 5 2 3 次结构焊接顺序 1 先焊外围无拘束度的杆件 2 再焊接主要杆件 从下端向上循序渐进 3 然后从左右两端向中间合拢推进焊接 5 3 焊接变形控制 合理的焊接顺序虽是控制焊接变形的有效途径 但还是不能完全控制焊接变形 还需采取以下措施来 控制焊接变形 5 3 1 焊接余量的预留 由于桁架柱 主桁架本身的长度较长 现场焊接的接口较多 而且部分板件的厚度较大 焊接收缩较 22 2006年第4期 管理与技术 大 为保证构件的尺寸精度需对每个接头预留焊接收缩余量 余量的计算按公式 1 进行 F k Aw 1 式中 F 为横向焊接收缩余量 mm k为系数 一般为0 1 0 2 Aw为焊缝的截面积 mm 2 为板厚 mm 5 3 2 刚性固定 刚性固定与焊接应力是相矛盾的 既实行了刚性固定则无法避免焊接应力 关键是刚性固定设置应避 免产生残余应力 本工程的刚性固定分接头处 杆件 整体刚性固定 1 接头处刚性固定 在接头处每条缝设置二块卡板 其作用限制接头处的变形 2 杆件刚性固定 在杆件与胎架接触处设置固定点 用以限制杆件的位移 3 整体刚性固定 由于桁架柱结构复杂 所以在安装接口处设置 0 45 属于难焊钢种 且铸钢GS 20Mn5V为调质钢 所以需采取特殊工艺 6 1 2 焊接工艺 参见图 1 1 根据拼装方案的要求 铸钢件与第一节内柱的拼装采用竖立方式小拼 这样有利于焊接的操作 2 拼装前先在内柱口设置钢衬板条 有利于在焊接铸钢件内缝时熔池成型好 由于衬板条空间狭 小 且无此形状的陶瓷衬垫 所以在以后工程类似情况 建议优先考虑陶瓷衬垫 3 预热严格执行 其温度按上述预热温度表操作 4 层间温度利用电加热来控制 在焊接铸钢件内缝时 则在铸钢件外敷设电加热 焊接铸钢件外缝 时 则在铸钢件内敷设电加热 5 先焊接铸钢件内的焊缝1及1 选用二名焊工同时对称施焊 但在铸钢件里面只能一人施焊 第一 名焊工焊1焊缝焊完一道之后 换另一名焊工焊另一条焊缝1 一道 如此轮换 32 管理与技术 2006年第4期 图1 铸钢件焊接示意 6 再焊接铸钢件内的焊缝2及2 选用二名焊工同时对称施焊 方法同前面焊缝1及1 7 在铸钢件的外侧清根 首先刨掉衬板条 再对焊缝根部清根 清根时应选气刨熟练焊工 8 清根后焊接铸钢件外侧焊缝3及3 选用二名焊工同时对称施焊 9 焊接铸钢件外侧焊缝4及4 选用二名焊工同时对称施焊 10 也可3及3 4及4 的焊缝同时施焊 选用四名焊工对称施焊 11 手工电弧焊打底 其余所有焊缝的焊接采用CO2气保焊焊接 12 焊接完5分钟之内立即进行后热 后热温度300 保温2 3h 后热完成后 岩棉被保温缓冷至 环境温度 13 内侧焊接时 必须做好通风 照明工作 采用轴力风机使铸钢件内空气流通 14 严禁铸钢GS 20Mn5V上电弧擦伤以及焊接卡马 吊鼻等临时设施 如必须焊接 在焊前要按照 正式焊接要求对母材进行预热 后热等措施 在切割卡马 吊鼻时 也必须进行预热 后热等措施 尽量避免 伤及母材 如发生该种情况 必须及时进行补焊 按正式焊工艺执行 并打磨圆滑过渡 其它的焊接工艺 如工艺参数 预热 焊接操作等 参照前面所叙 6 1 3 焊缝清根时应注意问题 由于在铸钢件外侧清根时根部空间狭小 碳弧气刨难免会出现渗碳问题 一般的解决方法采用磨光机 直接清除 但在铸钢件中由于板厚大及夹角小 无法用磨光机清除 所以需采取如下解决方法 1 在渗碳上采用手工电弧焊薄薄的焊一层焊缝 2 再用碳弧气刨清除渗碳上的焊缝 6 2 Q460E钢焊接工艺 Q460E钢为 类钢 在建筑钢材内属于最高级别的钢材 目前在国内甚至国际上尚属首次使用 此钢 在常温下焊接时的裂纹敏感性较大 且淬硬倾向大 在板厚和节点复杂 拘束应力较大的情况下焊接难度 更大 技术上要求更严格 且目前世界上无Q460E钢焊接返修工艺 所以要求必须一次焊接成功 Q460E钢焊接时其主要质量控制点为焊接冷却过程中800 500 区间内的冷却速度 冷却速度太 快将使焊缝和热影响区产生马氏体脆性组织 冷却速度太慢将使热影响区过热而产生粗大脆性的侧板条 铁素体组织 在较大焊接应力的作用下易于在焊后立即或延迟产生裂纹 6 2 1 可焊性分析 42 2006年第4期 管理与技术 1 Q460E化学成分详见表13 2 碳当量计算 Ceq C Mn 6 Cr Mo V 5 Cu Ni 15 经计算其Ceq 0 45 属于难焊钢种 所以需采取特殊工艺 表13 C Mn Si S P Cr V 0 201 00 1 70 0 55 0 025 0 025 0 700 02 0 20 6 2 2 焊接工艺 1 预热严格执行 其温度按上述预热温度表操作 2 严禁在Q460E的钢板上引弧或在拉焊把线及搁置焊枪时产生电弧擦伤 一旦出现以上情况必须 及时通知技术人员 采取后热措施并用砂轮打磨圆滑过渡 3 由于Q460E的焊接接口都为菱形口 所以焊接顺序严格执行上述菱形口的焊接顺序 4 焊接方法 打底 填充 盖面都采用焊条手工电弧焊 5 严格执行焊条烘干工序 且焊工所用焊条必须利用保温筒盛装 焊接过程中 保温筒盖子要盖好 严禁焊条外露超过1分钟 6 在焊缝两侧布置电加热块 布置时以不影响操作为准 用以控制焊接时层间温度 7 A V值控制 从 焊接工程学 曾乐编 新时代出版社 1986 中引入AV值这一指标来控制焊接线能 量 AV 一根焊条所焊焊缝的长度 一根焊条的长度 除焊条头 3 本工程Q460E钢的AV值必须控制在 0 6 详见图 2 图2 52 管理与技术 2006年第4期 8 立焊摆弧不超过20mm 其它焊位严禁摆弧 9 每道焊缝严格执行清渣工序 如有缺陷应利用气刨清除 不能利用下道焊接时企图熔掉焊接缺陷 10 焊接完5分钟之内立即进行后热 后热温度300 保温2 3h 后热完成后 岩棉被保温缓冷至 环境温度 11 严禁Q460E钢上焊接卡马 吊鼻等临时设施 如必须焊接 在焊前按照正式焊接要求 对母材进行 预热 后热等措施 在切割卡马 吊鼻时 也必须进行预热 后热等措施 尽量避免伤及母材 如发生该种情 况 必须及时进行补焊 按正式焊工艺执行 并打磨圆滑过渡 其它的焊接工艺 如工艺参数 预热 焊接操作等 参照前面所叙 7 冬季焊接工艺 在冬季低温环境下施焊将使冷却速度加快 焊接裂纹敏感性加剧 对防止裂纹产生的各项技术措施要 求比常温焊接时更为严格 7 1 低温焊接温度的规定 各国施工规范均规定了低温焊接的最低施工温度 以保证施工质量和结构性安全 如AWS D1 1 美 规定为 18 JASS6 日 规定为 5 BS5135 英 规定为0 低于此规定温度施焊应采取特殊的施工措 施 我国 建筑钢结构焊接技术规程 JG J81 2002规定为0 主要考虑国内大型 复杂 重要的建筑钢结 构工程越来越多 而在负温下施工缺乏经验 规程修订时不宜放得太宽 因此同时在条文说明中规定 0 以下施工时应根据使用的钢材 焊材 工艺方法 制定适当的预热 后热 保温措施 通过低温试验确认焊接 接头的安全性 规程对低温焊接试验的项目要求没规定 可以认为与焊接工艺评定是有区别的 主要目的 是施工企业获取技术信息和施工经验 本工程规定 气温在 5 以下 Q460E钢 GS 20Mn5V铸钢气温在0 以下 原则上不得进行焊接 若采取一定的措施使焊接区域实行正温 允许进行焊接 7 2 低温焊接试验 由于本工程的重要和特殊性 总承包方组织各施工单位有关人员赴哈尔滨参加低温焊接试验 试验 的焊接温度为 10 5 15 10 试验结果证明采取一定预热 保温或后热措施的焊接接 头性能符合规程要求 7 3 低温焊接工艺 1 在焊接部位搭建焊接保温棚 利用脚手架和双层 三防布 来搭建 在地面上放置四块电加热板 对 室温进行加热 保证室温正温 2 负温时CO2气瓶必须置于零度以上的棚内 也可利用电热毯对气瓶包裹加热 保证液态二氧化碳 的汽化 气体纯度达不到要求时必须提高预热和后热温度 才能保证接头的质量和结构安全 3 焊条烘干后在露天放置时间不宜超过2小时 烘烤次数不宜超过两次 常温时为三次 4 提高预热温度 提高20 25 和扩大加热范围至2倍板厚 常温时为1 5倍板厚 并在焊后立 即用防火岩棉覆盖或包裹 意在抵消环境温度低使冷却速度加快的不利影响 防止内在和表面裂纹的产 生 5 长焊缝不能及时连续施焊下一道焊缝时要随时覆盖已焊而未焊完成的焊缝 6 定位焊的预热温度应比常温时约高20 定位焊焊缝出现气孔或裂纹时 应清除后重焊 7 其它的焊接工艺 如工艺参数 焊接操作等 参照前面所叙 8 焊缝返修 1 焊缝表面缺陷超标时 对气孔 夹渣 焊瘤 余高过大等缺陷用砂轮机打磨平整 必要时应进行焊 62 2006年第4期 管理与技术 补 对焊缝尺寸不足 咬边 弧坑未填满等缺陷应进行焊补 2 焊接返修处的预热温度应高于正常预热温度50 左右 预热区域适当加宽 以防止发生焊接裂 纹 3 焊缝内部缺陷超标时 由无损探伤确定部位的大小 深度 用砂轮机打磨或碳弧气刨清除 并修磨 平滑后焊补 焊补工艺与正式焊接相同 4 返修前先用砂轮和碳弧气刨清除缺陷 缺陷为裂纹时气刨前应在两端钻止裂孔 并清除裂纹两端 各50mm长焊缝或母材 5 补焊时应在坡口内引弧 熄弧时应填满焊坑 多层焊的焊层之间接头应错开 当焊缝长度超过 500 800mm时 应采取分段退焊法 6 返修部位应连续焊成 如中断焊接时应采取后热 保温措施 再次焊时应用UT确认无裂纹时方可 焊接 7 焊缝正反面各作为一个部位 同一部位的返修不宜超过两次 否则要重新确定返修方案 经技术负 责人审批