CN116810092A - 一种超厚高建钢板焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超厚高建钢板焊接方法，涉及钢板焊接领域。一种超厚高建钢板焊接方法，采用以下步骤：施工准备，制定焊接工艺评定方案，准备试板进行焊接评定，设计及制作焊接操作平台；焊接工艺评定及参数确定，确定焊接工艺评定及参数，选择坡口、焊丝、焊接预热温度范围、焊接电流电压参数范围，确定施焊道次顺序；本发明，通过有限元分析对确定的焊接顺序进行模拟分析，计算焊缝的应力应变数据，并配合在焊前均匀的设置约束板进行加固，实时进行钢柱变形监测及严格控制焊前预热，且采取薄层多道焊，层间温度，焊后立即进行保温，减小焊缝变形量，从而满足超高材质厚板焊接的施工质量，确保了焊接质量，焊缝一次探伤合格率高。
Description
技术领域
本发明属于钢板焊接技术领域，具体地说，涉及一种超厚高建钢板焊接方法。
背景技术
厚板焊接技术是航空航天、海洋工程、石油化工、船舶桥梁等众多国民经济领域大尺寸结构件的最关键制造技术之一，它很大程度影响了最终产品的制造效率和质量,目前，广泛应用的中厚板焊接技术主要有大角度坡口多层多道电弧焊和小角度坡口窄间隙埋弧焊，但随着更大尺寸结构和更高强度材料的逐渐应用，其生产效率和接头质量已经很难满足现代焊接技术要求。
现有技术公开了在焊缝坡口底部增设熔融金属喷枪，采用超高功率激光焊接时，使用喷枪将熔融金属喷射到底部坡口，很好的解决了焊缝下表面塌陷等重大缺陷问题，但缺少对构件焊接状况进行实时监测，使得构件在发生变形时不能及时调整，从而降低超高材质厚板焊接的施工质量，存在安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种超厚高建钢板焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种超厚高建钢板焊接方法，采用以下步骤：步骤1：施工准备，制定焊接工艺评定方案，准备试板进行焊接评定，设计及制作焊接操作平台；步骤2：焊接工艺评定及参数确定，确定焊接工艺评定及参数，选择坡口、焊丝、焊接预热温度范围、焊接电流电压参数范围，确定施焊道次顺序；步骤3：方案论证焊接有限元分析，计算分析钢柱焊接受热区域，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性；步骤4：焊工考试，初选、培训和交底、焊接操作；步骤5：钢柱安装及固定，通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高进行校正重合，构件校正完成后，利用临时连接板及固定板，在焊缝两侧设置均匀刚性约束板，将安装的构件与已焊接完成的构件进行固定；步骤6：焊接前处理及验收，焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况清除焊缝周围杂物，在焊缝坡口内侧及焊缝两面使用画圈法预热；步骤7：钢柱焊接及过程监测，在钢柱焊接前采用废板将电流、电压调整到工艺要求范围内，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热；步骤8：焊缝保温，焊接完成后，立即在焊缝外面覆盖石棉被焊缝缓冷，待焊缝缓慢冷却到室温时方可拆除石棉被；步骤9：焊缝检测和探伤，焊缝外观检测及探伤检测；步骤10：钢柱复测，焊接完成后，对整段构件进行验收，将柱顶控制点的三维实测空间坐标反馈至现场，并以此为依据安装下一段构件，将上一段造成的偏差及时纠正直至全部完成。
优选地，所述步骤1中准备试板进行焊接评定包括准备焊接工艺评定的试板，选择与钢柱相同厚度的试板进行焊接评定；设计及制作焊接操作平台包括利用槽钢、角钢、花纹钢板及薄钢板制作焊接操作平台，平台底部距焊口1200mm，方便操作的同时侧边围挡起到防风作用，整体建模利用MIDAS进行受力计算，确保平台设计安全可靠。
为了确定施焊道次顺序，优选地，所述步骤2中选择坡口包括坡口形式采用朝外的单边V型坡口，通过经济性对比及融合效果对比，坡口角度设计为45度；确定施焊道次顺序包括异形柱外壁板采用对称施焊的方法，先焊接两块相对平行的板，后焊接其他板。
为了便于计算分析焊接有限元，优选地，所述步骤3中计算分析是通过计算机软件，分析钢柱焊接受热区域主要在焊缝两侧100mm范围内，在此区域增加温度荷载，打底焊接时温度荷载150℃，填充焊接时温度荷载150℃～180℃，板边缘增加线性约束，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性。
为了对构件进行校正，优选地，所述步骤5中校正重合是通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高，使测量控制点坐标与设计坐标重合，偏差不超过2mm。
为了确定约束板的具体规格尺寸，进一步地，所述步骤5中约束板厚度为30mm，宽度150mm，长度450mm，间距600mm。
为了清除焊缝周围杂物，优选地，所述步骤6中清除焊缝周围杂物包括焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况，清除焊缝周边50mm以内的浮锈、表面氧化物、油污、水和熔渣；画圈法预热包括预热范围应在焊缝坡口两侧，宽度为焊接施焊处板厚的2倍以上，预热温度测量点在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处。
为了便于准确判断是否还需预热，优选地，所述步骤7中判断后续位置是否需再次预热是在焊接过程中时刻关注焊接点不小于75mm范围内的温度，当温度低于要求预热温度时应再次进行预热，预热时需比原预热温度提高30℃；对于长焊缝，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热。
为了对焊缝进行检测和探伤，优选地，所述步骤9中焊缝外观检测是检查焊缝余高，焊缝摆幅宽度，表面是否有未焊满，气孔，夹渣，焊瘤，裂缝，咬边；探伤检测可利用超声波探伤：采用两种探头两角度差大于15°进行单侧双面检测；还可利用渗透检测：采用渗透检测的方法进行检测，确保焊缝质量。
为了对钢柱复测验收，优选地，所述步骤10中验收内容包括焊接质量、垂直度、标高、焊接后外形尺寸、柱顶控制点的三维空间坐标实测。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明，通过有限元分析对确定的焊接顺序进行模拟分析，计算焊缝的应力应变数据，并配合在焊前均匀的设置约束板进行加固，实时进行钢柱变形监测及严格控制焊前预热，且采取薄层多道焊，层间温度，焊后立即进行保温，减小焊缝变形量，从而满足超高材质厚板焊接的施工质量，确保了焊接质量，焊缝一次探伤合格率高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
在附图中：
图1是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的施工工艺流程图；
图2是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的焊接顺序示意图；
图3是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的分段焊接示意图；
图4是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的钢柱安装位移等值线图；
图5是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的钢柱安装应力云图；
图6是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的打底焊接位移等值线图；
图7是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的打底焊接应力云图；
图8是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的中间道填充焊接位移等值线图；
图9是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的中间道填充焊接应力云图；
图10是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的焊接完成位移等值线图；
图11是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的焊接完成应力云图；
图12是本发明一种超厚高建钢板焊接方法的预热示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：参照图1，一种超厚高建钢板焊接方法，采用以下步骤：
施工准备，制定焊接工艺评定方案，准备试板进行焊接评定，设计及制作焊接操作平台，其中“准备试板进行焊接评定”包括准备焊接工艺评定的试板，选择与钢柱相同厚度的试板进行焊接评定；
设计及制作焊接操作平台包括利用槽钢、角钢、花纹钢板及薄钢板制作焊接操作平台，平台底部距焊口1200mm，方便操作的同时侧边围挡起到防风作用，整体建模利用MIDAS进行受力计算，确保平台设计安全可靠；
焊接工艺评定及参数确定，确定焊接工艺评定及参数，选择坡口、焊丝、焊接预热温度范围、焊接电流电压参数范围，确定施焊道次顺序，其中“选择坡口”包括坡口形式采用朝外的单边V型坡口，通过经济性对比及融合效果对比，坡口角度设计为45度，以及“确定施焊道次顺序”包括异形柱外壁板采用对称施焊的方法，先焊接两块相对平行的板，后焊接其他板；
方案论证焊接有限元分析，计算分析钢柱焊接受热区域，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性，其中“计算分析”包括通过计算机软件，分析钢柱焊接受热区域主要在焊缝两侧100mm范围内，在此区域增加温度荷载，打底焊接时温度荷载150℃，填充焊接时温度荷载150℃～180℃，板边缘增加线性约束，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性；
焊工考试，初选、培训和交底、焊接操作；
钢柱安装及固定，通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高进行校正重合，构件校正完成后，利用临时连接板及固定板，在焊缝两侧设置均匀刚性约束板，将安装的构件与已焊接完成的构件进行固定，其中“校正重合”包括通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高，使测量控制点坐标与设计坐标重合，偏差不超过2mm，步骤5中约束板厚度为30mm，宽度150mm，长度450mm，间距600mm；
焊接前处理及验收，焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况清除焊缝周围杂物，在焊缝坡口内侧及焊缝两面使用画圈法预热，其中“清除焊缝周围杂物”包括焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况，清除焊缝周边50mm以内的浮锈、表面氧化物、油污、水和熔渣，以及“画圈法预热”包括预热范围应在焊缝坡口两侧，宽度为焊接施焊处板厚的2倍以上，预热温度测量点在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；
钢柱焊接及过程监测，在钢柱焊接前采用废板将电流、电压调整到工艺要求范围内，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热，其中“判断后续位置是否需再次预热”包括在焊接过程中时刻关注焊接点不小于75mm范围内的温度，当温度低于要求预热温度时应再次进行预热，预热时需比原预热温度提高30℃；对于长焊缝，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热；
焊缝保温，焊接完成后，立即在焊缝外面覆盖石棉被焊缝缓冷，待焊缝缓慢冷却到室温时方可拆除石棉被；
焊缝检测和探伤，焊缝外观检测及探伤检测，其中“焊缝外观检测”包括检查焊缝余高，焊缝摆幅宽度，表面是否有未焊满，气孔，夹渣，焊瘤，裂缝，咬边，以及“探伤检测”包括利用超声波探伤：采用两种探头两角度差大于15°进行单侧双面检测；
还可利用渗透检测：采用渗透检测的方法进行检测，确保焊缝质量；
钢柱复测，焊接完成后，对整段构件进行验收，将柱顶控制点的三维实测空间坐标反馈至现场，并以此为依据安装下一段构件，将上一段造成的偏差及时纠正直至全部完成，其中“验收内容”包括焊接质量、垂直度、标高、焊接后外形尺寸、柱顶控制点的三维空间坐标实测。
实施例2：参照图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11，一种超厚高建钢板焊接方法，采用以下步骤：
施工准备，制定焊接工艺评定方案，准备试板进行焊接评定，设计及制作焊接操作平台，其中“准备试板进行焊接评定”包括准备焊接工艺评定的试板，选择与钢柱相同厚度的试板进行焊接评定；
设计及制作焊接操作平台包括利用槽钢、角钢、花纹钢板及薄钢板制作焊接操作平台，平台底部距焊口1200mm，方便操作的同时侧边围挡起到防风作用，整体建模利用MIDAS进行受力计算，确保平台设计安全可靠；
焊接工艺评定及参数确定，确定焊接工艺评定及参数，选择坡口、焊丝、焊接预热温度范围、焊接电流电压参数范围，确定施焊道次顺序，其中“选择坡口”包括坡口形式采用朝外的单边V型坡口，通过经济性对比及融合效果对比，坡口角度设计为45度，以及“确定施焊道次顺序”包括异形柱外壁板采用对称施焊的方法，先焊接两块相对平行的板，后焊接其他板；
坡口选择：
Q460GJC高材质钢选用ER60Q焊丝，综合考虑巨柱的对接情况，截面尺寸以及板厚65mm；
焊接预热温度选择：
焊接电流电压参数：
焊接顺序：
异形柱外壁板采用对称施焊的方法，先焊接两块相对平行的板，后焊接其他板；
焊接时，采用气保焊打底，填充(采用多层多道焊接)、盖面三道焊接工序，每道工序遵循下图顺序完成焊接(参照图2)；
由于异性柱块壁板宽度不同，为确保对称焊效果防止焊接变形，在焊接时采用不同的焊接速度进行焊接；
超长横焊缝施焊为便于操作，减少构件焊接变形，减少应力集中，将焊缝分成若干个600mm分段，每2*600mm分段为一个焊工施焊范围，当一段范围内一层焊缝施焊完毕后，由第二施工段的焊工开始焊接(参照图3)；
方案论证焊接有限元分析，计算分析钢柱焊接受热区域，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性，其中“计算分析”包括通过计算机软件，分析钢柱焊接受热区域主要在焊缝两侧100mm范围内，在此区域增加温度荷载，打底焊接时温度荷载150℃，填充焊接时温度荷载150℃～180℃，板边缘增加线性约束，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性；
有限元分析表：
焊工考试，初选、培训和交底、焊接操作；
1.初选：根据焊缝等级，焊接难度，挑选出水平过硬。筛选出焊接经验丰富、有类似工程施工经验的焊工；
2.培训和交底：对厚板焊接工艺、焊接要点要求进行培训；
3.焊接操作：操作技能考试主要考核现场焊接条件下的操作能力以及厚板焊接技术；
钢柱安装及固定，通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高进行校正重合，构件校正完成后，利用临时连接板及固定板，在焊缝两侧设置均匀刚性约束板，将安装的构件与已焊接完成的构件进行固定，其中“校正重合”包括通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高，使测量控制点坐标与设计坐标重合，偏差不超过2mm，步骤5中约束板厚度为30mm，宽度150mm，长度450mm，间距600mm；
焊接前处理及验收，焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况清除焊缝周围杂物，在焊缝坡口内侧及焊缝两面使用画圈法预热，其中“清除焊缝周围杂物”包括焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况，清除焊缝周边50mm以内的浮锈、表面氧化物、油污、水和熔渣，以及“画圈法预热”包括预热范围应在焊缝坡口两侧，宽度为焊接施焊处板厚的2倍以上，预热温度测量点在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处；
预热时焊缝两面使用“Z”字形预热，待焊缝两边温度略有上升后，在焊缝坡口内侧及焊缝两面100mm范围内使用画圈法预热(参照图12)；
钢柱焊接及过程监测，在钢柱焊接前采用废板将电流、电压调整到工艺要求范围内，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热，其中“判断后续位置是否需再次预热”包括在焊接过程中时刻关注焊接点不小于75mm范围内的温度，当温度低于要求预热温度时应再次进行预热，预热时需比原预热温度提高30℃；对于长焊缝，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热；
焊接过程中严格控制道间温度，道间温度应在120℃～180℃，在等待层间温度冷却过程中严禁采取加快冷却的措施；
焊接过程中应严格控制焊接热输入量，防止材料韧性下降，在焊接应力作用下产生裂纹：
焊接时采用多层窄焊缝焊接，每道焊缝宽度尽量窄，尽量不用横向摆动，通过增加焊缝的道数来减小单次焊缝的热输入量；
焊接过程中应适当加快单道焊缝焊接速度，以减少焊接热输入；
焊接时不得将一段焊缝焊满后再焊接另一段，应采用对中退焊法以避免层间温度过高，构件变形，冷却速度慢等问题的出现，分段焊每段焊缝应交替进行焊接；层与层之间的焊接接头应错开；每道焊缝的起弧位置应交替；
在焊缝两侧设置控制点，两个控制点的水平距离为500mm，通过测量焊接过程中及焊接后，保温冷却完成后的数据，进行焊接变形监测；
焊缝保温，焊接完成后，立即在焊缝外面覆盖石棉被焊缝缓冷，待焊缝缓慢冷却到室温时方可拆除石棉被；
焊接完成后严禁采用喷水、吹风等加快冷却的措施；
焊缝检测和探伤，焊缝外观检测及探伤检测，其中“焊缝外观检测”包括检查焊缝余高，焊缝摆幅宽度，表面是否有未焊满，气孔，夹渣，焊瘤，裂缝，咬边，以及“探伤检测”包括利用超声波探伤：采用两种探头两角度差大于15°进行单侧双面检测；
还可利用渗透检测：采用渗透检测的方法进行检测，确保焊缝质量；
钢柱复测，焊接完成后，对整段构件进行验收，将柱顶控制点的三维实测空间坐标反馈至现场，并以此为依据安装下一段构件，将上一段造成的偏差及时纠正直至全部完成，其中“验收内容”包括焊接质量、垂直度、标高、焊接后外形尺寸、柱顶控制点的三维空间坐标实测；
将柱顶控制点的三维实测空间坐标反馈至现场，并以此为依据安装下一段构件，将上一段造成的偏差及时纠正直至全部完成。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，采用以下步骤：
步骤1：施工准备，制定焊接工艺评定方案，准备试板进行焊接评定，设计及制作焊接操作平台；
步骤2：焊接工艺评定及参数确定，确定焊接工艺评定及参数，选择坡口、焊丝、焊接预热温度范围、焊接电流电压参数范围，确定施焊道次顺序；
步骤3：方案论证焊接有限元分析，计算分析钢柱焊接受热区域，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性；
步骤4：焊工考试，初选、培训和交底、焊接操作；
步骤5：钢柱安装及固定，通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高进行校正重合，构件校正完成后，利用临时连接板及固定板，在焊缝两侧设置均匀刚性约束板，将安装的构件与已焊接完成的构件进行固定；
步骤6：焊接前处理及验收，焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况清除焊缝周围杂物，在焊缝坡口内侧及焊缝两面使用画圈法预热；
步骤7：钢柱焊接及过程监测，在钢柱焊接前采用废板将电流、电压调整到工艺要求范围内，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热；
步骤8：焊缝保温，焊接完成后，立即在焊缝外面覆盖石棉被焊缝缓冷，待焊缝缓慢冷却到室温时方可拆除石棉被；
步骤9：焊缝检测和探伤，焊缝外观检测及探伤检测；
步骤10：钢柱复测，焊接完成后，对整段构件进行验收，将柱顶控制点的三维实测空间坐标反馈至现场，并以此为依据安装下一段构件，将上一段造成的偏差及时纠正直至全部完成。
2.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤1中准备试板进行焊接评定包括准备焊接工艺评定的试板，选择与钢柱相同厚度的试板进行焊接评定；
设计及制作焊接操作平台包括利用槽钢、角钢、花纹钢板及薄钢板制作焊接操作平台，平台底部距焊口1200mm，方便操作的同时侧边围挡起到防风作用，整体建模利用MIDAS进行受力计算，确保平台设计安全可靠。
3.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤2中选择坡口包括坡口形式采用朝外的单边V型坡口，通过经济性对比及融合效果对比，坡口角度设计为45度；
确定施焊道次顺序包括异形柱外壁板采用对称施焊的方法，先焊接两块相对平行的板，后焊接其他板。
4.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤3中计算分析是通过计算机软件，分析钢柱焊接受热区域主要在焊缝两侧100mm范围内，在此区域增加温度荷载，打底焊接时温度荷载150℃，填充焊接时温度荷载150℃～180℃，板边缘增加线性约束，模拟焊缝的形成过程，分析焊接板件的应力应变情况，验证方案理论可行性。
5.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤5中校正重合是通过千斤顶调整构件的柱顶坐标及标高，使测量控制点坐标与设计坐标重合，偏差不超过2mm。
6.根据权利要求5所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤5中约束板厚度为30mm，宽度150mm，长度450mm，间距600mm。
7.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤6中清除焊缝周围杂物包括焊前按施工图检查坡口尺寸、根部间隙及钢柱错边情况，清除焊缝周边50mm以内的浮锈、表面氧化物、油污、水和熔渣；
画圈法预热包括预热范围应在焊缝坡口两侧，宽度为焊接施焊处板厚的2倍以上，预热温度测量点在离电弧经过前的焊接点各方向不小于75mm处。
8.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤7中判断后续位置是否需再次预热是在焊接过程中时刻关注焊接点不小于75mm范围内的温度，当温度低于要求预热温度时应再次进行预热，预热时需比原预热温度提高30℃；对于长焊缝，通过预测焊接方向前端的温度，判断后续位置是否需再次预热。
9.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤9中焊缝外观检测是检查焊缝余高，焊缝摆幅宽度，表面是否有未焊满，气孔，夹渣，焊瘤，裂缝，咬边；
探伤检测可利用超声波探伤：采用两种探头两角度差大于15°进行单侧双面检测；
还可利用渗透检测：采用渗透检测的方法进行检测，确保焊缝质量。
10.根据权利要求1所述的一种超厚高建钢板焊接方法，其特征在于，所述步骤10中验收内容包括焊接质量、垂直度、标高、焊接后外形尺寸、柱顶控制点的三维空间坐标实测。
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|---|---|---|---|
| CN202310637330.0A CN116810092A (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 一种超厚高建钢板焊接方法 |
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