钢结构低温焊接工艺

生产实习论文

学院：土木与交通学院

专业：土木工程

学号：**********

*名：***

指导教师：***

实习日期：2012.8.20—2012.9.19

浅析钢结构低温焊接工艺

罗正才

(河海大学，土木与交通学院，江苏省南京市，210009)

摘要:钢结构低温焊接,钢材在焊接前后都有较大的温度变化,容易发生钢结构焊缝接头区出现冷裂纹现象。因此,在寒冷地区冬季施工焊接时保证钢结构中厚钢板低温焊接质量是最重要的一个环节。本文以沈阳恒隆市府广场为例，简略地阐述了钢结构在低温环境下的焊接工艺和技术措施。

关键词：低温焊接裂纹控制

中图分类号：TG457 文献标志码：A

Analysis of the steel structure low temperature welding process

LUO Zhengcai

(Hohai University, School of Civil Engineering and Transportation, Nanjing, Jiangsu Province, 210009)

Abstract:Steel low-temperature welding, steel before and after welding has larger temperature changes, cold cracking phenomenon prone steel weld joints. Therefore, ensure that the steel structure in the soldering quality is the most important aspect of the thick steel plate welding in cold regions.This paper briefly described the welded steel structure in a low temperature environment technology and technical measures .

Keywords: low-temperature welding crack control

0引言

钢结构低温焊接对焊缝的危害直接表征就是出现裂纹和

在工作状态下发生脆断。为保证焊缝能够满足设计要求,采

用合理的低温焊接技术和工艺措施是保证工程质量合格的

关键。本文通过沈阳市府恒隆广场在冬季温度低达-30℃的

条件下焊接施工作业为例,浅析低温焊接中厚板工艺和技术

措施在建筑钢结构工程中的应用。

1 焊接工艺的选择

接头坡口形式:焊接接头开坡口主要是为了保证电弧能深入焊缝根部,使根部能够焊透。在选择坡口形式时应考虑保证焊缝焊透,坡口形状易加工,提高劳动效率,节省焊材,减小焊后变形的可能性等。因此,实际工程中应根据现实条件采用合理的坡口形式。本工程钢板主要采用单边坡口焊，T形接头采用K形坡口。

焊接材料:钢结构焊接接头的质量在很大程度上取决于所选用的焊接材料。焊接材料的选择必须根据母材的成分、性能、接头形式及质量要求综合考虑。焊接材料选择不当,熔敷金属中掺入合金元素,易使焊缝过渡区产生脆相或裂纹。因此,在超低温条件下焊接,在满足设计强度的要求下,优先采用屈服强度较低、冲击韧性好的低氢碱性或钛钙型焊条。在超低温环境下焊条还应进行烘焙。

焊接顺序:合理的焊接顺序能够有效地控制焊接变形。焊接顺序一般先焊缩量较大节点、后焊缩量较小、先单独后整体,分解拘束力的合理顺序,从根本上减少撕裂源。本工程由于十字形钢柱对接组合焊缝比较长,由两名焊工从中间同时向两端进行退焊，以防钢柱的扭曲变形。

图1 两名工人同时施焊

2 焊接相关工艺参数

普通焊接方法的焊接工艺参数主要有焊丝直径、焊接电流、焊接速度、电弧电压、焊接层数等,本工程焊接方法主要采用的是CO2气体保护焊。

焊剂堆放:焊剂堆放要适中,一般焊剂堆放高度为25～

50mm。焊剂粒度要根据电流确定,电流大时应选用细粒度焊剂,否则焊缝外形不良;电流小时应选用粗粒度焊剂,否则焊缝表面易出现麻坑。

焊接电流:焊接电流对焊接质量的主要影响表现为:焊

接电流过小,电弧不稳定,易造成夹渣、未熔透、冷裂纹等缺陷,而且生产效率低;焊接电流过大,易造成咬边、烧穿、热裂纹等缺陷,同时飞溅增加。因此,在焊接时应选择适当的焊接电流。焊接电流的大小,主要根据焊材类型、焊件厚度、接头形式、焊缝空间位置及焊接层次等因素决定,其中最重要的因素是焊丝直径和焊缝空间位置。

电弧电压:电弧电压由弧长决定,电弧长则电压高;电弧短则电压低。在焊接过程中,电弧过长会使电弧燃烧不稳定;飞溅增加,熔深减少,出现气孔等缺陷。因此要求短弧焊。

焊接速度:焊接速度对焊接质量的主要影响表现为:焊接速度过小,母材易过热变脆,焊缝过宽;焊接速度过大,焊缝窄,易造成夹渣、气孔、裂纹等缺陷。一般焊接速度的选择应与焊接电流相匹配,即焊接电流大时焊接速度也应增大,焊接电流小时焊接速度应减小。

焊接层数:焊接层数视焊件厚度而定。焊接层数多,有利

于提高焊缝的塑性、韧性,但也可能造成接头过热和扩大热影响区等有害影响。因此,焊接层数需综合考虑加以确定,原则上每层焊缝的厚度不应大于4～5mm。

3 焊接技术措施

焊前清理：除锈、打磨，清除坡口两侧油污及水分。衬板、坡口内侧均磨砂至光亮；坡口周围及衬板和引弧板无腐蚀及污物。

层间清理: 逐道清除焊渣、粉尘焊瘤、飞溅；凹凸部修填或刨切平整；焊剂药皮及缺陷清理干净。

背面清根：把垫板贴实坡口背面根部，贴实部位上下尺寸均与一致，并向两端延伸50mm。

其他：采用拘束板控制焊接变形；氧气、乙炔中性火焰加热进行预热、层温，使用测温仪监控温度。自首层始，各层逆向焊接、运焊采用之字形摆幅，坡口直边侧稍加拌动，上部运焊稍快，引入引出应与正式焊缝要求相同焊完毕快速清理后立即后热至≥150℃，石棉布覆盖缓冷。

4 控制焊接温度

低温环境下焊接的关键是控制温度，防止焊接裂纹的产生。因此,准确控制预热温度、层间温度、后热温度是防止裂纹产生的主要措施。

焊前预热: 在严寒地区焊接施工，钢材处于负温条件，由于气温低，焊接中厚钢板、厚钢板、厚皮钢管时，必须采用焊前大范围预热的方法来消除焊接时母材与焊缝区的强烈温差,消除明显温界,最大限度地减缓钢材在板厚方向由胀时压应力到缩时拉应力的转换过程,尽可能地促使接头在同轴线上均匀胀缩。所以合理选择预热措施、正确选择预热方式对控制裂纹的产生有着重要的意义。本工程采用火焰加热的方法进行预热,对接焊缝加热采用大功率烤枪,预热热源采用氧─乙炔中性火焰,由操作者对称加热作业。T型角对接组合焊缝由于焊缝较长,采用烤枪加热受热不均,故沿焊缝长度方向布置一根钢管,在钢管上一侧均匀开洞,通入天然气燃烧进行均匀加热。预热范围沿焊缝中心向两侧至少100mm以上,并按最大板厚三倍以上范围实施。加热过程力求均匀,采用便携式温度仪随时监控,严格控制加热温度,确保焊缝均匀受热。预热的温度测试须在离坡口边沿距板厚三倍(最低100mm)的地方进行。当预热范围均匀达到预定值后,覆盖保温棉恒温20～30min。

层间温度控制:在焊接过程中要严格控制层间温度,一般保证持续、稳定在110～190℃之间,每个焊接接头应一次性焊完不得中断。若有中断，在重新施焊前，应仔细检查，检查焊缝是否有缺陷，如有缺陷应按要求处理合格后方可重新预热后施焊。层间温度的保持同样采用以上方法进行。在连续焊接过程中,应检测焊接区母材的温度,使层间最低温度与预热温度保持一致。如必须中断施焊时,应采取适当的后热、保温措施,再焊时应重新预热并根据节点及板厚情况适当提高预热温度。另外,二次加热应在首次加热区域应扩大不少于一倍板厚的范围。施工时原则上遇到风、雨、雪天不得施焊，如需施焊则搭设棚罩在棚罩内进行。

图2 低温条件下搭设棚罩

焊后加热控制:超低温条件焊接时，焊缝的冷却速度过快，极易产生裂纹而且焊接产生的残余应力不易消除。故对重要部位由厚钢板组成的结构，超低温焊接完成后，应立即进行焊后热处理。焊后加热的作用是延长焊缝金属从峰值温度降到室温的冷却时间,使焊缝中的扩散氢有充分的时间溢出,避免冷裂纹的产生,特别是延长焊接接头从800～500℃冷却时间,改善焊缝金属及热影响区的显微组织,使热影响区的最高硬度降低,提高焊接接头的抗裂性。因此,在面层焊接完毕,应立即实施焊后后热过程。这不仅能使逐渐降下来的接头温度再度上升,而且能够起到将焊接区域储热不均匀现象降低到最低程度的重要作用。焊后进行后热处理,后热温度为200～250℃,在寒冷地区焊后的后热温度应较温和地区相应提高50～100℃。

焊后保温:一切焊前预热、中间加热、后热等都围绕着消除骤冷骤热、消除胀缩不均、延缓冷凝收缩为目的,但是仅上述措施还达不到目的。在达到后热温度后还需加盖厚石棉布保温,密封空气流通部位,保温的时间以接头区域、焊缝表面、背部均达环境温度为止。本工程采用氧-乙炔火焰烤枪对试件进行后热处理后采用不少于四层石棉布紧裹并用扎丝捆紧的保温措施。

5 结束语

钢结构焊接工程中,低温焊接是冬季钢结构施工的重要环节。就沈阳恒隆项目而言，通过分析沈阳历年天气情况不难发现，连续超过5年冬季施工时间为头年11月份至第二年3月份，长达4个月之久，占据全年时间的1/3，零下15摄氏度天气占据冬季施工天气2/3，最低温度达到零下32摄氏度，为满足施工进度要求，钢结构冬季焊接施工必须开展，如何控制低温厚钢板焊接质量，是需项目部技术人员重点解决的一个难题。所以必须根据实际情况进行分析,采取相应的技术控制措施和焊接工艺,克服环境的不利影响,有效地提高焊接质量和减小焊接变形以达到施工质量的要求。虽然在实际施工过程中，影响冬季超低温环境下焊接质量的因素有很多，诸如施工人员质量意识不强、缺乏工作经验，材料、仪器、检验设备不合格，项目管理不到位等等。但是就工艺本身而言，本工艺经实践证实对低温条件下焊接质量能够有效地控制。技术在工程实践中是不断进步的，焊接工艺在实际的运用中还应具体问题具体分析,不断地进行改进,才能使工程质量趋于完美。

参考文献

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[2]中华人民共和国国家标准.建筑钢结构焊接技术规范.JBJ81－2000.

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[4]周浩森等编.焊接结构设计手册.北京:机械工业出版社,1999.

[5]张琨等编.钢结构工程施工工艺标准[J].北京:中国建筑工业出版社.