管桁架异种钢焊接工法.docx

管桁架异种钢焊接工法.docx

《管桁架异种钢焊接工法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管桁架异种钢焊接工法.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

管桁架异种钢焊接工法

管桁架异种钢焊接工法

1.前言

随着国内经济的腾飞，为了满足人们对建筑的多样性和实用性，越来越多的大型钢结构建筑拔地而起，钢结构的结构形式越来越新颖,构造越来越复杂,带来了多种钢材焊接的多样化。

为了避免采用传统焊接工艺焊接异种钢所带来的较大残余应力，满足结构的构造、受力和施工等的需求，因此选用本新型异种钢焊接工法。

本工法针对异种钢焊接，着重介绍了管桁架的异种钢焊接。

2.工法特点

2.1异种钢焊接部位过度段平滑，无应力集中影响。

2.2减少异种钢焊接收缩变形对结构垂直度及平面弯曲度的影响。

2.3减少异种钢焊接部位的残余应力，减小对结构安全的影响。

2.4对异种钢焊接收缩变形进行精确计算并在焊接过程进行有效控制。

2.5异种钢的焊接先后顺序要事先组织妥当。

3.适用范围

主要适用于高层、超高层、大跨度钢结构的管桁架异种钢焊接施工。

4.工艺原理

根据铸钢件外形的不规则特征测定重心位置，并根据重心和重量选择吊点和吊索具以及吊装机械，确定吊装顺序。

根据铸钢件的化学成分与低碳钢或低合金钢材的化学成分比较的差异，及相互之间焊接时的母材变化差异、热影响区的不同进行焊接试验并制定焊接工艺评定文件，然后根据焊接工艺评定文件的相关参数和工艺指导书进行实体焊接。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1异种钢焊接工艺评定流程

焊接工艺评定试件应该从工程中使用的相同钢材中取样，并在产品焊接之前完成。

焊接工艺评定按下列程序进行：

序号

评定流程

1

由技术员提出工艺评定任务书（焊接方法、试验项目和标准）；

2

焊接责任工程师审核任务书并拟定焊接工艺评定指导书（焊接工艺参数）；

3

焊接责任工程师将任务书、指导书安排焊试室责任人组织实施；

4

焊接责任工程师依据焊接工艺评定指导书，监督由本企业熟练焊工施焊试件及试件和试样的检验、测试等工作；

5

焊试室责任人负责评定试样的送检工作，并汇总评定检验结果，提出焊接工艺评定报告；

6

评定报告经监理单位和焊接责任工程师审核，企业技术总负责人批准后，正式作为编制指导生产及现场施工的焊接工艺的可靠依据。

7

焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常工作状态且为项目正式施工使用的设备，试样的选择必须覆盖本工程的全部规格并具有代表性。

5.2异种钢焊接工艺评定的原则

序号

原则

1

不同焊接方法的评定结果不得互相代替。

2

不同类别钢材的焊接工艺评定结果不得互相代替。

3

Ⅰ、Ⅱ类同类别钢材中当强度和冲击韧性级别发生变化时，高级别钢材的焊接工艺评定结果可代替低级别钢材;Ⅲ、Ⅳ类同类别钢材中的焊接工艺评定结果不得相互代替;不同类别的钢材组合焊接时应重新评定，不得用单类钢材的评定结果代替。

4

接头形式变化时应重新评定，但十字形接头评定结果可代替T形接头评定结果，全焊透或部分焊透的T形或十字形接头对接与角接组合焊缝评定结果可代替角焊缝评定结果。

5

评定试件的焊后热处理条件应与钢结构制造、安装焊接中实际采用的焊后热处理条件基本相同。

6

焊接工艺评定结果不合格时，应分析原因，制订新的评定方案，按原步骤重新评定，直到合格为止。

7

施工企业己具有同等条件焊接工艺评定资料时，可不必重新进行相应项目的焊接工艺评定试验。

5.3异种钢焊接流程

（流程图框架）

5.4可焊性评定

影响金属材料可焊性的主要因素是化学成分。

各种化学元素加入金属材料后，对焊缝组织与性能、夹杂物分布、焊接热影响区的淬硬程度等影响不同，产生裂缝的倾向也不同。

在加入金属材料的各种元素中，碳的影响最明显，其它元素的影响可以折合成碳的影响，因此人们用碳当量方法来估算被焊金属材料的可焊性。

磷和硫是金属材料的有害元素，对可焊性影响很大，因此，应严格控制。

GS-20Mn5铸钢的化学性能如表1

表1GS-20Mn5铸钢的化学性能

质量比例（%）

焊接碳当量Ceq

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

0.17~0.23

≤0.6

1.00~

1.50

≤0.02

≤0.015

≤0.3

≤0.15

≤0.4

≤0.42

根据国际焊接学会推荐的碳当量Ceq计算公式：

Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

碳当量为0.42%，钢材塑性下降，强度增加，淬硬倾向明显，可焊性较差，对焊接工艺要求高。

5.5裂缝产生的原因

（1）通常情况下，在焊接生产中，由于焊件或焊材不洁而使焊缝出现气孔的现象十分普遍。

焊件铁锈中含有较多的Fe2O3和结晶水，对熔池有氧化作用，同时又析出大量的氢气。

由于增加氧化作用，在结晶时就会促成生成CO气孔。

铁锈中的结晶水，在高温时分解出氢气，从而增加了生成氢气孔的可能性。

氢是引起高强钢焊接时产生氢致延迟裂纹的重要因素，由于氢进入金属后将对金属的力学性能造成损伤，溶解于金属晶格中的氢使塑性、韧性明显下降，甚至产生裂纹，导致脆性破坏。

所以为了防止焊接冷裂缝的出现，应采用焊前预热、焊后缓冷等措施，以便氢的扩散逸出，降低焊接接头含氢量。

（2）焊接时，当其他工艺因素不变时，随着电流的增大，熔深和焊缝余高显著增加，而焊缝宽度变化不大，使得熔池中的气体上浮困难，增加气孔产生的几率。

因此要采用小电流，多层焊，防止含碳量高的母材过多熔入焊缝。

5.6焊材的选择，坡口尺寸

焊接方法采用手弧焊（SMAW）和CO2气体保护焊（GMAW）两种焊接方法。

SMAW采用直径A3.2、A4.0mm型号E5015焊条，直流反接。

GMAW宜选用直径A1.0~1.2mm型号ER50-6焊丝，焊接电流I=120~140A，电压18~21V。

由于施工时，焊接场地和诸多因素的限制，铸钢与钢梁的焊接多采用手工电弧焊。

铸钢件与型钢梁的对接焊缝，由于板厚有32mm，焊接坡口选用K型坡口。

K型坡口

5.7焊接工艺

（1）定位焊

定位焊应距设计焊缝端部30mm以上，焊缝长度50mm~100mm，间距应为400mm~600mm。

（2）焊前准备

焊前应严格清理构件表面的油污、水分、铁锈。

焊条进行300~350℃烘干1.5~2h，放到焊条保温桶中，随取随用。

但已过夜的碱性焊条，次日应重新烘干后才能使用，更不得使焊条露天过夜，免得受潮。

（3）焊接预热、层间温度和焊后保温

焊前预热温度的确定与钢材材质、接头形式、钢板厚度以及拘束度都有关系。

坡口及其两侧各100mm范围内，用红外加热和氧、乙炔烘枪进行加热，加热温度要均匀。

温度用专用的数字式热电偶测温计测量，如用氧、乙炔应在火焰加热停止后进行，测温点距离焊接点个方向不小于75mm。

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℃。

为了对焊缝脱氢处理，以防止冷裂纹。

焊后必须立即进行后热保温处理。

具体操作：

预热温度大于或等于150℃；

层间温度小于或等于250℃；

后热温度250~300℃保温1h后缓冷。

（4）焊接控制要点

铸钢节点焊接要点：

控制热输入，减少焊接应力。

采用多层多道焊工艺，厚板焊接时采用火焰进行预热。

每一层焊道焊完后及时清理焊渣及表面飞溅物，并仔细检查和清除缺陷后再进行下一层的焊接。

厚板焊接施工为减少多次加热产生的应力集中，工艺上要求焊接施工必须连续施焊，单层厚度为2mm焊道的摆动宽度不大于5mm，严禁摆宽焊道。

超过25mm的厚板每道次的焊缝还应相互错开10～15mm。

如若不得不中断焊接，则要采取后热、保温措施，再次施焊前按工艺重新预热，焊后采取消除应力工艺。

填充焊时，在接近面层注意均匀流出1.5~2mm深度，且不得伤害坡边。

盖面焊接直接关系到接头的外观质量要求，应选用较小的电流，接头换条与重新燃弧动作要快捷。

（5）焊后处理

焊后处理进行消氢处理，也称为后热处理，以防止冷裂缝。

将焊件加热到300~400℃，保温时间不得少于4小时。

焊缝完成后，应清理表面的熔渣和两侧飞溅物，并认真采用量规等器具对外观几何尺寸进行检查，不得有裂纹、气孔、夹渣、焊瘤、低凹、未熔合等缺陷，如有应及时打磨补焊。

（6）焊缝质量检查

焊缝外观质量不低于二级。

外观检测合格后进行无损探伤，全部焊缝按一级100%进行UT检查。

八个铸钢节点焊缝由湖南科创高新工程检测有限公司100%进行超声波探伤全部合格。

并由湖南中大建设工程检测技术有限公司复检合格。

6.材料与设备

6.1材料

材料主要有钢板、扣件、木方、枕木、架板、安全网、氧气、乙炔、石棉布、石棉被、ER50-6￠1.2焊丝、焊条、CO2气体等。

6.2设备

铸钢件及梁安装校正、焊接设备表

序号

设备名称

规格

数量

备注

1

手拉葫芦

10t、5t

各2台

调整铸钢件平衡

2

千斤顶

20t、50t、10t

各1台

校正用

3

经纬仪

2〃

2台

测量校正

4

水准仪

±1.5m/Km

1台

测量校正

5

行走式起重机或塔吊

/

2台

根据构件重量及现场实际情况综合考虑选用

6

经外线测温仪

1000℃

2台

测温用

7

磁力线坠

/

2个

测垂直度

8

磁粉检测仪

/

1台

测表面缺限

9

超声波探伤仪

/

2台

焊缝检测用

10

焊规尺

/

2把

焊缝几何尺寸检查

11

CO2电焊机

KR-Ⅱ500

10台

焊接用

12

手工焊机

BXZ-500

4台

焊接用

13

对讲机

/

6台

即时通信

14

空压机

1.5L

2台

焊缝返修

7.质量控制措施

7.1焊接质量控制内容

控制阶段

质量控制内容

焊接前质量控制

母材和焊接材料的确认与必要复验

焊接部位的质量和合适的夹具

焊接设备和仪器的正常运行情况

焊接规范的调整和必要的试验评定

焊工操作技术水平的考核

焊接中质量控制

焊接工艺参数是否稳定

焊条、焊剂是否正常烘干

焊接材料选择是否正确

焊接设备运行是否正常

焊接热处理是否及时

焊接后质量控制

焊接外形尺寸、缺陷的目测

焊接接头的质量检验

破坏性试验

理化试验

金相试验

其它

非破坏性试验

无损检测

强度及致密性试验

焊接区域的清除工作

7.2人员保证

本工程从事焊接作业的人员，从工序负责人到作业班长仍至具体操作的施焊技工、配合工以及负责对焊接接头进行无损检测的专业人员，均为有相应资质人员，并且我们在工程开始前针对本钢结构项目实际情况组织相关技术人员开展针对性学习了解，保证相关人员明白工程的质量要求及施工时需注意事项。

同时在业主、监理、设计监督下，对已有焊工证的焊工组织附加考试，考试合格后方准参加长丰集团总部大楼（行政中心）工程钢结构分部工程的焊接施工。

施工时，既便是辅助工，也须通晓焊接作业平台的具体搭设及作业顺序和作业所需时间，清楚焊接辅助工作的内容和要求，首先从人员组织上杜绝质量事故发生。

7.3焊接材料选择与管理

序号

要点

1

选用的焊材强度和母材强度应相符，焊机种类、极性与焊材的焊接要求相匹配。

焊接部位的组装和表面清理的质量，如不符合要求，应修磨补焊合格后方能施焊。

各种焊接方法焊接坡口组装允许偏差值应符合《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002中的规定。

2

焊接材料到货后由焊接质检员会同材料管理员对焊材观感质量、质保书批号、焊材牌号、气体纯度进行核对检查，合格后方可入库。

3

材料管理人员及时建立进货台帐，并按要求对焊接材料进行保管，建立标识，保证焊材库的温度湿度处于受控范围，并坚持做好每日记录。

4

焊材发放前须按焊材技术要求进行烘焙，烘焙时间、温度不同的焊材必须分箱烘焙。

5

焊材发放时须明确焊材使用部位，焊条牌号，建立发放记录。

6

焊材当日未使用完必须退回焊材库保管。

7

经烘焙过的焊条必须放置在保温筒内，随用随取。

8

经烘焙两次以上的焊条或其它因素造成不能继续使用的焊材必须申请报废处理，并及时分区存放，并标识明确。

9

严格焊接材料的管理制度，焊前对材料质量复核或检验确认，不符合要求的拒绝焊接。

保证无不合格材料在工程上使用。

7.4焊接环境要求

现场焊接对焊接环境要求严格，具体需满足下列各项：

序号

环境要求

1

对于焊接区域风力达到四级，焊接时必须采取防风措施，并报业主监理批准后方可开始焊接；

2

焊接作业区相对湿度不应大于90%；

3

当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿除潮措施；

4

雨天不得露天焊接，必须有防护措施。

7.5焊后缺陷返修措施

序号

返修措施

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。

2

经NDT检查的内部超标缺陷进行返修时应先编写返修方案，然后确定位置，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。

3

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。

4

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500mm时，应采用分段退焊法。

5

返修部位应连续焊成，如中断焊接时应采取后热、保温措施，再次施焊时应用MT、PT确认无裂纹时方可焊接。

6

补焊预热温度应比正常预热高。

根据工程节点决定焊接工艺，如：

低氢焊接，后热处理等。

7

焊缝正反面各作一个部位，同一部位返修不能超过两次。

8

对两次返修仍不合格的部位应重新编写返修方案，经工程技术负责人审核并报监理认可后方可执行。

9

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。

7.6现场焊接的质量检验

焊接完成后，首先清理表面的溶渣及两侧飞溅物，待焊缝冷却到环境温度后进行焊缝检验，Q345钢材应以焊接完成24h后检查结果作为验收依据。

检验方法按照<<钢结构工程施工质量验收规范>>进行。

7.7外观检查

a、所有焊缝需由焊接工长100％进行目视外观检查，并记录成表；

b、焊缝表面严禁有裂纹、夹渣、焊瘤、焊穿、弧坑、气孔等缺陷；

c、对焊道尺寸，焊脚尺寸，焊喉进行检查；

d、焊缝外形尺寸应符合现行国家标准《钢结构焊缝外形尺寸》的规定，焊接接头外形缺陷分级应符合现行国家标准《焊接质量保证，钢熔化焊接头的要求和缺陷分级》的规定。

具体见下表：

焊缝质量等级

一级

二级

三级

内部缺陷超声波探伤

评定等级

Ⅱ

Ⅲ

Ⅲ

检验等级

B级

B级

B级

探伤比例

100％

20％

20％

外

观

缺

陷

未焊满（指不足设计要求）

不允许

≤0.2+0.02t且小于等于1.0mm

≤0.2+0.04t且小于等于2.0mm

每100mm焊缝内缺陷总长≤25mm

根部收缩

不允许

≤0.2+0.02t且小于等于1.0mm

≤0.2+0.04t且小于等于2.0mm

长度不限

咬边

不允许

≤0.05t且≤0.5mm连续长度≤100mm且焊缝两侧咬边总长度小于等于总长度的10％

≤0.1t且≤1.0mm

长度不限

裂纹

不允许

弧坑裂纹

不允许

允许存在个别长>5mm的弧坑裂纹

电弧擦伤

不允许

允许存在个别电弧擦伤

飞溅

清除干净

接头不良

不允许

缺口深度≤0.05t且≤0.5mm

缺口深度≤0.1t且≤1.0mm

每米焊缝不得超过一处

焊瘤

不允许

表面夹渣

不允许

深≤0.2t，长≤0.5t且≤20mm

表面气孔

不允许

每50mm长度焊缝内允许直径≤0.4t且≤3mm的气孔2个，孔具大于6倍的孔径

角焊缝厚度不足

不允许

小于0.3+0.05t且≤2.0每100.0焊缝长度内缺陷总长度≤27.0

角焊缝焊角不对称

不允许

差值小于2+0.2h

9.环保措施

9.1施工前对工程机械器具、材料和个人防护用品认真检查，并做好环保要求交底。

9.2做好固体废弃物回收处理措施。

9.3尽可能采取低噪音工艺，夜间作业采取措施防止噪声及电弧光污染。

9.4做好焊接防护棚内的有毒气体排放措施。

9.5焊接时下面须有接火装置，防止焊渣飞溅，并做到工完场清，及时清理焊渣、药皮及焊条等。

10.效益分析

采用本法焊接异种钢管桁架，它能较好的保证构件的安全性，提高焊接合格率，减少焊接材料的使用量和人工安排，省时省工，在降低了焊接费用的同时也加快了工程进度，提高了工效，取得了明显的经济效益。

本法减少了焊接过程中的毒气排放和废弃物的丢弃，在施工过程中更加安全，也取得了明显的社会效益。

11.应用实例

长丰集团总部大楼工程于200X年10月开工至2011年x月竣工，本工程管桁架由于节点复杂，选用采用铸钢节点，钢材材质选用德国牌号的GS20Mn5，钢管和钢梁采用Q345B钢。

异种钢管桁架采用本工法焊接施工，施工效果显著，焊缝通过探伤检测均达到合格标准。

以下为各阶段的照片：