浅谈钢结构焊接的施工工艺
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摘要:焊接作为构建钢结构的一种主要连接方法,焊接水平的提高是确保建筑钢结构施工质量的关键所在。本文就钢结构焊接的施工工艺问题进行初步探讨。
关键词:钢结构;焊接;施工;工艺
中图分类号:TF59 文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)017(C)-0295-02
引言:钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、造型美观、维护方便等优点,其应用越来越广泛。钢结构的发展与钢产量紧密相关。我国已经成为世界产钢大国,2005年中国生产钢已突破3亿吨,其中钢结构的产量高达1.4亿,能源、交通、冶金、机械、化工、电力、建筑及基础设施建设等领域的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。钢结构行业于20世纪40年代引入焊条电弧焊,50年代中期从前苏联引进埋弧焊接技术,70年代以后,由于建筑钢结构箱形构件以及中厚板的广泛使用,又陆续试验并成功应用实芯焊丝和药芯焊丝CO2气体保护焊,埋弧双丝焊、埋弧三丝焊,熔嘴电渣焊、螺栓焊等焊接技术。焊接作为构建钢结构的一种主要连接方法,焊接水平的提高是确保建筑钢结构施工质量的关键所在。本文就钢结构焊接的施工工艺问题进行初步探讨。
一、钢结构焊接的施工工艺
(一)高强钢焊接施工工艺
1、焊材选配
(1)强匹配
强节点弱杆件:焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材标准规定的最低值。焊接接头各项性能全面要求达到母材标准规定的最低值。
(2)焊缝塑性
厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材,节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。
(3)冲击韧性
必须重点选择焊材的韧性,使焊缝及热影响区韧性达到钢材的标准要求。焊接无裂纹钢种,采用低H或超低H焊材,在板厚50mm以下或在0℃以上环境均可不预热。此种钢冶炼技术优越,其力学指标突出,特别是在屈强比的冲击性能方面。
2、高强钢焊接性评价方法
(1)碳当量计算评定法。
(2)热影响区最高硬度试验评定法。
(3)插销试验临界断裂应力评定法。
3、最低预热温度确定方法
(1)裂纹试验控制
根据斜Y坡口试样抗裂试验确定最低预热温度。
(2)硬度控制
根据一定碳含量的钢材,其不同板厚T形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV对应的冷却速度(540℃时),查表确定焊接线能量。
(3)根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温度。
(4)根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线图确定最低预热温度。
4、焊接质量控制
(1)控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800℃―500℃区间的冷却时间。
(2)控制焊缝中碳/硫/磷/氮/氢/氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材,采用良好的操作手法充分保护熔池金属。
(3)应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法,如气体保护焊;用小线能量,多层多道焊接;减小焊接坡口的角度和间隙,减少熔敷金属填充量;采用对称坡口,对称、轮流施焊;长焊缝应分段退焊或多人同时施焊;用跳焊法避免变形和应力集中。
总之,对于高强钢的焊接,应根据钢材本身的强化机理和供货状态,综合考虑其性能要求,合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性作出评价,制定合理的焊接工艺,以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂倾向。在焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量,防止接头出现弱化现象。应根据施工条件、结构形式、效率与成本核算、焊接质量的水平综合考虑,选择原则应为:在好的劳动条件下,低成本地完成高质量的焊缝。
(二)低温焊接施工工艺
钢结构低温焊接对焊缝金属危害的直接表征就是出现裂纹和工作状态下发生脆断,控制不好就会导致焊接质量下降甚至造成不安全隐患,因此受到各方面的高度重视。
1、焊材的选择
在低温环境中,应尽量选择低氢或超低氢焊材,对焊材严格执行烘焙和保温措施。保护气体应使用纯度为99.9%的CO2气体,以保证焊接接头的抗裂性能。严格焊材库的管理,焊条必须按标准进行烘干,烘干次数不得超过两次,在空气中的暴露时间不得超过2h。焊材库内必须备有脱湿设备,焊材摆放应符合相关规定。药芯焊丝使用过程中应采取防潮措施,焊机上的焊丝防护罩必须保持完好,未用完的焊丝应及时送回焊材库,防止受潮。
2、焊前防护
在焊接作业区域搭防护棚,使焊接区域形成相对封闭的空间,减少热量的损失,焊机尽量集中摆放在可移动的焊机防护棚内,防护棚内应设置加热设备,使焊机在正温状态下工作。若无条件搭设防护棚,应该采取其他有效措施对焊接区域进行防护;气体保护焊时,焊接气瓶也应采取相应措施进行保温。使用前,气瓶应尽可能集中存放,在气瓶存放棚应设有加热装置,确保气体随用随有;气瓶在使用时,应放置在焊机棚内,实现正温管理。单机使用时,气瓶必须采取加热保温措施,采用电热毯加热外包岩棉或其他保温材料进行保温,以保证液态气正常气化,使保护气体稳定通畅。冬季施工采用接触式测温仪控制预热、后热及层间温度,环境温度使用普通温度计监控。
3、焊接质量控制
(1)预热与层间温度
低温环境下的预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度,加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm范围内的母材,焊接层间温度不低于预热温度或标准(JGJ81―2002)规定的最低温度20℃(两者取高值)。
(2)加大定位焊时的热输入
适当加大定位焊的热输入,增大焊缝截面和长度,并采用与正式焊接相同的预热条件,不在坡口以外的母材上打弧,熄弧时弧坑一定要填满,可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹。
(3)采用合理的焊接方法
尽量使用窄摆幅,多层多道焊,严格控制层间温度。
(4)焊接后热及保温
焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理,利于扩散氢气的逸出,防止因冷速过快而引起的冷裂纹,同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。焊接工作结束后,应立即进行紧急后热或保温。δ≤40mm需紧急保温,采用岩棉包裹焊接接头,自然冷却;δ≥40mm应进行后热处理,后热温度为250―350℃,时间为1―2h,后采用岩棉保温缓冷。
总之,钢结构低温焊接施工前,一定要根据实际情况做好焊接工艺评定试验。必要时还要针对具体钢种进行低温焊接性试验,制作出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。在低温焊接钢结构时,最显著的特点是焊接接头具有很大的冷却速度,因而提高了焊缝的结晶速度,同时也提高了弹、塑性变形速度,即提高了焊缝结晶期间的应变增长率,导致热裂纹倾向增大。所以,在低温环境下,对焊工操作的不良影响也应给予足够重视,一般环境温度不宜低于-15℃。
结束语:建筑钢结构焊接施工工艺理论的充实和完善,必然带来焊接技术的进步,近年来,新技术在钢结构焊接工程中不断应用,其所形成的管理理念和焊接工艺,也必将为建筑钢结构焊接工程带来新的格局。
作者单位:黑龙江省安装工程公司
参考文献:
[1]韩冰霜.建筑钢结构焊接质量控制[J].科技创新导报.2010.06.
[2]张金.建筑钢结构焊接施工工艺[J].企业技术开发:下.2009.11.
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