焊接方案和工艺

焊接方案和工艺焊接思路本工程钢构材质主要为Q345B，构件类型有：H型钢构件、箱型钢构件。部分构件节点复杂，焊缝密集，使焊后残余应力大；焊接空间狭小，使焊接操作难度大，一旦产生焊接变形，将很难矫正，增加了钢构件施焊的难度。对于长直、且适合平位置施焊的焊缝，采用气保焊打底，埋弧焊填充、盖面的工艺进行焊接作业。焊接通用工艺要求焊接材料要求本工程所用焊材遵照现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》及其他相关现行国家及行业标准的要求，当两种不同钢材相连时，采用与低强度钢材力学性能相适应的焊接材料，由焊接材料及焊接工序所形成的焊缝金属，其机械物理性能应不低于主体金属的等级。焊接设备要求工程大量采用埋弧自动焊及半自动二氧化碳气体保护焊，工厂内焊接设备能够本工程构件在制作期间的进度需求，焊接设备如下图：CO2气体保护焊（GMAW）埋弧焊-单丝（SAW-M）埋弧焊-双丝（SAW-D）序号焊接设备使用要求1焊机应处于良好的工作状态；2焊接电缆应绝缘良好以防任何不良电弧瘢痕或短路及人身伤害；3焊接的焊钳应与插入焊条保持良好的电接触；4回路夹应与工件处于良好紧密接触状态以保证稳定的电传导性。定位焊要求定位焊必须由持相应合格证的焊工施焊，所用焊接材料应与正式焊缝的焊接材料相当。定位焊缝厚度不应小于3mm，长度不应小于40mm，其间距宜为300-600mm。采用钢衬垫的焊接接头，定位焊宜在接头坡口内进行；定位焊缝与正式焊缝应具有相同的焊接工艺和焊接质量要求；定位焊焊缝存在裂纹、气孔等缺陷时，应完全清除。定位焊是厚板焊接过程中最容易出现问题的部位。由于厚板在定位焊时,定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却,造成局部过大的应力集中,引发裂纹,对母材造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时,将预热温度提高20-50℃,将定位焊的电流比正常焊接的电流提高15-20%，同时定位焊缝应有足够的焊脚尺寸及焊缝长度，避免冷却时，应力过大导致焊缝撕裂。焊接环境当焊接作业处于下列情况之一时严禁焊接：（1）焊接作业区的相对湿度大于90%；（2）焊件表面潮湿或暴露于雨、冰、雪中；（3）焊接作业条件不符合现行国家标准《焊接与切割安全》GB9448的规定；（4）焊接环境温度低于0℃但不低于-10℃时，应采取加热或防护措施，确保接头焊接处各方向大于等于2倍板厚且不小于100mm范围内的母材温度不低于20℃或规定的最低预热温度（二者取高值），且焊接过程中不应低于此温度。（5）焊接环境温度低于-10℃时，必须进行相应焊接环境下的工艺评定试验，并应在评定合格后再进行焊接，如果不符合上述规定，严禁焊接。预热和道间温度控制预热温度和道间温度应根据钢材的化学成分、接头的拘束状态、热输入大小、熔敷金属含氢量水平及所采用的焊接方法等综合因素确定焊接试验。钢材采用中等热输入焊接时，最低预热温度宜符合下表的规定：钢材类别接头最厚部件的板厚t（mm）t≤2020＜t≤4040＜t≤6060＜t≤80t＞80Ⅱ/206080100Ⅲ/4060100120焊接过程中，最低道间温度不应低于预热温度，焊接过程中的最大道间温度不宜超过250℃。当环境温度低于0℃时，应提高预热温度15-25℃,预热及道间温度控制应符合下列规定：（1）焊前预热及道间温度的保持宜采用电加热法、火焰加热法和红外线加热法，并应采用专用的测温仪器测量；（2）预热的加热区域应在焊缝坡口两侧，宽度应为焊件施焊处板厚的1.5倍以上，且不应小于100mm；预热温度宜在焊件受热面的背面测量，测量点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；当采用火焰加热器预热时正面测温应在火焰离开后进行。采用电加热预热图片采用红外线测温仪进行温度的测控后热保温控制：对于厚板接头，结构形状不适用电加热时，应对焊缝进行必要的火焰加热，火焰加热应均匀，同时作好温度监测，控制温度250-300℃，并用保温棉覆盖予以缓冷。对板厚不小于40mm的对接接头焊后立即进行后热处理，后热处理采用电加热，加热温度应达到250-300℃，保温时间为1.5-2.0min/mm，且≥1h，然后缓冷至常温。焊后后热并用保温棉覆盖保温后热及保温温度的测控引弧板、引出板和衬垫焊接接头主焊缝两端，必须配置引弧板和引出板，其材质应和被焊母材相同，坡口形式应与被焊焊缝相同，禁止使用其它材料充当引弧板和引出板。在焊接接头的端部应设置焊缝引弧板、引出板，应使焊缝在提供的延长段上引弧和终止。焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引弧板、引出板长度应大于25mm，埋弧焊引弧板、引出板长度应大于80mm；引弧板和引出板宜采用火焰切割、碳弧气刨或机械等方法去除，不得伤及母材并将割口处修磨焊缝端部平整。严禁锤击去除引弧板和引出板。引弧板、引出板构件端部设置引、熄弧板，衬垫可采用金属、焊剂、纤维、陶瓷等。当使用钢衬垫时，应符合下列要求：（1）应保证钢衬垫与焊缝金属熔合良好；（2）钢衬垫在整个焊缝长度内应连续；（3）钢衬垫应有足够的厚度以防止烧穿；（4）用于焊条电弧焊、气体保护电弧焊和药芯焊丝电弧焊焊接方法，衬垫板厚度不应小于4mm；用于埋弧焊方法的衬垫板厚度不应小于6mm；用于电渣焊方法的衬垫板厚度不应小于25mm。返修焊要求焊缝金属和母材的缺欠超过相应的质量验收标准时，可采用砂轮打磨、碳弧气刨、铲凿或机械等方法彻底清除。对焊缝进行返修，应按下列要求进行：（1）返修前，应清洁修复区域的表面；（2）焊瘤、凸起或余高过大，采用砂轮或碳弧气刨清除过量的焊缝金属；（3）焊缝凹陷或弧坑、咬边、未熔合、焊缝气孔或夹渣等应在完全清除缺陷后进行焊补；（4）焊缝或母材的裂纹应采用磁粉、渗透或其它无损检测方法确定裂纹的范围及深度，用砂轮打磨或碳弧气刨清除裂纹及其两端各50mm长的完好焊缝或母材，修整表面或磨除气刨渗碳层后，并用渗透或磁粉探伤方法确定裂纹是否彻底清除，再重新进行焊补。对于拘束度较大的焊接接头的裂纹用碳弧气刨清除前，宜在裂纹两端钻止裂孔；（5）焊接返修的预热温度应比相同条件下正常焊接的预热温度提高30-50℃，并采用低氢焊接方法和焊接材料进行焊接；（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，防止产生裂纹。厚板返修焊宜采用消氢处理；（7）焊接裂纹的返修，应由焊接技术人员对裂纹产生的原因进行调查和分析，制定专门的返修工艺方案后进行；（8）返修焊的焊缝应按原检测方法和质量标准进行检测验收，填报返修施工记录及返修前后的无损检测报告，作为工程验收及存档资料。焊接缺陷及对策焊接缺陷的种类焊接常见缺陷有：咬边、焊瘤、焊脚不足、焊高过高或过低、焊缝形状不整齐、焊缝起伏如蛇行、气孔、弧坑气孔、熔合不好等。厚板焊接工艺本工程厚板占比较多、焊缝金属填充量大，焊接残余应力较大，焊接变形不易控制，另外发生焊缝裂纹和母材层状撕裂的倾向性较大。为保证工程焊接质量，我制作厂将采取以下工艺措施：（1）选派优秀焊工从事本工程的焊接工作，并选用高性能的焊材及设备；（2）焊前进行预热，温度控制在100～120℃，预热是减缓焊接区激热、速冷的过程，通过预热可降低热循环冷却速度，缓和板厚方向的拘束应力，还可以排除焊接区的水分湿气即排除了产生氢的根源，从而防止冷裂纹的产生；（3）施焊工艺参数严格按照经焊接工艺评定合格的焊接参数执行，严格控制焊接线能量，避免出现焊接参数过大引起焊缝强度相应下降，且大电流所形成的焊缝由于熔深大，焊缝截面易成梨状，非金属夹杂物均集中在焊缝中心表面，很易造成裂纹；（4）在厚板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。采用多层多道焊，前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量；（5）厚板焊接需要较长时间才能施焊完成，因此加强对焊接过程的中间检查非常重要,如层间温度的控制符合焊接工艺评定要求。（6）保证背面清根质量，碳刨清根后坡口根部半径不得小于8mm，坡口角度不小于20°，避免根部间隙过窄而产生裂纹，并且在根部焊接前打磨清理坡口面的渗碳层。（7）控制焊缝金属在800～500℃之间的冷却速度，并做好焊后处理工作，以防止冷裂纹的发生。焊接变形控制厚度焊接层数多，焊缝金属填充量大，一旦发生变形矫正难度加大。在焊接过程中，厚板的焊接变形主要是角变形，为减少焊接变形采取以下措施：（1）对接接头、T形接头和十字接头，在工件放置条件允许或易于翻转的情况下，宜双面对称焊接；有对称截面的构件，宜对称于构件中性轴焊接；有对称连接杆件的节点，宜对称于节点轴线同时对称焊接；（2）非对称双面坡口焊缝，宜先焊深坡口侧、然后焊满浅坡口侧、最后完成深坡口侧焊缝。特厚板宜增加轮流对称焊接的循环次数；（3）大型结构应采取分部组装焊接，结构各部分分别施工、焊接，矫正合格后再进行总装焊接；（4）对于有较大收缩或角变形的接头，正式焊接前应采用预留焊接收缩裕量或反变形方法控制收缩和变形；（5）对异形厚板结构要设置胎架夹具，对构件进行约束来控制变形，由于厚板异形结构造型奇特、端面、截面尺寸各异，在自由状态下，尺寸精度难以保证，这就需要根据构件的形状，制作胎架夹具，将构件处于固定的状态下进行装配、定位、焊接，进而控制焊接变形。层状撕裂的预防（1）焊接接头坡口的设计焊接坡口的设计关系到拉伸应力场的强弱，是影响层状撕裂的关键因素。从力学的观点分析：钢板一侧受力，产生层状撕裂的可能性远比两侧受力的机率小得多，截面积小的焊接坡口，产生层状撕裂的可能性远比截面积大的坡口小得多，焊缝少的焊接接头，产生层状撕裂厂的可能性比焊缝多的焊接接头要小得多，钢板内部的十字焊接接头，产生层状撕裂的可能性远比在钢板端部小得多。焊接接头抗层状撕裂正误示意图在焊接接头和坡口的设计中，成功的因素完全服从于焊接应用技术理论，焊缝截面积的大小决定拉伸应力场的强弱，拉伸应力场的作用点会直接影响层状撕裂的产生。这就是结构设计和深化设计所必须遵循的原则。（2）抓好确认最佳焊接工艺关防止层状撕裂的产生，除正确的设计之外，必须有合理的焊接工艺作保证。防止由冷裂纹引发的层状撕裂，可以采取防止冷裂纹相同的技术措施。如适当预热、控制层间温度、后热消氢处理等，对防止层状撕裂均有一定作用。但建筑钢结构有其特殊的地方，那就是构件的截面不同，防止层状撕裂的方法也不同。A、深化设计时，严把设计关，特别是坡口设计和构件加工精度指标要严格控制，从根本上消除层状撕裂出现的必要条件。B、优选钢材、焊材和供货商，在关键部位合理应用抗层状撕裂的优质Z向钢，并在加工前严格进行钢材Z向性能复检和UT探伤复查，从而保证接头抗层状撕裂能力，从材料品质上消除层状撕裂出现的必要条件。C、厚板火焰切割前预热，火焰切割后切割断面检查。提高坡口以及易产生层状撕裂面的加工精度，消除材料表面的微小应力集中点和硬化组织，从根本上杜决层状撕裂出现的充分条件。预热最好采取远红外电加热装置以获得准确的预热温度，防止付加应力的产生。钢结构焊接质量检验（1）外观检查焊接完成后，应清理表面的熔渣及两侧飞溅物。所有焊缝需由焊接工长100%进行目视外观检查，并记录成表。焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、焊穿、弧坑、气孔等缺陷。对焊道尺寸、焊脚尺寸、焊喉尺寸进行外观检查。对接与角接组合焊缝（下图），加强角焊缝尺寸hk≥t/4且不大于10mm，允许偏差为hk。对接与角接组合焊缝示意图对接与角接组合角焊缝：对接焊缝与角焊缝余高及错边应符合下表的规定。焊缝余高和错边允许偏差（mm）：序号项目示意图允许偏差一、二级三级1对接焊缝余高（C）B＜20时，C为0～3；B≥20时，C为0～4B＜20时，C为0～3.5；B≥20时，C为0～52对接焊缝错边（Δ）Δ＜0.1t且≤2.0Δ＜0.15t且≤3.03角焊缝余高（C）hf≤6时C为0～1.5；hf＞6时C为0～3.0注：t为对接接头较薄件母材壁厚。（2）探伤检验A、用于构件板件拼接的焊缝等级为