CN102615381B - -15℃～-35℃环境钢结构焊接方法 - Google Patents
-15℃～-35℃环境钢结构焊接方法 Download PDFInfo
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Abstract
-15℃～-35℃环境钢结构焊接方法，焊接施工工序包括：焊接前准备、焊接施工、焊后后热处理、焊缝检测以及焊接缺陷处理；其中，焊接前准备包括焊材选择、焊前清理预热和确定焊接工艺参数；焊接结束后立即进行焊后后热处理，后热温度180～230℃，且不小于1h；焊后在断电情况下立即采取应急措施采用岩棉保温覆盖焊缝表面进行保温缓冷，包裹的保温岩棉不小于一层，即不小于35mm厚，确保降温速度不大于10℃/min，即冷却到0℃的时间不小于20min，保温岩棉保留到第二天后拆除。解决了超低温环境下钢结构焊接施工的技术难题，节能环保，操作方便，易于普及和规范，保障焊接作业的工效和质量。
Description
技术领域
本发明涉及国际专利分类B23K焊接作业装置或方法，尤其是-15℃～-35℃环境钢结构焊接方法。
背景技术
公知技术中，随着建筑钢结构工程大面积的推广应用，而局部地区存在低温等严重影响正常作业的环境条件，如就西北地区的气候条件而言，夏季高温达35℃，冬季低温-40℃左右，基本风压W0＝0.90KN/m2，最大风速52m/s；钢结构低温焊接对焊缝金属危害的直接表征就是出现裂纹和工作状态下发生脆断，控制不好就会导致焊接质量下降甚至造成不安全隐患，因此受到各方面的高度重视。
各国施工规范均规定低温焊接的最低施工温度，以保证施工质量和结构安全性。如美国AWS D1.1规定为-18℃，日本JASS6规定为-5℃，英国BS5135规定为0℃，低于此规定温度施焊应采取特殊的施工措施。中国《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-97对低碳钢的规定是-30℃，对低合金钢的规定是-26℃，并对预热温度作了规定，即按钢种规定一定板厚以下预热36℃，超过该板厚预热100～150℃，而这种做法实际上只是对环境温度的补偿。JGJ81-2002规定为0℃，并具体指出：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，来保证焊接接头的安全性。
在现有技术中，低温焊接的作业施工方法公开较少，如，专利申请号201110005893公开了低温环境下钢结构厚板焊接施工方法，即在0～15℃的低温环境下，依次进行先预热、定位焊、再预热和正式焊接的操作。该技术通过选择合理的焊材，严格控制焊接工艺中的预热温度、层间温度和焊接热输入，并对焊完的焊口进行后热和采用保温等措施，以避免低温环境下焊接冷裂纹的产生，特点是焊接接头具有很大的冷却速度。
虽然以上技术内容尚有待实践验证，但聊胜于无；然而，对于气温更低的环境下，比如针对中国西北地区冬季漫长而典型低温低至-15℃～-35℃，由于这种情况下钢结构焊接作业尚未有技术方案公开，现有技术一般只有选择停止作业，因此仍造成工期的巨大浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种-15℃～-35℃环境钢结构焊接方法，该方法适于冬季低温寒冷地区典型超低温环境钢结构工程焊接连接施工。
本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的：焊接施工工序包括：焊接前准备、焊接施工、焊后后热处理、焊缝检测以及焊接缺陷处理；其中，焊接前准备包括焊材选择、焊前清理预热和确定焊接工艺参数；焊接结束后立即进行焊后后热处理，后热温度180～230℃，且不小于1h；焊后在断电情况下立即采取应急措施采用岩棉保温覆盖焊缝表面进行保温缓冷，包裹的保温岩棉不小于一层，即不小于35mm厚，确保降温速度不大于10℃/min，即冷却到0℃的时间不小于20min，保温岩棉保留到第二天后拆除。
本发明原理在于，一是尽量避免三向应力状态下施焊；二是努力提高焊接环境和结构构件的实际温度。从焊工在特殊气候条件下施工的培训、焊材的选择、工艺方法中预热、后热、保温措施等整个施工过程。质量主要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。在冬季低温环境下施焊将使冷却速度加快，提高了焊缝的结晶速度，同时也提高了弹、塑性变形速度，即提高了焊缝结晶期间的应变增长率，导致热裂纹倾向增大。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，而正如背景技术部分所描述的，现有技术中未能给出有效地控制焊后冷却速度之技术。
本发明的有益效果是：适于-15℃～-35℃环境下钢结构焊接施工，通过对焊接材料的选择、加热带预热处理、焊接完成后热缓冷等工序和焊接工艺参数的调整等措施，解决了超低温环境下钢结构焊接施工的技术难题，节能环保，操作方便，易于普及和规范，保障焊接作业的工效和质量。
附图说明
图1是本发明实施例1中的焊接施工工序示意图
具体实施方式
本发明中，参加低温，尤其是-15℃～-35℃，或简称负温环境下焊接施工的焊工应经过负温焊接工艺培训，考试合格，方能参加负温焊接施工。
焊接施工工序包括：焊接前准备、焊接施工、焊后后热处理、焊缝检测以及焊接缺陷处理；其中，焊接前准备包括焊材选择、焊前清理预热和确定焊接工艺参数；焊接结束后立即进行焊后后热处理，后热温度180～230℃，且不小于1h；焊后在断电情况下立即采取应急措施采用棉保温覆盖焊缝表面进行保温缓冷，包裹的保温岩棉不小于一层，即不小于35mm厚，确保降温速度不大于10℃/min，即冷却到0℃的时间不小于20min，保温岩棉保留到第二天后拆除。
具体步骤包括：
1)焊接前准备；
A、焊材选择；焊接材料为低氢型焊条，烘培温度为350～380℃，烘干时间为1.5～2h，烘干后应缓冷并放置于110～120℃的保温箱中待用；
B、焊前清理焊接处坡口，焊前对构件采用电加热带在100～120℃温度下预热；
C、确定焊接工艺参数；
全位置焊焊接规范参数选用表
D、确定施工顺序和焊缝焊接方向；
2)焊接施工，要求焊缝连续性一次性焊接完成；
A、焊接剖口间隙控制：组对前焊缝间隙适当加大5～10mm；
B、严禁在焊缝以外的母材上打火、引弧；
C、确定焊接施工顺序及焊缝焊接方向，焊接方向先仰焊、后立焊、再平焊；
D、多层焊接过程应连续进行，在连续焊接过程中应控制层间温度＜230℃，但不应低于36℃；
E、焊缝应连续一次性施焊完成，引出弧或熄弧应在坡口内进行，严禁在母材上进行；
F、未能完成一次性施焊的：必须焊满坡口1/2以上深度，并立即盖上保温棉，作好临时固定压紧；重新焊接时，需比预热再提高25～50℃，即125～170℃进行预热。
3)焊后后热处理和保温缓冷处理；焊接结束后立即进行焊后后热处理，后热温度180～230℃，且不小于1h；焊后在断电情况下立即采取应急措施采用棉保温覆盖焊缝表面进行保温缓冷，包裹的保温岩棉不小于一层，即不小于35mm厚，确保降温速度不大于10℃/min，即冷却到0℃的时间不小于20min，保温岩棉保留到第二天后拆除。
4)焊缝探伤检测；
5)焊接缺陷返修。
焊缝表面缺陷气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷超标时，应采用砂轮打磨修饰加以清除，或进行焊补；对焊缝尺寸不足，局部缺肉、凹陷、低洼、咬边、弧坑未填满或角焊缝过渡不良等缺陷应进行焊补，而后打磨修饰。焊补要求同正式焊缝的焊接；对无损检测确定的焊缝内部存在的超标缺陷，在返修前应首先根据无损检测报告确定的缺陷位置、深度、大小、长短等采用砂轮打磨或碳刨清除缺陷。缺陷为裂纹时，碳刨前需进行预热，并在裂纹两端钻止裂孔，并清除裂纹及其两端各50mm长的焊缝或母材；清除缺陷时应刨槽加工成底部呈圆弧形，而前、后、左、右侧边等均应加工成斜坡，或焊接坡口，同时应采用砂轮打磨清除其表面的渗碳层与熔渣。
值得注意的是，焊工持保温桶领取焊条，焊接过程必须盖好保温桶盖，随用随取，严禁焊材外露受潮，如发现焊材受潮不得再次使用。钢结构工程施工一般高空作业比较多，解决高空作业安全、冬季防风、防寒措施是施工的保障，操作平台保温防寒，操作灵活、拆卸方便。
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本实施例中：
在焊接前准备工序中，由于低温环境对焊工的生理、心理、操作技术发挥都会产生负面影响，在进入负温环境的初期必须对已持证焊工集中进行适应性培训。
在焊接前准备工序中，选择焊接材料为低氢型焊条E5016，焊接材料领用时应置于保温筒中，烘干后的低氢型焊条在保温筒中放置时间超过4h应重新烘干，且焊条重复烘干次数不宜超过2次；受潮焊条不得使用。
在焊接前准备工序中，安装保温操作棚作为安装操作平台，施工过程中保温棚内温度不低于-15℃；预制保温操作棚以角钢或槽钢为骨架，外用棉被、毛毡包覆。由于钢结构工程多数于户外高空作业，因此，安装保温操作棚是对低温焊接施工价值较大。
在焊接前准备工序中，所述焊前清理预热：
A、焊接前，应认真清除焊接坡口处表面的积雪、结冰或结露水、氧化皮、锈、油污等杂物；
B、根据焊接工艺评定试验，钢管达到预热温度用时约20分钟，因此在焊前0.5～1小时开始进行预热，达到温度后通过电脑温控箱转入保温状态。
焊前采用电加热带预热提高构件焊前温度、降低焊接过程和焊后冷却速度；预热温度结合相应规范要求和焊接工艺评定要求，控制在100～120℃；并在焊接过程中不断电，始终保持通电加热状态；现场用电脑温控箱控制温度，操作前在焊缝两侧剖口上用红外或接触式测温仪进行测量，确保满足设定温控。
本发明结合超低温气候条件下材料热加工性能变化规律及钢结构工程特点，通过在焊接材料的选用、焊前电脑控制预热温度、焊好消氢后热处理、操作过程的安全、防寒保障等环节进行控制，同时，以规范焊接工人的培训保证施工方法得到准确实施，实现冬季类似-15℃～-35℃超低温环境下顺利进行钢结构工程施工，并且满足安全性能及耐久性能等设计及使用的要求。
本发明适于冬季-15℃---35℃低温钢结构工程的施工，采取本技术措施施工的钢结构，能够满足钢结构的安全性、耐久性要求。
Claims (1)
1.-15℃～-35℃环境钢结构焊接方法，其特征是：焊接施工工序包括：焊接前准备、焊接施工、焊后后热处理、焊缝检测以及焊接缺陷处理；其中，焊接前准备包括焊材选择、焊前清理预热和确定焊接工艺参数；焊接结束后立即进行焊后后热处理，后热温度180～230℃，且不小于1h；焊后在断电情况下立即采取应急措施采用岩棉保温覆盖焊缝表面进行保温缓冷，包裹的保温岩棉不小于一层，即不小于35mm厚，确保降温速度不大于10℃/min，即冷却到0℃的时间不小于20min，保温岩棉保留到第二天后拆除；
具体步骤包括：1)焊接前准备；保温操作棚预制准备，施工过程中保温棚内温度不低于-15℃；
A、焊材选择；焊接材料为低氢型焊条，烘培温度为350～380℃，烘干时间为1.5～2h，烘干后应缓冷并放置于110～120℃的保温箱中待用；
B、焊前清理焊接处坡口，焊前对构件采用电加热带在100～120℃温度下预热；
C、确定焊接工艺参数；
全位置焊焊接规范参数选用表
D、确定施工顺序和焊缝焊接方向；
2)焊接施工，要求焊缝连续性一次性焊接完成；
A、焊接剖口间隙控制：组对前焊缝间隙适当加大5～10mm；
B、严禁在焊缝以外的母材上打火、引弧；
C、确定焊接施工顺序及焊缝焊接方向，焊接方向先仰焊、后立焊、再平焊；
D、多层焊接过程应连续进行，在连续焊接过程中应控制层间温度＜230℃，但不应低于36℃；
E、焊缝应连续一次性施焊完成，引出弧或熄弧应在坡口内进行，严禁在母材上进行；
F、未能完成一次性施焊的：必须焊满坡口1/2以上深度，并立即盖上保温棉，作好临时固定压紧；重新焊接时，需比预热再提高25～50℃，即125～170℃进行预热；
3)焊后后热处理和保温缓冷处理；焊接结束后立即进行焊后后热处理，后热温度180～230℃，且不小于1h；焊后在断电情况下立即采取应急措施采用棉保温覆盖焊缝表面进行保温缓冷，包裹的保温岩棉不小于一层，即不小于35mm厚，确保降温速度不大于10℃/min，即冷却到0℃的时间不小于20min，保温岩棉保留到第二天后拆除；
4)焊缝探伤检测；
5)焊接缺陷返修；
焊缝表面缺陷气孔、夹渣、焊瘤、余高过大缺陷超标时，应采用砂轮打磨修饰加以清除，或进行焊补；对焊缝尺寸不足，局部缺肉、凹陷、低洼、咬边、弧坑未填满或角焊缝过渡不良等缺陷应进行焊补，而后打磨修饰；焊补要求同正式焊缝的焊接；对无损检测确定的焊缝内部存在的超标缺陷，在返修前应首先根据无损检测报告确定的缺陷位置、深度、大小、长短采用砂轮打磨或碳刨清除缺陷；缺陷为裂纹时，碳刨前需进行预热，并在裂纹两端钻止裂孔，并清除裂纹及其两端各50mm长的焊缝或母材；清除缺陷时应刨槽加工成底部呈圆弧形，而前、后、左、右侧边等均应加工成斜坡，或焊接坡口，同时应采用砂轮打磨清除其表面的渗碳层与熔渣。
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