CN110270737A - 箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法 - Google Patents

箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法 Download PDF

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Abstract

一种箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，其特征在于包括以下步骤：1）箱型柱厚板焊接工艺，包括以下步骤：a、焊接前注意事项，b、焊接前进行预热，c、执行焊接参数，d、多层多道焊；2）箱型柱厚板焊接变形控制方法，包括以下步骤：a、对接接头、T形接头和十字接头，b、大型结构应采取分部组装焊接，c、对于有较大收缩或角变形的接头，d、对异形厚板结构要设置胎架夹具，进而控制焊接变形。本发明的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法具有优化箱体的组装焊接工艺，保证巨型柱的制作精度，工程质量安全可靠，保证构件几何尺寸精度，焊接步骤设计合理、科学，可实施性强和降低工程成本的优点。

Description

箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法
技术领域
本发明涉及一种厚板焊接工艺，具体地说，是一种箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法。
背景技术
在钢结构施工过程中，经常遇到不同厚度的厚板构件的组装焊接，由于母材厚度不同、焊缝间隙不一致、焊工选用的焊接参数不统一，焊缝受热不均匀等原因，导致焊接应力过大而产生裂纹，造成返工，影响了结构安装工期。箱型柱厚板焊接工艺的焊接难点：
（1）钢材使用量大，强度等级、质量等级高
箱型柱厚板工程钢材等级较高，重要结构部位采用Q345B材质钢材，且厚板所占比例较大。焊接难度较大。
（2）焊接熔敷量大、焊接残余应力大，变形也大
箱型柱厚板工程使用钢材主要为厚板，其分为三种，≤32mm，32-45mm和＞45mm。焊接时填充焊材熔敷金属量大，焊接时间长，热输入总量高，因此结构焊后应力和变形大。
（3）发生焊缝裂纹的可能性大
箱型柱厚板工程由于厚板焊接时拘束力大，且节点复杂，焊接残余应力大，焊缝熔敷金属量大，施焊作业时间长，工艺复杂。因此在焊接过程中稍有不慎易产生热裂纹与冷裂纹。
业界同仁为厚板焊接、焊接变形控制做出不懈努力。中国专利CN104842081B于2017年1月18日公开了一种舰船、管道、潜艇和核设施等国防大型设备20mm厚板焊接方法，其中在左侧母材右端面和右侧母材左端面之间呈V型坡口，直至还需一道至三道连续焊接就能完成焊接。从而达到焊后呈现微变形及实现焊缝与母材成分等值的目的。但是其左侧母材和右侧母材并非相互垂直，其通过预制V型坡口，能够在非填丝的情况下逐层熔化焊接母材作为填充物来完成厚板焊接操作，从而达到减小焊接变形及减少填丝数量的方法难以对箱型柱厚板焊接作启示。
中国专利CN108161297A于2018年6月15日公开了一种适用于30mm厚的中厚板焊接方法，其中采用多把焊枪同时进行焊接，实现中厚板的多层单道焊接，改善了中厚板结构件。但是钢结构箱型柱厚板焊接步骤讲究，多把焊枪同时进行焊接的方法对箱型柱在箱型构焊接中并不合适。
因此已知的厚板焊接方法存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种安全可靠的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，箱型柱在箱型构件生产流水线上进行腹板、翼缘板的组装和焊接，四条纵向角接焊缝的焊接总体上遵循左右对称、同时同向同规范的顺序进行；箱型柱四条纵向角接焊缝通长为全熔透要求，焊接工艺先采用CO2气保焊打底1-3层，然后埋弧焊填充盖面，其特征在于包括以下步骤：
1）箱型柱厚板焊接工艺，包括以下步骤：
a、焊接前注意事项
施焊现场的相对湿度等于或大于90%时应停止施焊；焊材不得受潮、生锈或有油污；应保证稳定的网络电压；焊接衬板的下料、加工及装配应严格控制质量和精度，使其与横隔板和翼缘板紧密贴合；当装配缝隙大于0.5mm时应采取措施进行修整和补救；焊接过程中应随时注意调整电压；焊接过程应保持焊件的赤热状态；
b、焊接前进行预热
预热温度控制应符合焊接工艺评定要求，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，排除焊接区的水分湿气，排除了产生氢的根源，从而防止冷裂纹的产生；
c、执行焊接参数
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；
d、多层多道焊
采用多层多道焊，严禁摆宽道，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；
2）箱型柱厚板焊接变形控制方法，包括以下步骤：
a、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，作双面对称焊接；有对称截面的构件，作对称于构件中性轴焊接；有对称连接杆件的节点，作对称于节点轴线同时对称焊接；非对称双面坡口焊缝，先焊深坡口侧、然后焊满浅坡口侧、最后完成深坡口侧焊缝；特厚板要增加轮流对称焊接的循环次数；
b、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；火焰矫正温度控制在600-800℃，且不能同一部位多次重复火焰加热；
c、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余量或反变形方法控制收缩和变形；
d、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，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。
本发明的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的方法，其中所述多层多道焊的层间温度的控制符合焊接工艺评定要求。
前述的方法，其中所述腹板、翼缘板的焊接中，要保证背面清根质量，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。
前述的方法，其中所述腹板、翼缘板的焊接中，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。
采用上述技术方案后，本发明的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法具有以下优点：
1、优化箱体的组装焊接工艺，将箱体拆分成若干个箱体壁板单元，分别进行组装焊接，保证板单元的加工质量，然后再进行箱体的整体组装，减少焊接变形，控制箱体的组装误差和总体焊接变形，保证巨型柱的制作精度；
2、工程质量安全可靠，箱型柱箱体截面净尺寸最大达到600*600*26mm，其截面复杂组装隔板多，有效控制局部变形及整体变形，保证构件几何尺寸精度；
3、焊接步骤设计合理、科学，可实施性强，降低工程成本。
附图说明
图1为本发明实施例的箱型柱腹板与翼缘板角接焊缝的总体焊接顺序示意图；
图2为本发明实施例的坡口、焊接顺序、焊接方法示意图；
图3为本发明实施例的箱型柱截面示意图。
图中：1腹板，2翼缘板，3埋弧焊填充盖面，4气保焊打底，5垫板。
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
实施例1
本发明的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，箱型柱在箱型构件生产流水线上进行腹板、翼缘板的组装和焊接，四条纵向角接焊缝的焊接总体上遵循左右对称、同时同向同规范的顺序进行；箱型柱四条纵向角接焊缝通长为全熔透要求，焊接工艺先采用CO2气保焊打底1-3层，然后埋弧焊填充盖面，包括以下步骤：
一、箱型柱厚板焊接工艺，包括以下步骤：
嘉定行政服务中心项目钢结构工程结构复杂且厚板较多、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，采取以下工艺措施：
1）选用高性能的焊材及设备。
2）焊前进行预热，温度控制应符合焊接工艺评定要求，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。
二、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。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。
2）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。火焰矫正温度控制在600-800℃，且不能同一部位多次重复火焰加热。
3）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。
4）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。
本发明具有实质性特点和显著的技术进步，本发明的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，优化箱体的组装焊接工艺，将箱体拆分成若干个箱体壁板单元，分别进行组装焊接，保证板单元的加工质量，然后再进行箱体的整体组装，减少焊接变形，控制箱体的组装误差和总体焊接变形，保证巨型柱的制作精度。
本发明的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法在嘉定行政服务中心项目钢结构制作工程中运用，效果显著，得到了实施单位、监理单位和业主充分肯定。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (4)

1.一种箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，箱型柱在箱型构件生产流水线上进行腹板、翼缘板的组装和焊接，四条纵向角接焊缝的焊接总体上遵循左右对称、同时同向同规范的顺序进行；箱型柱四条纵向角接焊缝通长为全熔透要求，焊接工艺先采用CO2气保焊打底1-3层，然后埋弧焊填充盖面，其特征在于包括以下步骤：
1）箱型柱厚板焊接工艺，包括以下步骤：
a、焊接前注意事项
施焊现场的相对湿度等于或大于90%时应停止施焊；焊材不得受潮、生锈或有油污；应保证稳定的网络电压；焊接衬板的下料、加工及装配应严格控制质量和精度，使其与横隔板和翼缘板紧密贴合；当装配缝隙大于0.5mm时应采取措施进行修整和补救；焊接过程中应随时注意调整电压；焊接过程应保持焊件的赤热状态；
b、焊接前进行预热
预热温度控制应符合焊接工艺评定要求，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，排除焊接区的水分湿气，排除了产生氢的根源，从而防止冷裂纹的产生；
c、执行焊接参数
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；
d、多层多道焊
采用多层多道焊，严禁摆宽道，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；
2）箱型柱厚板焊接变形控制方法，包括以下步骤：
a、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，作双面对称焊接；有对称截面的构件，作对称于构件中性轴焊接；有对称连接杆件的节点，作对称于节点轴线同时对称焊接；非对称双面坡口焊缝，先焊深坡口侧、然后焊满浅坡口侧、最后完成深坡口侧焊缝；特厚板要增加轮流对称焊接的循环次数；
b、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；火焰矫正温度控制在600-800℃，且不能同一部位多次重复火焰加热；
c、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余量或反变形方法控制收缩和变形；
d、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，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。
2.如权利要求1所述的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，其特征在于，所述多层多道焊的层间温度的控制符合焊接工艺评定要求。
3.如权利要求1所述的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，其特征在于，所述腹板、翼缘板的焊接中，要保证背面清根质量，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。
4.如权利要求1所述的箱型柱厚板焊接工艺及焊接变形控制方法，其特征在于，所述腹板、翼缘板的焊接中，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。
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