8章5节焊接施工方案P13.docx
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8章5节焊接施工方案P13
第五节焊接施工方案
1焊接概况
本工程钢材材质主要为Q345B、Q390GJC，现场焊接作业内容包括：
箱型钢柱对接焊、桁架圆管构件对接焊等，焊接形式多样。
本工程焊接作业的特点是，高空焊接多，焊接形式复杂，焊接难度比较高。
针对此特点，拟采用CO2气体保护焊为主要焊接设备、手工电弧焊为辅的方法进行本工程焊接。
CO2气体保护焊焊接工艺具有渣气联合保护的特点，可达到更好的焊接效果，能确保本工程的焊接质量。
为确保达到工程质量、安全和进度要求，在焊接施工前必须制订出符合本工程焊接施工的可行性方案，施工中严格按照《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2012）、《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）的规定和设计要求及焊接工艺评定各项焊接参数进行施工。
1.1焊接接头形式
主要焊接接头形式
焊缝部位
材质
焊接形式
板厚（mm）
焊接位置图示
钢柱对接焊
Q390GJC
横焊
50、60
桁架圆管结构对接焊
Q345B
全方位焊
6、8、10、12、14、16、18、20、25、28、30
1.2焊接质量依据与要求
1.2.1焊接质量依据
（1）钢结构焊接工程按国家现行标准《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）的要求执行。
（2）本工程在正式焊接施工前，应根据现行国家标准《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-91和《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-90的规定进行焊接工艺评定试验，并根据评定报告确定具体的焊接施工工艺。
（3）尽量采用工厂焊接，并优先采用自动焊接和半自动焊接。
焊接设备应具有参数稳定、调节灵活、满足焊接工艺要求和安全可靠的性能；如果不能工厂焊接则尽量在拼装现场进行焊接以减少高空作业量。
（4）焊工应按照现行国家标准《焊工技术考试规程》的规定，经过考试并取得合格证后，方可持证上岗从事焊接工作，合格证应注明施焊条件和有效期限。
焊工停焊时间超过6个月，应重新参加考核。
焊工资质等级应与焊缝质量等级相对应，不允许低资质焊工施焊高等级的焊接。
（5）焊接顺序的选择应当考虑焊接变形的因素，尽量采用对称焊。
对收缩量大的部位先焊，使焊接变形及收缩量减少。
（6）现场焊工应具有全位置焊接资质，方能进行焊接作业。
（7）所有焊缝应由施工、监理、质检部门根据设计确定的焊缝等级，按照国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2008）进行检查和验收，对不满足要求存在问题的焊缝必须彻底清除重焊。
1.2.2焊接质量要求
焊接质量要求
1
钢结构焊接工程按国家现行标准《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）的要求执行。
2
所有节点的对接焊缝均为一级焊缝，支座处的所有连接焊缝均为一级焊缝。
3
本设计中坡口焊缝除图上注明外，均为全熔透焊缝，焊缝质量等级为二级。
坡口参数如图上未注明，均根据焊接方法，按《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）取值。
4
钢管等空心构件要用连续焊缝密闭，使内外空气隔绝，并确保组装、安装过程及日后正常使用构件内不会积水；易积水的管件应事先钻Φ≤4㎜排水孔，安装后封闭排水孔。
5
采用坡口施焊的焊缝，其坡口型式应根据钢板的厚度和施工条件按国家现行标准要求选用。
6
所用焊缝应由施工、监理、质检部门根据设计确定焊缝质量等级，按照国家现行标准进行检查和验收，对不满足要求处必须返工处理。
7
焊接时要充分考虑现场环境条件，（如湿度、温度风力、环境质量、电压电流等）必要时要采取针对性措施。
8
焊缝顺序的选择应考虑焊接变形的因素，尽量采用对称焊，对收缩量大的部位先焊，使焊缝变形及收缩量减少。
9
除施工图上说明外，等强对接焊缝质量等级为一级，要求全熔透焊缝质量等级为二级，角焊缝质量等级为三级，一、二级焊缝要对工厂及现场焊缝进行内部缺陷超声波探伤和外观缺陷检查。
焊缝质量等级为一级时超声波探伤比例为100%，二级时为20%。
超声波探伤结果应符合《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》（GB11345-89）的规定；焊缝外观应检查未焊满、根部收缩、咬边、裂纹、弧坑裂纹、电弧擦伤、飞濺、接头不良、焊瘤、表面夹渣、表面气孔、角焊缝厚度不足、角焊缝焊脚不对称等缺陷。
检验结果应符合《钢结构焊接规范》GB50661-2011规定。
Q345B钢焊缝，在同一处返修次数不得超过2次。
10
从事钢结构各种焊接工作的焊工，应按《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）的规定经考试合格后，方可进行操作。
11
在钢结构中首次采用的钢种、焊接材料、接头形式、坡口形式及工艺方法，应进行焊接工艺评定，根据评定结果编制焊接作业指导书，指导现场施焊。
12
构件安装时应制定合理的焊接顺序，采取有效技术措施，减少焊接变形及焊接应力。
2焊接重难点分析
序号
焊接施工重难点
施工对策
1
钢柱、桁架结构均存在大量厚板焊接，最大板厚达60mm，控制焊接变形、消除残余应力、防止层状撕裂和焊接裂纹是本工程焊接作业重难点。
通过制定合理的焊接顺序，防焊接变形、焊接裂纹和层状撕裂控制措施，残余应力消减措施，利用增设约束板，补偿加热法、振动时效法等措施减小焊接变形及焊接应力。
2
单个构件焊接量大，施焊过程中容易产生焊接应力，容易造成焊接变形等一系列焊接质量问题。
采用多层多道焊和分段退焊的焊接方法进行施焊，严格控制单道焊缝的厚度和宽度，减少焊接热输入，以减小降低焊缝的机械性能因素，且每一层焊缝接头必须错开不小于50mm，避免焊接缺陷的集中。
采用实时位形监测技术，根据实测结果对构件进行偏差补偿，确保焊接质量。
3
本工程Q390的厚板高级别钢材，焊接技术要求高、难度大。
充分发挥我司以往高级别钢材的施工技术及成熟工法，根据结构特点、分布情况和现场施工环境严格进行焊接工艺评定，通过焊接工艺评定确定合理的焊接工艺参数，解决焊接施工难的问题。
4
本工程焊接作业环境复杂，焊接防风、防潮等施工环境要求较高。
因地制宜编制焊接作业指导书，并在焊接过程中利用对焊前、焊接层温和焊后温度进行控制，并搭设安全可靠的防风、防潮等焊接防护棚，确保低温下的焊接质量。
5
本工程结构不规则，焊接作业空间受现场影响较大，操作平台难搭设。
根据本工程结构特点结合焊接位置，设计出一套现场操作性强、安全性高、构造简单、结构稳固、可实现材料重复利用的施工操作平台，此种施工操作平台不仅可以提高现场搭设效率，为施工赢得充裕时间，还可实现标准化，达到降本增效的目的。
3焊接流程
焊接施工流程
4施工准备工作
4.1焊接设备的选择
（1）采用CO2气体保护半自动焊时应需用的焊接设备有：
序号
设备名称
设备图示
主要用途
1
二氧化碳多功能焊机
箱型钢柱对接焊接、桁架钢管的对接焊接及焊缝返修。
2
直流焊机
构件安装、校正时临时措施焊接；其他辅助焊接。
3
二氧化碳焊枪
二氧化碳焊枪与二氧化碳气体保护焊机配套使用，可拆卸，施工方便。
4
二氧化碳流量计、氧气减压器及乙炔减压器
二氧化碳流量计直观的反应CO2流量，便于控制焊缝处保护气体强度。
减压器保持输出气体的压力和流量稳定不变的调节装置。
5
碳弧气刨枪
碳弧气刨枪用于焊缝修补，使用专用的空心碳棒，正极反接使用。
6
空压机
配合碳弧气刨枪使用，为碳弧气刨枪提供高压空气。
7
焊条烘箱
可控温焊条烘箱能够根据需要提供多种烘培温度，保证焊接质量。
8
焊条
保温筒
便携式焊条保温筒用于现场施焊时焊条保温，能够持续保温四小时。
9
角向
磨光机
用于检验合格的焊缝打磨、抛光及临时连接耳板割除后的打磨、抛光。
（2）常用的焊接检测设备有：
序号
设备名称
设备图示
主要用途
1
测温仪
厚板焊接时检测预热温度、层间温度、后热温度、保温温度等。
2
焊缝量规
焊接完成后进行焊高、焊脚、弧坑等自检工具。
3
焊缝检测成套设备
工序验收时进行抽检项目检查的成套工具。
4
便携式超声波探伤仪
1、焊接完毕，自检合格后24小时进行内部缺陷无损探伤专业仪器。
2、由有相应资质证书的专业人员进行操作。
4.2焊接工具房的布置
考虑到现场现场焊接设备及焊接材料的存放，在Ⅱ、Ⅲ区分别布置两个可移动式集装箱作为焊接工具库房。
焊接工具房示意图
4.3操作人员准备
为保证焊接工程的顺利开展，配合总体工期计划，焊接工程应配备充足的不同工种的操作人员。
本工程的焊接人员准备计划如下表所示：
序号
人员职位
资质要求
1
焊接专业负责人
1、持有相关部门核发的焊接高级技师证；2、十年以上现场焊接施工管理经验；3、三个以上大型工程类似岗位施工组织管理经验；4、三个以上大型工程厚板、超厚钢板焊接指导经验。
2
焊接专业班长
1、有多个大型工程本职位施工经验；2、十年以上现场焊接施工经验；3、多个工程厚板、超厚钢板焊接经验；4、持有劳动部门颁发的焊接操作上岗证以及安全部门颁发的安全操作证；5、持有高级技工证书。
3
持证主力焊工
1、有大型工程现场焊接操作经验；2、有类似工程厚板、超厚钢板焊接经验；3、持有劳动部门颁发的焊接操作上岗证以及安全部门颁发的安全操作证。
4
焊材专业负责人
1、有三个以上大型工程类似岗位材料采购、管理经验；2、熟悉各种焊材的性能要求、分类管理要求。
5
熟练辅助工
1、一个以上大型工程焊接辅助配合经验；2、熟悉焊材分类要求，焊接特点，焊接顺序等基本知识；3、能够熟练搭设焊接操作平台。
5焊前准备工作
5.1焊接条件
序号
焊接条件
1
下雨时露天不允许进行焊接施工，如须施工必须进行防雨处理，在焊接作业区域设置防雨、防风措施。
2
在外界温度小于0℃时，需对焊口两侧75mm范围内预热至30~50℃。
3
若焊缝区空气湿度大于85％，应采取加热除湿处理。
4
焊缝表面干净，应无浮锈、无油漆、无水分。
5
采用手工电弧焊作业（风力大于5m/s）和CO2气体保护焊（风力大于2m/s）作业时，未设置防风棚或没有防风措施的部位严禁施焊作业。
5.2焊前清理
正式施焊前应清除焊渣、飞溅等污物。
定位焊点与收弧处必须用角向磨光机修磨成缓坡状且确认无未熔合、收缩孔等缺陷。
坡口打磨清理
坡口检查
5.3电流调试
手工电弧焊：
不得在木材和组对的坡口内进行，应在试弧板上分别做短弧、长弧、正常弧长试焊，并核对极性。
CO2气体保护焊：
应在试弧板上分别做焊接电流、电压、收弧电流、收弧电压对比调试。
5.4气体检验
核定气体流量、送气时间、滞后时间、确认气路无阻滞、无泄露。
5.5焊接材料
本工程钢结构现场焊接施工所需的焊接材料和辅材，均有质量合格证书，施工现场设置专门的焊材存储场所，分类保管。
用于本工程的焊条使用前均须要进行烘干处理。
5.6单根构件焊接顺序原则
1、同一截面的焊缝尽量同时焊接。
同一截面的焊缝尽量同步同时焊接，不同步焊接会造成构件截面内热量不均而产生变形。
2、同时焊接的焊缝的位置与焊接方向尽量保证对称原则。
对称焊接可以使构件在焊接过程中的升温与降温都是对称均匀的，构件的收缩也是对称均匀的，从而很好的控制构件的整体变形。
3、分步骤焊接时，先焊长度较长、填充量较大的焊缝，后焊长度较短、填充量较小的焊缝。
5.7单根构件焊接施工
板焊接熔敷金属量大，焊接收缩变形产生的焊接应力对结构质量将造成不利因素，因此控制焊接应力、防止钢板在焊接时的冷裂纹及层状撕裂，将是主要的技术重点，在焊接施工前必须制定出合理的焊接顺序及方法，并严格按照制定的焊接顺序和方法进行现场焊接作业。
构件类型
构件焊接顺序示意图
备注
箱型构件
1、钢柱3米长一侧先安排2名焊工分别匀速、同步、对称进行箱型构件两对边的焊接；
2、然后其中2名焊工分别对称进行箱型构件另外两对1.8米边的焊接，焊接完成后割除全部连接耳板。
圆管构件
安排1名焊工延同一方向匀速进行圆管构件焊接，焊接完成后割除全部连接耳板。
现场巨柱对称焊接三维示意图
5.8地面拼装焊接施工
桁架主杆件在拼装场地对接，2名焊工分别在①、②出进行焊接。
桁架腹杆拼装就位，延箭头方向对桁架腹杆依次进行焊接。
5.9典型构件焊接
5.9.1双向桁架焊接
焊接区域
散件安装区域焊接顺序
焊接顺序图示
说明
钢柱间的散件焊接顺序与安装顺序一致，如上图右侧两节间散件安装顺序表示，第一步先焊接下面的水平弦杆，第二步焊接中间竖向腹杆，第三步焊接上面弦杆，第四步焊接中间斜腹杆，往上重复二、三、四步骤。
焊接区域
分片安装区域焊接顺序
焊接顺序图示
说明
根据结构安装顺序，分片安装区域每片桁架的焊接顺序如上图所示，先焊接分片桁架间的接口，在焊接分片间的杆件，及时调整安装及焊接收缩所造成的偏差。
5.9.2管式桁架焊接
步骤一：
第一段桁架安装就位后，西端临时固定，安排2名焊工分别对①②两处进行焊接施工。
步骤二：
第二段桁架安装就位，西端临时固定，安排2名焊工分别对①②两处进行焊接施工。
步骤三：
第三段桁架安装就位，安排2名焊工分别对①②两处进行焊接施工，焊接完成后，其中1名焊工进行③处桁架与支座的焊接工作。
步骤四：
不装散件，安排3名焊工分别对三处①号焊口进行施焊，焊接完毕后，3名焊工继续对三处②号焊口进行施焊。
6焊接工艺
6.1焊工考核
本工程焊接工作量主要集中在巨型钢柱及管式桁架，截面包括“日”字型、圆管两种截面形式，大量使用了6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、25mm、28mm、30mm、50mm、60mm等厚度的钢板，存在大量高空焊接，焊接施工条件差，而且焊接位置多样，有横焊、平焊、立焊、仰焊等。
仰焊接难度较大，所以对焊工的技术水平要求高。
因此将在进场后进行现场作业条件下的焊工考核，以挑选出水平过硬、符合本工程施工要求的焊工进行焊接操作。
6.1.1焊工选拔程序
内容
焊工考试与选拔
初选
根据每名焊工的个人资料筛选出焊接经验丰富、有类似工程施工经验的焊工。
培训
1、针对本工程结构特点对焊接要点、焊接注意事项进行培训；
2、对厚板焊接工艺、焊接要点要求进行培训；
3、特别对焊接球与杆件对接焊接要点进行培训。
考试
1、按照《建筑钢结构焊接技术规程》的焊工考试规定，对通过初选的焊工进行理论知识考试和操作技能考试；
2、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，焊接完成24小时以后进行超声波检测并出具报告；
3、考试时邀请业主代表、监理参加，共同对焊缝外观、探伤报告进行检查；
4、只有全部考核项目合格的焊工才允许进入复试。
复试
项目正式施工前需对考试合格的焊工进行复试，复试合格后方可进入本工程项目进行焊接施工。
6.1.2焊接理论知识考试
焊工理论知识考试应以焊工必须掌握的基础知识及安全知识为主要内容，并应按考核的焊接方法、类别对应出题，内容范围应符合以下规定：
（1）焊接安全知识（《焊接与切割安全》）
（2）焊接符号识别能力（《焊缝符号表示法》、《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》）。
（3）焊缝外形尺寸要求（《钢结构外形尺寸》）。
（4）焊接方法表示代号（《金属焊接及钎焊方法在图样上的表式代号》）。
（5）本工程焊接方法的特点：
焊接工艺参数、操作方法、焊接顺序及其对焊接质量的影响。
（6）焊接质量保证、缺陷分级（《焊接质量保证钢熔化焊接头的要求和缺陷分级》）。
（7）建筑钢结构的焊接质量要求。
应符合有关钢结构施工验收规程、规范的要求。
（8）与本工程相适应的焊接材料型号、牌号及使用、保管要求。
（9）焊接常用钢材及本工程钢材型号、牌号标志和主要合金成分、力学性能及焊接性能。
（10）焊接设备、装备名称、类别、使用及维护要求。
（11）焊接缺陷分类及定义、形成原因及防止措施的一般知识（《金属熔化焊焊缝缺陷分类》）。
（12）焊接热输入与焊接规范参数的换算及热输入对性能影响的一般关系。
（13）焊接应力、变形产生原因、防止措施及热处理的一般知识。
6.1.3焊工操作技能考试
操作技能考试以检验焊工的操作技能为原则，以检验焊工遵循工艺指令能力及完成致密焊缝能力为主。
多极焊合格可代替单极焊考试，反之不可。
其分类及适应认可范围应符合下表规定：
考试分类
焊接方法分类
代号
类别号
认可范围
焊工手工操作技能基本考试
焊工手工操作技能附加考试
焊工手工操作技能定位焊考试
药皮焊条手工电弧焊
实芯焊丝气体保护焊
药芯焊丝气体保护焊
药芯焊丝自保护焊
非熔化极气体保护焊
SMAW
GMAW
FCAW-G
FCAW-SS
GTAW
1
2-1
2-2
3
4
1
2-1、2-2
2-1
3
4
机械操作技能考试
实芯焊丝气体保护焊
药芯焊丝气体保护焊
药芯焊丝自保护焊
一般栓钉焊
穿透栓钉焊
GMAW-A
FCAW-A
FCAW-SA
SW
SW-P
8-1
8-2
8-3
9-1
9-2
8-1、8-2、
8-3、8-2、
8-3、8-3、
9-1、9-2、
9-2
焊工考核试板规格如下图所示，根据规范规定的试件板厚覆盖范围确定本工程所需试板规格见下页表。
焊工考试试板规格（壁厚大于10mm按试板规格取样）
序号
材质
试件厚度
t（mm）
试件长度
L（mm）
试件宽度
B（mm）
垫板尺寸
B1×t1
坡口尺寸（mm）
角度
（a）
钝边（mm）
间隙（mm）
1
Q390GJC
50
200
110
50×8
47.5
1
5
2
60
200
110
50×8
47.5
1
5
焊工考试试管规格（壁厚大于10mm按试板规格取样）
序号
材质
管径D（mm）
壁厚t（mm）
试件长度L（mm）
V形坡门角度a
间隙b（mm
钝边p（mm）
垫板
1
Q345B
700
30
240
70
3
2
无
2
Q345B
406
20
240
70
3
2
无
3
Q345B
273
12
240
70
3
2
无
4
Q345B
168
6
240
70
3
2
无
6.2焊接工艺评定
本工程采用的钢材有Q390GJC、Q345B两种而且板厚规格多，焊接过程中对焊接参数、流程的选定，焊前预热、焊后保温的把握，对焊接变形和层间温度的控制都需要通过焊接工艺试验进行测试，找出合适的焊接参数。
6.2.1焊接工艺评定顺序
序号
焊接工艺评定程序
1
由技术员根据本工程的设计文件、图纸规定的施工工艺和验收标准，结合工程的结构特点、节点形式等提出工艺评定任务书（焊接方法、试验项目和标准）。
2
焊接工程师审核任务书并拟定焊接工艺评定指导书（焊接工艺规范参数）。
3
焊接工程师将任务书、指导书下发工艺评定责任人，安排组织实施焊接工艺评定。
4
焊接责任工程师依据相关国家标准规定，监督由本企业熟练焊工施焊试件及试件和试样的检验、测量等工作
5
焊接工艺评定责任人负责试样送检，并汇总评定检验结果，提出焊接评定工艺报告。
6
评定报告经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的焊接工艺可靠依据。
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全部规格并具有代表性，试件应由本企业持有合格证书技术熟练的焊工施焊。
6.2.2焊接工艺评定参考参数表
6.2.2.1手工电弧焊参考参数表
分层
电弧电压
焊接电流
焊条
极性
层厚
（mm）
层间温度（℃）
焊条型号
平焊
其它
平焊
其它
首层
24～26
23～25
105～115
105～160
阳
3～4
-----
E4315
E4316
E5015
E5016
中间层
29～33
29～30
150～180
150～160
阳
3～4
85～150
面层
25～27
25～27
130～150
130～150
阳
3～4
85～150
6.2.2.2CO2气体保护焊（平焊）参数参考表
分层
电弧电压（V）
焊接电流
（A）
焊丝伸出长度
层厚
（mm）
气体流量
（L/min）
层间温度（℃）
焊丝型号
≤40
大于40
首层
22～24
180～200
20～25
30～35
6～7
3～4
-----
ER-1
Φ1.2mm
中间层
25～27
230～250
20
25～30
5～6
3～4
85～150
面层
22～24
200～230
20
20
5～6
3～4
85～150
6.2.2.3CO2气体保护焊（横、立焊）参数参考表
分层
电弧电压（V）
焊接电流
（A）
焊丝伸出长度
层厚
（mm）
气体流量
（L/min）
层间温度（℃）
焊丝型号
≤40
大于40
首层
22～24
180～200
20～25
30～35
6～7
3～4
-----
ER-1
Φ1.2mm
中间层
25～27
230～250
20
25～30
5～6
3～4
85～150
面层
22～24
200～230
20
20
5～6
3～4
85～150
7焊接施工过程
7.1定位焊接
钢结构安装就位校正完成后，正式焊接施工前，应对焊接接头进行定位焊接，焊接时应注意以下事项：
序号
定位焊注意事项
1
定位焊焊缝所采用焊接材料及焊接工艺要求应与正式焊缝的要求相同。
2
定位焊焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。
3
定位焊尺寸参见定位焊尺寸参考表。
4
定位焊的焊脚尺寸不应大于焊缝设计尺寸的2/3，且不大于8mm，但不应小于4mm。
5
定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，必须清除后重新焊接。
定位焊尺寸参考表:
序号
母材厚度（mm）
定位焊焊缝长度（mm）
焊缝间距（mm）
手工焊
自动、半自动
1
t≤20
40～50
50～60
300～400
2
20＜t≤40
50～60
50～60
300～400
3
t>40
50～60
60~70
300~400
7.2焊接施工
7.2.1焊接施工过程
序号
焊接施工
1
厚板焊接：
CO2气体保护焊时，CO2气体流量宜控制在40～55（L/min），焊丝外伸长20～25mm，焊接速度控制在5～7mm/s，熔池保持水准状态，运焊手法采用划斜圆方法，在焊缝起点前方50mm处的引弧板上引燃电弧，然后运弧进行焊接施工。
全部焊段尽可能保持连续施焊，避免多次熄
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