鋼結構現場焊接工藝的實施和控制及經驗總結

王 志

青海鹽湖元通鉀肥有限公司20萬t/年氯化鉀造粒項目是青海省鹽湖集團重點建設項目,位于青海省格爾木察爾汗地區鹽湖工業園區。本項目由青海鹽湖元通鉀肥有限公司投資,中國長沙化工設計院設計,青海金世紀監理公司監理。

造粒主框架為多層開敞式鋼框架結構,框架長32 m、寬18 m、高40.3 m,屬于高層鋼結構。

主體鋼結構由中國長沙化工設計院設計,支撐柱采用目前較流行的雙焊接H型鋼十字柱。由20根立柱及14層橫梁組成,主梁均為H型鋼,總體重量約1 000余噸。

材質為Q345B的H型鋼目前在施工中已普遍采用,在近幾年的施工當中總結出不少的施工經驗,現拿出來與大家一同分享。

1 材料介紹

1)Q345B化學成分見表1。

表1 Q345B化學成分 %

2)Q345B力學性能見表2。

表2 Q345B力學性能 %

當壁厚介于16 mm～35 mm 時,σs≥325 MPa;壁厚介于35 mm～50 mm 時,σs≥295 MPa。

2 Q345鋼在焊接時易出現的問題及環境對其焊接性能的影響

1)熱影響區的淬硬傾向。Q345鋼在焊接冷卻過程中,熱影響區容易形成淬火組織——馬氏體,使近縫區的硬度提高,塑性下降。結果導致焊后發生裂紋。為防止馬氏體的出現,我們在焊后一定要對焊縫進行熱處理。而Q345的焊后熱處理最簡單的方法是進行焊后的保溫,以求達到焊后溫度緩慢降低。

2)冷裂紋敏感性及焊縫檢驗。Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。因此我們的檢驗要求在焊后24 h以后進行檢驗,檢驗方法主要用磁粉檢驗、色譜檢驗和射線檢驗。焊后的檢驗為焊接質量的保證起到關鍵的作用。

3)環境溫度。Q345B鋼材的焊接溫度要求在0℃以上,溫度達不到應采取保護措施或不應繼續焊接施工。

4)施焊時的周邊小環境的影響。周邊小環境也會對焊接質量造成影響,如風速過大、雨雪天氣、相對濕度過大等,都會造成焊縫的氣孔、夾雜、咬邊、偏焊等焊接質量問題。因此我們要求手工焊時,周邊的環境風速不得高于10 m/s;氣體保護焊時,周邊的風速不得高于2 m/s(手工焊);雨雪環境及相對濕度大于90%不得進行施焊作業。

5)焊條對焊接質量的影響。選擇與Q345相對應的焊條牌號,焊前對焊條進行干燥處理,焊時用保溫桶保溫,避免焊接后氣孔的產生。

3 焊接施工流程

坡口準備(要求工廠內制作)→吊裝對口、點固焊→預熱→里口施焊→背部清根(碳弧氣刨)→外口施焊 →里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗(按設計要求焊縫質量二級合格)。

碳弧氣刨在使用當中,一定要注意氣刨可能會對母材造成損傷,所以氣刨在使用中一定要小心,一定要有資格人員操作氣刨。

4 現場焊接順序

4.1 焊前預熱

十字柱的翼緣板最厚達35 mm,焊接前,先對翼緣板進行預熱,恒溫30 min后開始焊接。當構件板厚大于30 mm時,應在焊后進行后熱處理。根據這一規定,框架柱的柱接口在焊后進行后熱處理。后熱處理的加熱范圍:焊縫兩側各100 mm,溫度的測量應在距焊縫中心線50 mm處進行。后熱處理應于焊后立即進行。構件焊接后保證焊縫溫度在規定的后熱處理溫度,并用保溫棉保溫。焊縫后熱達到規定溫度后,按規定時間恒溫,然后使焊件緩慢冷卻至常溫。

4.2 焊接

1)為了防止焊接變形,每個柱接頭采用兩人對稱施焊,焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時(里口為靠近腹板的坡口),第一層～第三層必須嚴格按規定好的操作規程進行操作。構件接頭的焊接順序,平面上應從中心對稱地向四周擴散,豎向上宜采取有利于工序協調、方便施工、保證焊接質量的順序。一個構件的兩端不得同時進行焊接,只能一端焊完冷卻后方可進行另一端的焊接。當天安裝的構件應立即焊接固定,形成空間穩定體系。焊接時應先焊收縮量大的焊縫,再焊收縮量小的焊縫,并對稱施焊,以減少焊接應力。2)當焊接第二層時,焊接方向應與第一層方向相反,以此類推。每層焊接接頭應錯開15 mm～20 mm。3)兩名焊工在焊接時的焊接電流、焊接速度和焊接層數應保持一致。4)在焊接中應從引弧板開始施焊,收弧板上結束。焊接完成后割掉并打磨干凈。5)要求工地施工人員在焊接完成后,隨手清理掉附著在焊縫上的焊藥,并打磨掉焊接時的飛濺點。

4.3 焊后熱處理

焊口焊接完成后應在12 h內進行熱處理。如不能及時進行熱處理應采取保溫、緩冷措施。在進行熱處理時,應采用兩根熱電耦測溫,熱電耦點焊在焊口的里外側。

4.4 焊接檢驗

根據《鋼結構工程施工及驗收規范》的要求,焊口采用超聲波探傷法進行檢驗,檢驗比例為100%。本結構中,設計要求焊縫為二級質量,則我們在實際操作中均控制在100%。

4.5 焊機的選擇

根據現場的經驗,電焊機的選擇對工程進度有較大的影響,CO2氣體保護焊與手工焊比較,CO2氣體保護焊是手工焊的3倍～5倍功效,采用CO2氣體保護焊可以大大的提高工程進度,但是CO2氣體保護焊有個缺點是對環境風速要求較高,應盡量在無風的環境內焊接(或在室內進行焊接)。

5 現場技術管理

1)編制詳細的焊接施工作業指導書。在施工前,根據實際施工需要,由施工隊編制了詳細的安裝、吊裝作業指導書,并嚴格執行公司對結構焊接的有關規定,由專業的焊接工程師編制焊接作業指導書。2)全過程控制焊接工藝是確保質量的核心。每個柱接頭在焊接時,應有專人監控焊接工藝,如焊工不按作業指導書施工應立即終止焊接。在焊接過程中,熱處理人員應全程監控層間溫度,如超標應立即通知焊工暫停。3)提高施工人員質量意識是貫徹焊接工藝的關鍵。在施工前,進行全員交底,并且開取施工工藝卡。交底中詳細講解焊接工藝特點及嚴格控制現場焊接工藝的必要性和控制要點。

6 結語

在現場嚴格按焊接工藝措施進行施工,共焊接焊口1 146道,經無損檢驗一次合格率達到100%。經過實際施工的驗證,此焊接工藝措施不僅能在現場指導對Q345鋼的焊接,而且能夠保證焊接質量。通過此次鋼結構的施工,我們對Q345鋼材的各項性能又有了更進一步的了解,全面的掌握了對Q345的焊接工藝,同時在施工中還總結了一些很好很實用的施工經驗,施工經驗的總結是對下一工程質量的提高奠定一個良好的基礎。

[1]程翠麗.淺談大型鋼結構的焊接變形控制[J].山西建筑,2008,34(9):196-197.