高強鋼超長超厚板現(xiàn)場焊接工法

.z......資料...高強鋼超長、超厚板現(xiàn)場焊接工法中建三局股份鋼構(gòu)造公司二00七年二月高強鋼超長、超厚板現(xiàn)場焊接工法中建三局股份鋼構(gòu)造公司一、前言近年來，隨著經(jīng)濟的開展、產(chǎn)鋼量的提高，鋼構(gòu)造工程由于其優(yōu)越的力學(xué)和環(huán)保節(jié)能等性能得到了迅速的開展，特別是2008年奧運會、2010年世博會、2010年亞運會即將在我國舉行，大型體育場館、公共建筑、構(gòu)筑物以及大跨經(jīng)的廠房及市政共用工程等建立方興未艾，給我國的鋼構(gòu)造設(shè)計施工帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。隨著各類特大型復(fù)雜鋼構(gòu)造工程的涌現(xiàn)，高強超厚板〔如60~100mm厚的Q390D、Q420D、Q460E等材質(zhì)鋼板〕的現(xiàn)場焊接就越來越多，焊接難度也越來越大，特別是多桿件匯交形成的復(fù)雜節(jié)點，為滿足節(jié)點構(gòu)造要求和現(xiàn)場吊裝要求，一些超長、超厚焊縫在施工現(xiàn)場進展焊接也就在所難免，而高強鋼材的可焊性程度、焊接參數(shù)、焊接應(yīng)力和變形控制等受現(xiàn)場條件、焊接位置及環(huán)境的影響，存在較多的不確定性因素，尚無成熟的規(guī)及焊接工藝參數(shù)作參照。研究、探索高強超厚板現(xiàn)場焊接工藝具有十分重要的理論意義和實際意義，也是十分必要迫切需要解決的問題；同時對施工單位也提出很高的要求，需要根據(jù)工程本身特點與實際工況，依托傳統(tǒng)、成熟的焊接技術(shù)，開展科技創(chuàng)新、大膽探索，進展施工工藝革新。中建三局股份鋼構(gòu)造公司近年來在鋼構(gòu)造厚板焊接方面不斷總結(jié)經(jīng)歷，推出新。通過在中央電視臺新臺址工程CCTV主樓鋼構(gòu)造安裝中，以10根超大型復(fù)雜蝶形節(jié)點的多箱型分體鋼柱為代表的超長、超厚焊縫的成功焊接，總結(jié)了一整套關(guān)于高強鋼超長、超厚板的現(xiàn)場焊接思路和方法，形本錢焊接工法。二、工法特點2.1使用半自動實芯焊絲C02氣體保護焊〔FCAW-G〕和半自動藥芯焊絲C02氣體保護焊〔GMAW〕相結(jié)合的焊接方法，模擬工況進展焊接工藝試驗，獲取焊接參數(shù)。2.2用電腦控制的電加熱設(shè)備進展焊前預(yù)熱、焊中層間溫度控制以及焊后后熱消氫處理，確保母材受熱均勻，有效控制了冷裂紋的產(chǎn)生，提高了焊接工效、保障了連續(xù)施焊，防止了大量火焰烘烤工的集中作業(yè)，節(jié)約了焊接時間和焊接本錢。2.3采取分段退焊順序，并在焊前、焊中與焊后用全站儀進展時實監(jiān)測，及時調(diào)整加熱能量，減少焊接變形。2.4焊后48小時焊接探傷和15天后延遲裂紋探傷檢驗，進一步保障了焊接質(zhì)量。三、適用圍本工法適用于厚板、長焊縫的焊接，最適用于鋼構(gòu)造安裝工程中高強材質(zhì)Q390D、Q420D、Q460E的長焊縫的二氧化碳氣體半自動保護焊、立焊位置的焊接；對于其它板厚在100mm以上的現(xiàn)場焊縫焊接同樣具有很大的參考價值。四、工藝原理4.1施工前，根據(jù)焊接形式有針對性地進展焊接工藝評定。4.2鋼分體安裝，先安裝本體鋼柱、并局部焊接，然后安裝別離下來的一局部鋼柱。4.3焊接前先對焊接坡口兩側(cè)的母材進展超聲波無損探傷檢測，檢查母材部有無缺陷，同時用焊縫量規(guī)對焊縫坡口大小、角度以及安裝組對情況進展仔細的檢查。4.4使用電加熱技術(shù)進展焊接預(yù)熱、后熱加熱保溫，保證鋼柱整體溫度同步均勻加熱和降溫。4.5焊接過程中采用分層、分道、對稱、同速分段退焊的方法進展施焊。4.6在整個焊接過程中，采用高精度全站儀對鋼柱的關(guān)鍵部位進展跟蹤測量，如鋼柱的軸線有偏移，則及時通過調(diào)整焊接順序和電加熱的熱輸入量技術(shù)對鋼柱進展校正。4.7焊接完成48小時后采用超聲波無損探傷和磁粉探傷檢測焊縫的焊接質(zhì)量，15天后對焊縫再次進展檢查，防止延遲裂紋的產(chǎn)生。五、工藝流程操作平臺操作平臺、防風(fēng)棚及防護架就位焊接工藝評定焊前準備坡口清理、檢查襯板、引弧板、熄弧板焊前檢查：1、氣候條件2、焊前測量結(jié)果3、坡口幾何尺寸4、焊機、焊接工具5、平安防護6、二氧化碳氣路7、防火措施施工準備預(yù)熱定位焊根部打底填充焊接面層焊接按規(guī)定后熱按規(guī)定保溫焊接外觀檢查填寫外觀檢查表打磨探傷區(qū)域超聲波、磁粉探傷檢查N合格Y合格缺陷修補工序交接過程中檢查：1、焊接電流、電壓2、焊道清理3、層間溫度4、氣體流量、壓力、純度5、送絲速度及穩(wěn)定性6、焊道寬度7、焊接速度填寫正式報告自檢NY坡口兩側(cè)母材無損探傷檢測電加熱設(shè)備定制與調(diào)試高精度全站儀跟蹤測量觀測電腦恒溫控制滑移工作流程圖六、施工要點6.1、焊接材料選擇根據(jù)鋼構(gòu)造母材和焊接方法，選用匹配的焊接材料，如下表：構(gòu)造母材CO2實芯焊絲CO2藥芯焊絲型號直徑〔mm〕型號直徑〔mm〕Q390DER50-Gφ1.2E501-T1φ1.2Q420DER55-Gφ1.2E501-T1φ1.2Q460EER55-Gφ1.2E501-T1φ1.26.2焊接工藝參數(shù)焊前預(yù)熱、層間溫度、后熱溫度參考表材料預(yù)熱溫度層間溫度后熱溫度〔℃〕恒溫時間〔h〕保溫時間〔h〕Q390D、Q420D120－150120－150250-30025Q460E120－150120－150250-30025半自動實芯〔藥芯〕焊絲CO2氣體保護焊的焊接參數(shù)(立焊)層位焊接方法焊絲或焊條保護氣體氣體流量〔L/min〕電流(A)電壓(V)焊接速度〔mm/min〕型號規(guī)格φmm打底層GMAWER50/ER551.2CO230-50140-16019-20300-350填充層FCAWE501.2CO230-50180-20022-25350-400蓋面層FCAWE501.2CO230-50180-20022-25300-3506.3焊接工藝評定制定焊接工藝評定指導(dǎo)書，嚴格模擬實際工況，按照預(yù)定工藝參數(shù)進展焊接試件的制作，冷至常溫48小時后，進展UT探傷、力學(xué)性能試驗檢測，確定最正確的焊接工藝參數(shù)和焊接方法。6.4、焊接接頭的準備焊接前應(yīng)認真檢查母材坡口的間隙是否超標，如有超標應(yīng)在坡口外表用小熱輸入、多層、多道堆焊方法減小間隙，使坡口角度和間隙到達標準前方可正常施焊。檢查邊緣是否光滑，確保無影響焊接的割痕缺口，質(zhì)量應(yīng)符合GB50205—2001規(guī)規(guī)定的要求，假設(shè)發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)用磨光機認真打磨處理，全格前方可進展焊接。6.5、焊接順序和焊接方法分體鋼柱的立向焊縫縱向通長分布在鋼柱箱體一側(cè)，焊接熔敷金屬量大，由于焊接收縮變形產(chǎn)生的焊接應(yīng)力對構(gòu)造質(zhì)量將造成不利因素，而且母體橫截面大剛性大對子體形成很大約束，因此控制焊接應(yīng)力、防止厚板在焊接時的冷裂紋及層狀撕裂，將是主要的技術(shù)重點，在焊接施工前必須制定出合理的焊接順序及方法，并嚴格按照制定的焊接順序和方法進展焊接作業(yè)。、安裝及焊接順序.1、整體順序母體〔本體〕與下節(jié)柱焊接→母體與子體立焊縫的焊接→子體和母體局部與下節(jié)柱焊接.2、母體與子體的焊接順序及方法母體與子體的焊接方法為分層退焊，其焊接順序總體為：多人同時、分段、對稱焊接；每名操作焊工在焊接所在分段時，應(yīng)再將所在分段分為兩段或三段，以三段為例焊接順序為：先從上面的1/3處向上面焊接，焊完一層后再從中間的1/3處由下向上焊接中間的1/3段的第一層，然后再從此分段的底部向上焊接下面1/3段的第一層，這樣完成第一層的焊接；接著再由下向上焊接上面1/3段的第二層，依次類推直到焊接完所在分段部位的全部焊接。母體與子體焊接順序如下示意圖：分體鋼柱立焊縫焊接分段示意圖說明：焊1、焊2、焊3代表*焊工在焊接此分段焊縫的焊接先后順序。分體鋼柱立焊縫焊接順序示意圖、焊接方法采用薄層多道窄擺幅和分段退焊的焊接方法進展施焊，嚴格控制單道焊縫的厚度和寬度，減少焊接熱輸入，以減小降低焊縫的機械性能因素，單道焊縫厚度應(yīng)不大于5mm、擺動寬度不大于20mm。分段退焊焊接接頭的處理：在分段退焊上段焊縫時，每一層焊接至上一區(qū)域分段處止焊，再退至下段與下一區(qū)域分段處起焊，焊接至上一段起焊處止。在*一段焊接前，需將上段焊縫起焊處和下區(qū)域止焊處的焊接缺陷需用碳弧氣刨和砂論去除干凈，并將接頭處處理成緩坡形狀，到達焊接要求，每一層的焊縫接頭必須錯開不小于50㎜，以防止焊接缺陷的集中。立向焊縫接頭處理示意圖6.6、焊接工藝要求、預(yù)熱由于超長焊縫需要安排大量的焊工分段同時連續(xù)施焊，為保證焊接的質(zhì)量，減小焊接應(yīng)力，焊前預(yù)熱非常重要。為到達所需要的溫度，焊前預(yù)熱的預(yù)熱方式主要以電加熱為主，對局部電加熱無法加熱到的地方采用火焰加熱的方式進展，預(yù)熱溫度為：不低于120℃。測溫點位于焊縫兩側(cè)并離焊縫中心75mm電加熱器電加熱器電加熱器電加熱器電加熱器電加熱器火焰加熱火焰加熱加熱圍示意圖、層溫控制與預(yù)熱一樣，超長焊縫層溫控制十分困難，焊接時焊縫分段焊接的長度，應(yīng)控制在一定長度1m左右，需隨時對焊接焊縫進展測溫監(jiān)控，層間溫度應(yīng)控制在不低于預(yù)熱時的溫度〔即層間溫度應(yīng)不低于120℃、后熱及保溫分體鋼柱與主體的斜立向焊縫，由于是分段焊接完成，先焊接完成段的焊縫溫度需保持在接近后一段焊接部位焊縫的溫度。因此應(yīng)及時放置電加熱器進展后熱處理。在放置電加熱設(shè)備的過程中，為了防止焊縫溫度降低應(yīng)先用火焰對焊縫進展補償加熱，保證整個焊縫的溫度不低于焊接過程中的最高層間溫度〔即150℃〕。當電加熱器的溫度升高到150后熱溫度應(yīng)控制在不低于250℃、假設(shè)遇氣候條件惡劣，不能連續(xù)施焊時，應(yīng)立即采取上述后熱措施，再次開場焊接前應(yīng)按上述規(guī)定重新預(yù)熱。6.7、焊接時的其它考前須知1、在開場施焊前，應(yīng)對參焊人員進展詳細的交底，并對焊接人員明確其所在的焊接部位；2、在焊接過程中，應(yīng)準備至少兩臺備用焊機，以防止*臺焊機出現(xiàn)故障后立即有焊機投入使用而不至于*一焊接部位停焊；3、在焊接過程中，每一個班組應(yīng)準備至少一名焊工，以防止*焊工發(fā)生不可預(yù)見的緊急情況后，立即有人投入焊接而不至于*一焊接部位停焊；4、在整個焊接過程中，安排專人全程進展監(jiān)護，一來對焊接質(zhì)量進展監(jiān)視，二來對焊接工人進展防護，以免發(fā)生意外。同時，監(jiān)護人員還要認真、詳細地做好焊接過程中各項參數(shù)的記錄。5、假設(shè)在夏季焊接，由于天氣炎熱，焊接時焊工都在封閉的環(huán)境中施焊，在焊接過程中應(yīng)對焊接工人做好防暑降溫的后勤保障。七、主要機具、設(shè)備CP*S-500型二氧化碳半自動氣體保護焊焊機：16臺*F200型空氣壓縮機：4臺TH-10型碳弧氣刨：10把氣割設(shè)備：10套超聲波探傷儀：1套焊縫量規(guī)：2把電子測溫議：16把DWK-360kw電腦溫控儀：1臺；瓷磁鐵式電加熱器：假設(shè)干八、勞動力配備勞動力需要根據(jù)所焊接焊縫的用長度、板厚、所需焊接時和允許展開的作業(yè)面確定，以焊縫長度為14m、板厚為100mm、兩條焊縫同時對稱焊接時的勞動力需求建議如下表：序號類別單位數(shù)量1管理人員人42鉚工人24電焊工人455架子工人26電工人27測量工人48探傷人19起重工人110普工人1211電加熱專業(yè)人員人9合計人82說明：以上人員需單根鋼柱焊接時的人員安排統(tǒng)計所得，此柱焊接時3班24小時連續(xù)作業(yè)，每班15人〔其中1人為后備補充人員，以防正常施焊的焊工因勞累過度而發(fā)生意外〕，共連續(xù)焊接72小時。九、質(zhì)量控制9．1防止焊接變形及應(yīng)力的措施9.1.1分層、分道退焊的方法進展施焊。9.1.2分區(qū)域多機對稱焊接。在焊接過程中首先選用技能優(yōu)秀的焊工，在對稱位置的兩名焊工，應(yīng)盡量保持同時、同速施焊，并選擇一樣的焊接電流參數(shù)及每層的焊接厚度，保證一樣的焊接熱輸入，使收縮趨于同步。9.1.3使用電加熱設(shè)備進展焊接預(yù)熱、后熱處理，保證鋼柱整體溫度同步均勻加熱和降溫。9.1.4在焊接過程中應(yīng)嚴格控制層間溫度，同一區(qū)域在焊接過程中，焊接操作人員及監(jiān)護人員應(yīng)隨時對施焊區(qū)域的溫度進展檢測，當層間溫度低于120℃時，應(yīng)及時用火焰加熱法〔使用大號烤槍〕進展補熱，當層間溫度高于200℃時，應(yīng)立即停焊，待溫度自然降至規(guī)定層間溫度時，再進展焊接。9．2防止冷裂紋及層狀撕裂措施9.2.1針對長焊縫特點采取多人分段分層退焊焊接，即由多名焊接技工，同熱輸入量、勻速焊接，并保持連續(xù)施焊，使焊接應(yīng)力分散，有效的減小峰值應(yīng)力，減少焊接冷裂紋及層狀撕裂的產(chǎn)生傾向。并且兩條長焊縫采取完全對稱、同時焊接措施。9.2.2使用優(yōu)秀焊工，減少焊縫缺陷及碳弧氣刨的使用。碳弧氣刨使用后應(yīng)采用角向磨光機磨去刨削部位外表附著的高碳晶粒，防止焊縫裂紋的產(chǎn)生。9.2.3控制坡口尺寸和焊縫截面積，防止過量熔敷金屬導(dǎo)致收縮和應(yīng)力增大。盡量控制焊縫外表的余高，并使之平緩過渡，以減少焊趾部位的應(yīng)力集中。焊縫余高應(yīng)控制在0.5～3mm以。9.2.4焊前預(yù)熱和層間溫度的控制。預(yù)熱主要采用電加熱器進展加熱,加熱區(qū)域為被焊接頭中較厚板的1.5倍板厚圍，但不得小于100mm區(qū)域，加熱溫度應(yīng)不低于120℃，由于柱截面特點而不可能在厚板的反面加熱，為了使全板厚預(yù)熱溫度到達均衡，在母體側(cè)擴大加熱一塊腹板。焊接前應(yīng)認真檢測焊接區(qū)的加熱溫度,確保加熱溫度滿足要求。9.2.5焊后熱處理及后熱保溫是防止層狀撕裂的關(guān)鍵所在，在焊接完畢后確認外觀檢查合格后，立即進展消氫后熱和長時間保溫處理，有效的消除焊接應(yīng)力及擴散氫的及時逸出，從根本上解決由于焊接應(yīng)力集中及擴散氫積累含量過高而發(fā)生層狀撕裂的難題。9.2.6使用高純度的二氧化碳氣體進展焊接，其純度應(yīng)保證：CO2含量≥99.9％，水蒸氣與乙醇總含量〔V/V〕不得高于0.005％，并不得檢出液態(tài)水。藥芯焊絲開盤后應(yīng)連續(xù)用完防止受潮。9.2.7采用50級焊絲，使焊縫與母材到達強匹配，防止超強匹配。這是防止母材產(chǎn)生層狀撕裂的重要措施之一。9.2.8為減小長焊縫的拘束應(yīng)力，該柱與下柱的焊接接頭待長焊縫完成和驗收后進展。9.3、焊后質(zhì)量檢測整條焊縫焊接完畢并經(jīng)后熱保溫處理、待冷卻48小時后，按設(shè)計要求對焊縫進展100％的超聲波探傷和磁粉探傷檢測。為保證焊接質(zhì)量、防止冷裂紋的發(fā)生，在焊接15天后對焊縫進展再次超聲波探傷檢測。十、平安考前須知由于焊接工作量巨大、焊接時間長，且上下十多名焊工同時進展焊接，所以焊接前需搭設(shè)平安、穩(wěn)固、封閉的平安操作平臺，以保證焊接過程中所有焊工能夠平安地操作。焊接平安操作平臺使用腳手管搭設(shè)，當焊縫過長時，必須搭設(shè)多層隔斷封閉式平臺，由下到上分成多個區(qū)段同時進展焊接，在焊接的過程中，上部區(qū)域的焊接作業(yè)不得影響下部區(qū)域的焊接操作，到達平安穩(wěn)固的要求。由于分體連接焊縫超長均需分層分段焊退焊完成、還需由下到上分成多個焊接區(qū)域，并在各區(qū)域增加相應(yīng)高度的活動操作平臺，可供焊接人員隨時上、下移動位置，按規(guī)定的焊接方法和順序進展施焊。焊接平安操作平臺的搭設(shè)如下示意圖：焊接防護棚搭設(shè)示意圖十一、工程實例及效益分析中央電視臺新臺址工程A標段主塔樓外框鋼柱截面大，鋼板厚〔最大板厚達100㎜〕，由于構(gòu)造受力要求，局部外框鋼柱分節(jié)后的單節(jié)重量達120t，超出現(xiàn)場吊裝設(shè)備〔最大吊裝設(shè)備為M1280D塔吊，最大起重能力為80t〕的起重能力，根據(jù)設(shè)計要求鋼柱無法減小分節(jié)，為減少單節(jié)鋼柱重量，滿足吊裝，需要將鋼柱局部箱體或牛腿與主體別離后進展安裝(如下列圖所示)。安裝時先將主箱體吊裝、測校、局部焊接，然后再進展分體局部的拼裝，校正后進展焊接。主樓鋼構(gòu)造安裝中焊接難度最大的10根外