CN115041852A - 一种钢结构的焊接接口工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢结构的焊接接口工艺，包括如下步骤：焊接安全设施的准备、检查——焊接设施、焊接材料——坡口检查——坡口表面清理——焊接——焊后处理——焊接施工记录——焊缝外观及无损检测——焊接结束——转移焊接场所；其中：钢结构的焊接接口包括主弦杆管‑管对接接口焊接和桁架相贯口焊接。本发明的现场焊接主要采用手工电弧焊、半自动二氧化碳气体保护焊的方式焊接。根据板厚确定焊前预热和焊后加热方式，采用电脑控温电加热方式，红外线测温仪测量控制层温，以确保焊接质量。本发明的焊接过程中，对结构标高、水平度、垂直度进行监控。发现异常立即暂停，改变焊接顺序和采用加热校正措施进行特殊处理。
Description
技术领域
本发明属于钢结构焊接领域，具体涉及一种钢结构的焊接接口工艺。
背景技术
Q345B结构钢材其焊接性能较好，只是随着强度级别的增加，淬硬性和冷裂倾向会随之增大。钢桁架的焊接工作基本全部在现场完成，焊接作业量大，高空环境条件下对焊工操作影响较大。高空风速较大，并且贯穿于现场焊接施工全过程，尤其是对气体保护焊的影响比较大。
空间管桁架结构体系，杆件截面为圆钢管，节点类型为相贯节点和弦杆对接节点。杆件数量众多，焊接工作量大。现场焊接主要为钢管对接焊接、相贯节点焊接等、管桁架的拼装焊接，焊接位置较为困难，不利于保证焊接质量。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种钢结构的焊接接口工艺。
技术方案：一种钢结构的焊接接口工艺，包括如下步骤：焊接安全设施的准备、检查——焊接设施、焊接材料——坡口检查——坡口表面清理——焊接——焊后处理——焊接施工记录——焊缝外观及无损检测——焊接结束——转移焊接场所；其中：
钢结构的焊接接口包括主弦杆管-管对接接口焊接和桁架相贯口焊接；具体的焊接如下：
A.所述的主弦杆管-管对接接口焊接：
⑴焊接位置：水平固定；
⑵焊接方法：SMAW；
⑶预热：低温条件下的管对接焊缝焊接时要进行预热；采用柔性履带式电加热片伴随预热，预热温度为120℃～150℃；预热范围为焊缝两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不小于100mm，预热应均匀一致，层间温度为120℃～200℃，焊后缓冷；
⑷焊接顺序：每条环焊缝由两名焊工对称施焊；采用多层多道焊；根部用φ3.2mm焊条打底焊1～2层，其他用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面；
B.所述的桁架相贯口焊接：
⑴焊接位置：全位置；
⑵焊接方法：SMAW；
⑶预热：与斜腹杆相连的主弦管壁厚大于36mm时要进行预热，采用电加热片伴随预热，不便于布置加热片的焊缝，可采用火焰预热，预热温度为120℃～150℃；预热范围为：焊缝两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不小于100mm，预热应均匀一致，层间温度为120℃～200℃，焊后缓冷；
⑷焊接顺序：相贯焊缝应对称施焊，多层多道焊；熔透部位采用φ2.5mm的焊丝打底，或直接采用手工电弧焊φ2.5mm或φ3.2mm焊条打底，但要确保单面焊双面成形，其他采用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面；一个节点往往有多条相贯焊缝，焊缝集中；一条相贯焊缝焊接完毕冷却后，再焊相邻的相贯焊缝，以防止应力集中，减小焊接变形。
作为优化：所述的桁架相贯口焊接的坡口形式为：钢管相贯线焊缝位置沿支管周边分为A趾部、B侧面、C跟部三个区域，当a≥75°时A、B、C区采用带坡口的全熔透焊缝，当a≤75°时A、B、区为带坡口的全熔透焊缝，a≤35°时，C区采用角焊缝形式，焊缝高度大于1.5倍支管壁厚，各区相接处坡口及焊缝应圆滑过渡。
有益效果：本发明的具体优势如下：
⑴根据构件的接头形式，本发明的现场焊接主要采用手工电弧焊、半自动二氧化碳气体保护焊的方式焊接。根据板厚确定焊前预热和焊后加热方式，采用电脑控温电加热方式，红外线测温仪测量控制层温，以确保焊接质量。
⑵本发明的焊接过程中，对结构标高、水平度、垂直度进行监控。发现异常立即暂停，改变焊接顺序和采用加热校正措施进行特殊处理。
⑶本发明焊接完一个区域的主次杆件，再进入下一区域焊接。测量焊后收缩数据，与模拟计算结果相核对，分析差异原因。
⑷本发明在满足安装方案的要求下，尽可能的将更多的拼装、焊接工作留在地面进行，以保证拼装、焊接的质量。
附图说明
图1是本发明的焊接施工操作流程示意图；
图2是本发明的管-管对接焊缝坡口形式结构示意图；
图3是本发明的管对接焊缝加热片布置结构示意图；
图4是本发明的管管相贯焊缝加热片布置示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一、焊接材料的选用
1.焊材的选用
焊接方式有手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊。保护气体为CO2，纯度99.98％(露点≤-40℃)。焊接材料采用氢含量较低的焊材。焊接材料的选用原则与母材强度等强；焊接不同类别的钢材时，选用与强度级别较低母材相匹配的焊材。
2.焊材的管理
⑴焊材复验
对所有应用于本工程的焊接材料按生产批号进行成分、性能的复验，复验到由国家技术质量监督部门认可的质量监督检测机构进行。
⑵焊材管理
焊材须有质保书，应该按类别、牌号、规格、批号等分类堆放，并有明确标志。堆放场地应保持通风、干燥。
⑶焊材使用
焊条按使用说明书进行烘焙、保温，并做好烘焙记录。焊工领用焊条时，须存放在保温筒内，且每次焊条不得超过4小时的使用量。超过4小时，应重新烘焙。焊条重复烘干次数不宜超过2次；严禁使用受潮的焊条。
药心焊丝启封后，应尽快用完，不得超过两天时间。当天多余焊丝应用薄膜封包，存放在室内。
二氧化碳气瓶必须装有预热干燥器。
二、焊接设备的选择
针对本工程特点，现场焊接主要为钢管桁架拼装接焊，投入主要焊接设备及辅助设备介绍如下所示：二氧化碳焊机、交流弧焊机、二氧化碳焊枪、二氧化碳流量计、碳弧气刨枪、空压机、焊条烘箱、焊条保温筒、红外线测温仪、焊缝量规、焊缝检测成套设备、便捷式超声波探伤仪
三、焊接工艺
1.本发明的焊接施工操作流程如图1所示，具体如下：
焊接安全设施的准备、检查——焊接设施、焊接材料——坡口检查——坡口表面清理——焊接——焊后处理——焊接施工记录——焊缝外观及无损检测——焊接结束——转移焊接场所。
2.定位焊
⑴构件的定位焊是正式焊缝的一部分，因此定位焊缝不允许存在裂纹等不能够最终熔入正式焊缝的缺陷。定位焊必须由持证合格焊工施焊。
⑵定位焊缝必须避免在产品的棱角和端部等在强度和工艺上容易出问题的部位进行；T形接头定位焊，应在两侧对称进行。
⑶定位焊预热温度应比填充焊接预热温度高20～30℃。
⑷定位焊采用的焊接材料型号，应与焊接材质相匹配；角焊缝焊脚尺寸最小不宜小于5mm，并不大于设计焊脚的1/2，对接焊缝厚度不宜大于4mm。
⑸定位焊的长度和间距，应视母材的厚度、结构形式和拘束度来确定。一般定位焊缝应距设计焊缝端部30mm以上，焊缝长度应为50-100mm，间距应为400-600mm。
⑹正式焊接开始前或正式焊接中，发现定位焊有裂纹，应彻底清除定位焊后，再进行正式焊接。
⑺对于焊接垫板，在构件固定端的背面定位焊。当两个构件组对完毕，活动端无法从背面点焊，应当在坡口内定位焊，当预热温度达到要求时，采用定位焊顺序为从坡口中间往两端进行，以防止垫板变形。
3.焊接预热、层间温度和焊接环境
⑴对于低温条件下焊接的碳素钢和低合金钢应采用焊前预热和焊后热处理措施，预热及焊后热处理的温度应根据焊接工艺试验评定报告确定。要平衡加热量，使焊接变形和收缩量减少。
⑵焊接接头两端板厚不同时，应按厚板确定预热温度；焊接接头材质不同时，按强度高、碳当量高的钢材确定预热温度。
⑶低温条件下，焊前预热及层间温度的保持优先采用电加热器，板厚25mm以下也可用火焰加热器加热，并采用专用的接触式热电偶测温仪测量。
⑷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；预热温度可能时应在焊件反面测量，测量点应在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处，圆管杆件对接时不能在焊件反面测量，则应根据板厚不同适当提高正面预热温度，以便使全板厚达到规定的预热温度；当用火焰加热器时正面测量应在加热停止后进行。
⑸焊接返修处的预热温度应高于正常预热温度50℃左右，预热区域应适当加宽，以防止发生焊接裂纹。
⑹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，焊接层间温度低于250℃。
⑺预热操作及测温人员须经培训，以确保规定加热制度的准确执行。
⑻有焊后消氢热处理要求时，焊件应在焊接完成后立即加热到300～350℃。保温时间根据板厚按每25mm板厚不小于0.5h、且不小于1h确定，达到保温时间后用岩棉被包裹缓冷。其加热、测温方法和操作人员培训要求与预热相同。
⑼相对湿度80％以上，或因降雨、雪等使母材表面潮湿及大风天气(风速大于8米/秒)，不得进行露天焊接；但焊工及被焊接部分如果被充分保护且对母材采取适当处置(如加热、去潮)时，可进行焊接。
⑽当采用CO2半自动气体保护焊时，环境风速大于2米/秒时应采用适当的挡风措施或采用抗风式焊机。
4.焊接顺序
本工程的现场焊接主要为桁架吊装单元和杆件的现场拼装焊缝的焊接。焊接顺序的选择应考虑焊接变形的因素，尽量采用对称焊接，对焊接变形量大的部位应先焊，焊接过程中，要平衡加热量，减少焊接变形的影响，焊接顺序如下：
(1)先焊主弦杆管与管之间的对接焊缝及主弦杆与铸钢件间的焊缝；
(2)再焊斜腹杆与主弦杆的相贯焊缝、腹杆与腹杆的对接焊缝；
(3)焊完一条后再转入另一条焊接，同一管子的两条焊缝不得同时焊接；
(4)焊接时应由中间往两边对称跳焊，防止扭曲变形。
5.焊缝的焊接工艺
本工程现场的焊接接口包括主弦杆管-管对接接口及桁架相贯口焊接。
5.1管-管对接
⑴坡口形式：如图2所示的管-管对接焊缝坡口形式结构示意图。
⑵焊接位置：水平固定。
⑶焊接方法：SMAW
⑷预热：低温条件下的管对接焊缝焊接时要进行预热；如图3所示，采用柔性履带式电加热片伴随预热，预热温度为120℃～150℃；预热范围为焊缝两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不小于100mm。预热应均匀一致。层间温度为120℃～200℃，焊后缓冷。
⑸焊接顺序：每条环焊缝由两名焊工对称施焊；采用多层多道焊；根部用φ3.2mm焊条打底焊1～2层，其他用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面。
5.2相贯口焊接
⑴坡口形式
钢管相贯线焊缝位置沿支管周边分为A(趾部)、B(侧面)、C(跟部)三个区域，当a≥75°时A、B、C区采用带坡口的全熔透焊缝，当a≤75°时A、B、区为带坡口的全熔透焊缝，a≤35°时，C区采用角焊缝形式，焊缝高度大于1.5倍支管壁厚，各区相接处坡口及焊缝应圆滑过渡。
⑵焊接位置：全位置。
⑶焊接方法：SMAW
⑷预热：与斜腹杆相连的主弦管壁厚大于36mm时要进行预热。如图4所示，采用电加热片伴随预热，不便于布置加热片的焊缝，可采用火焰预热，预热温度为120℃～150℃。预热范围为：焊缝两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不小于100mm。预热应均匀一致。层间温度为120℃～200℃。焊后缓冷。
⑸焊接顺序：相贯焊缝应对称施焊，多层多道焊；熔透部位采用φ2.5mm的焊丝打底，或直接采用手工电弧焊φ2.5mm或φ3.2mm焊条打底，但要确保单面焊双面成形，其他采用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面；一个节点往往有多条相贯焊缝，焊缝集中。一条相贯焊缝焊接完毕冷却后，再焊相邻的相贯焊缝，以防止应力集中，减小焊接变形。
6.后热及保温
冬季低温条件下，焊后必须立即进行后热保温处理，后热应在焊缝两侧各100mm处全方位均匀加热，后热温度应为200－250℃，经表面温度计在离焊缝80－100mm处测试，温度达到后，采用不少于四层石棉布紧裹并用扎丝捆紧，保温时间不少于4小时，接头区域自然冷却至环境温度后方能拆除。
7.焊接施工操作流程
桁架组装焊接流程如下：
焊前准备：采用火焰加热法、采用电加热法、焊接搭设防风雨棚、焊接；
焊接及检测：焊后保温、超声波探伤；
四、焊接质量检查
1.外观检查
焊缝打磨处理、外观检测用焊接检验尺；
所有焊缝均进行100％外观检查。焊缝外观质量应符合下列规定：
⑴一级焊缝不得存在未焊满、根部收缩、咬边、裂纹、电弧擦伤、接头不良、表面气孔、夹渣等缺陷；
⑵二级焊缝不得存在裂纹、电弧擦伤、表面气孔、夹渣等缺陷；
2.无损检测
无损检测(UT)按照GB11345执行，一级焊缝100％检验，二级焊缝抽检20％，并且在焊后24小时检测。
五、缺陷修复和矫正
(1)焊缝表面缺陷超标时对气孔、夹渣、焊瘤、余高过大等缺陷应用砂轮打磨、铲凿、钻、铣等方法去除，必要时进行补焊，对焊缝尺寸不足、咬边、弧坑未填满等进行补焊。焊缝或母材上的裂纹：用磁粉检查法或渗透法确定裂缝的大小，然后用碳弧气刨刨掉裂纹，重新焊接。
(2)经NDT检查的内部超标缺陷进行返修时应先确定位置，编写返修方案并将返修方案及时上报监理。
(3)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裂纹两端钻止裂孔，并清除裂纹两端各50mm长焊缝或母材。
(4)清除缺陷时刨槽加工成四侧边斜面角大于10°的坡口，必要时用砂轮清除渗碳层，用MT、PT检查裂纹是否清除干净。
(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，应采用分段退焊法。
(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MT、PT确认无裂纹时方可焊接。
(7)补焊预热温度应比正常预热高。根据工程节点决定优选焊接工艺，如：采用低氢焊接材料和方法，后热处理等。补焊应用直径不大于4.0mm的低氢型焊条，此时提高预热温度50℃。
(8)焊缝正反面各作为一个部位，同一部位返修不宜超过两次。
(9)对两次返修仍不合格的部位应认真查找原因，重新编写返修方案，经本单位工程技术负责人审核并报监理，审批认可方可执行。
(10)因焊接产生变形的构件，应用机械方法或火焰加热法进行矫正，热矫正温度不应超过900℃，热机械共用的矫正方法应避免200～400℃的兰脆温度区，加热后应缓慢冷却至室温，严禁用水急冷。
(11)返修焊接应填报施工记录及返修前后无损检测报告，作为工程验收及存档资料。
Claims (2)
1.一种钢结构的焊接接口工艺，其特征在于：包括如下步骤：焊接安全设施的准备、检查——焊接设施、焊接材料——坡口检查——坡口表面清理——焊接——焊后处理——焊接施工记录——焊缝外观及无损检测——焊接结束——转移焊接场所；其中：
钢结构的焊接接口包括主弦杆管-管对接接口焊接和桁架相贯口焊接；具体的焊接如下：
A.所述的主弦杆管-管对接接口焊接：
⑴焊接位置：水平固定；
⑵焊接方法：SMAW；
⑶预热：低温条件下的管对接焊缝焊接时要进行预热；采用柔性履带式电加热片伴随预热，预热温度为120℃～150℃；预热范围为焊缝两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不小于100mm，预热应均匀一致，层间温度为120℃～200℃，焊后缓冷；
⑷焊接顺序：每条环焊缝由两名焊工对称施焊；采用多层多道焊；根部用φ3.2mm焊条打底焊1～2层，其他用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面；
B.所述的桁架相贯口焊接：
⑴焊接位置：全位置；
⑵焊接方法：SMAW；
⑶预热：与斜腹杆相连的主弦管壁厚大于36mm时要进行预热，采用电加热片伴随预热，不便于布置加热片的焊缝，可采用火焰预热，预热温度为120℃～150℃；预热范围为：焊缝两侧，每侧宽度应大于焊件厚度的2倍，且不小于100mm，预热应均匀一致，层间温度为120℃～200℃，焊后缓冷；
⑷焊接顺序：相贯焊缝应对称施焊，多层多道焊；熔透部位采用φ2.5mm的焊丝打底，或直接采用手工电弧焊φ2.5mm或φ3.2mm焊条打底，但要确保单面焊双面成形，其他采用φ4mm或φ5mm焊条填充、盖面；一个节点往往有多条相贯焊缝，焊缝集中；一条相贯焊缝焊接完毕冷却后，再焊相邻的相贯焊缝，以防止应力集中，减小焊接变形。
2.根据权利要求1所述的钢结构的焊接接口工艺，其特征在于：所述的桁架相贯口焊接的坡口形式为：钢管相贯线焊缝位置沿支管周边分为A趾部、B侧面、C跟部三个区域，当a≥75°时A、B、C区采用带坡口的全熔透焊缝，当a≤75°时A、B、区为带坡口的全熔透焊缝，a≤35°时，C区采用角焊缝形式，焊缝高度大于1.5倍支管壁厚，各区相接处坡口及焊缝应圆滑过渡。
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