鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接工藝的實施和控制及經(jīng)驗總結(jié)

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(qū)鹽湖工業(yè)園區(qū)。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(jiān)理公司監(jiān)理。

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

主體鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)出不少的施工經(jīng)驗,現(xiàn)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(xiàn)的問題及環(huán)境對其焊接性能的影響

1)熱影響區(qū)的淬硬傾向。Q345鋼在焊接冷卻過程中,熱影響區(qū)容易形成淬火組織——馬氏體,使近縫區(qū)的硬度提高,塑性下降。結(jié)果導致焊后發(fā)生裂紋。為防止馬氏體的出現(xiàn),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(zhì)量的保證起到關(guān)鍵的作用。

3)環(huán)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(xù)焊接施工。

4)施焊時的周邊小環(huán)境的影響。周邊小環(huán)境也會對焊接質(zhì)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(zhì)量問題。因此我們要求手工焊時,周邊的環(huán)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(huán)境及相對濕度大于90%不得進行施焊作業(yè)。

5)焊條對焊接質(zhì)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(chǎn)生。

3 焊接施工流程

坡口準備(要求工廠內(nèi)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(zhì)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(xiàn)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(gòu)件板厚大于30 mm時,應在焊后進行后熱處理。根據(jù)這一規(guī)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(cè)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(gòu)件焊接后保證焊縫溫度在規(guī)定的后熱處理溫度,并用保溫棉保溫。焊縫后熱達到規(guī)定溫度后,按規(guī)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(guī)定好的操作規(guī)程進行操作。構(gòu)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(xié)調(diào)、方便施工、保證焊接質(zhì)量的順序。一個構(gòu)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(gòu)件應立即焊接固定,形成空間穩(wěn)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(shù)應保持一致。4)在焊接中應從引弧板開始施焊,收弧板上結(jié)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(nèi)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(cè)。

4.4 焊接檢驗

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)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(jié)構(gòu)中,設計要求焊縫為二級質(zhì)量,則我們在實際操作中均控制在100%。

4.5 焊機的選擇

根據(jù)現(xiàn)場的經(jīng)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(huán)境風速要求較高,應盡量在無風的環(huán)境內(nèi)焊接(或在室內(nèi)進行焊接)。

5 現(xiàn)場技術(shù)管理

1)編制詳細的焊接施工作業(yè)指導書。在施工前,根據(jù)實際施工需要,由施工隊編制了詳細的安裝、吊裝作業(yè)指導書,并嚴格執(zhí)行公司對結(jié)構(gòu)焊接的有關(guān)規(guī)定,由專業(yè)的焊接工程師編制焊接作業(yè)指導書。2)全過程控制焊接工藝是確保質(zhì)量的核心。每個柱接頭在焊接時,應有專人監(jiān)控焊接工藝,如焊工不按作業(yè)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(jiān)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(zhì)量意識是貫徹焊接工藝的關(guān)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(xiàn)場焊接工藝的必要性和控制要點。

6 結(jié)語

在現(xiàn)場嚴格按焊接工藝措施進行施工,共焊接焊口1 146道,經(jīng)無損檢驗一次合格率達到100%。經(jīng)過實際施工的驗證,此焊接工藝措施不僅能在現(xiàn)場指導對Q345鋼的焊接,而且能夠保證焊接質(zhì)量。通過此次鋼結(jié)構(gòu)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(jié)了一些很好很實用的施工經(jīng)驗,施工經(jīng)驗的總結(jié)是對下一工程質(zhì)量的提高奠定一個良好的基礎。

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