鋼結構兩種焊接成型工藝分析

高政，朱寶才，劉效輝，郝正旺，劉蕾

（山東萊鋼建設有限公司濟南分公司，山東濟南 250107）

生產技術

鋼結構兩種焊接成型工藝分析

高政，朱寶才，劉效輝，郝正旺，劉蕾

（山東萊鋼建設有限公司濟南分公司，山東濟南 250107）

在鋼結構制造過程中，焊縫通常采用碳弧氣刨反面清根和焊接陶瓷襯墊免清根兩種工藝。從焊縫質量、焊接效率、焊接成本、環境影響等幾個方面進行了分析比較，從而得出結論，焊接陶瓷襯墊免清根工藝優勢明顯。

鋼結構；焊接工藝；碳弧氣刨；陶瓷襯墊

1 前言

鋼結構制造過程中，重要受力節點常有許多條焊縫要求熔透探傷。為保證該部分焊縫的背面質量，一般采用碳弧氣刨反面清根和焊接陶瓷襯墊免清根兩種工藝，前者為廣泛使用的傳統焊接工藝，而后者最早主要應用于造船等行業。近些年來，隨著技術進步，陶瓷襯墊材料生產成本愈來愈低，鋼結構行業也開始使用這種免清根的方法，在大多數焊接工況下，后者比前者的優勢越來越明顯，有逐漸大部分取代前者的趨勢。從焊縫質量、焊接成本及焊接效率、環境影響等方面，對兩種工藝進行了分析比較。

2 焊接工藝對比分析

2.1 工藝流程

碳弧氣刨反面清根，即對焊縫正面進行部分或全部施焊后，在反面對焊縫根部進行氣刨清理，去除氣孔、雜質等焊接缺陷并刨出角度≮10°的U型坡口，再對焊縫反面進行施焊的過程，執行GB 50661—2011鋼結構焊接規范。

焊接陶瓷襯墊免清根工藝，是在焊縫坡口反面敷設焊接陶瓷襯墊后在正面進行施焊，反面焊縫強制成型，使焊縫飽滿、焊道整齊的焊接方法［1］。

2.2 焊縫質量

焊縫內部質量。因為氣刨反面清根的焊接工藝比較成熟，焊接的焊縫內部質量優良。經過對陶瓷襯墊免清根工藝的深入研究，在焊接參數、坡口尺寸及間隙等各方面進行了優化（適當增大焊接電流將焊縫根部熔透等），最終經過對焊接試件的超聲波檢測、X射線檢測及焊縫力學性能測試，證明此種免清根工藝均能滿足各項規范要求。試驗成功的GMAW陶瓷襯墊免清根打底焊接工藝參數：焊縫根部間隙3～5 mm，焊接電流230～240 A，電弧電壓27 V，焊接速度120～150 mm/min，氣體流量15～25 L/min，焊絲伸出長度10～15 mm。

外觀質量。因為反面氣刨清根的焊接工藝決定了焊縫雙面均為手工焊接，所以焊縫外觀質量的優劣取決于操作人員技能水平的高低。而陶瓷襯墊免清根工藝，因為陶瓷襯墊本身協助焊接工件形成熔池，并強制熔融金屬根據陶瓷襯墊形狀形成焊縫，與陶瓷襯墊接觸的反面焊縫外觀平順美觀、無缺陷、焊縫尺寸及焊縫余高尺寸穩定。陶瓷襯墊使用過程中需要與母材背面貼合良好，防止熔池金屬從襯墊與母材間隙溢出。

2.3 焊接成本及焊接效率

以建筑鋼結構累計1 m長的牛腿翼板與鋼柱之間探傷焊縫為例（板厚25 mm，開單面坡口，焊縫等級一級），人工清根費10.00元/h，平均清根時間約25 min；碳棒含稅單價0.95元/根，清根1 m平均用5根碳棒。陶瓷襯墊（90°角接型）批量采購單價5.00元/m。經計算，碳弧氣刨清根成本總計11.38元，應用陶瓷襯墊成本總計5.00元，使用陶瓷襯墊免清根工藝的費用約為碳弧氣刨清根費用的50%。而每米熔透焊縫清根工序需要比免清根工藝多付出約0.5個工時。

根據統計，一個年產4萬t的中型鋼結構企業，每年焊接的一級和二級探傷熔透焊縫均達數萬米以上。以25 000 m此類焊縫計算，使用陶瓷襯墊可以節省約12 500個工時。

2.4 環境影響

傳統的碳弧氣刨反面清根工藝，因為需要使用碳弧氣刨對焊縫反面實施清根操作，會產生大量煙塵污染環境，作業過程中還會產生極大的噪聲和弧光，附帶造成噪聲污染和光污染。經調查，碳弧氣刨作業過程中產生的噪聲最高可達到110 dB。而陶瓷襯墊免清根工藝，因為省掉了碳弧氣刨清根工序，上述煙塵、弧光和噪聲污染問題得到了解決，能使鋼結構加工車間內操作微環境得到極大改善。

3 結語

熔透焊縫陶瓷襯墊免清根工藝，通過對焊接參數的改進，可以確保焊縫背面質量滿足規范要求。同時，與傳統的反面碳弧清根工藝相比，背面焊縫具有外觀質量穩定美觀、同時減少了工件翻轉或者仰焊及清根過程造成的操作效率損失、降低了焊接輔材成本、減少操作車間微環境的煙塵、弧光和噪聲污染的顯著優勢。陶瓷襯墊免清根工藝，值得在綠色建筑鋼結構制造行業大力推廣和應用，國內尚無相關GB標準，有必要對該工藝進一步研究，為在鋼結構行業推廣綠色環保焊接工藝的應用提供可靠支持。

［1］杜學銘.陶瓷襯墊CO2氣體保護單面焊接工藝的研究［J］.船海工程，2002，144（1）：21-24.

Analysis of Two Kinds Welding Technology for Steel Structure

GAO Zheng,ZHU Baocai,LIU Xiaohui,HAO Zhengwang,LIU Lei

（Shandong Laigang Steel Construction Co.,Ltd.,Jinan 250107,China）

In the manufacture process of steel structure,the two kinds of processes for full penetrated welding usually are used:back gouging and ceramic backing.Analyzed and compared from the weld quality,welding efficiency,welding costs,environmental impact aspects,ceramic liner technology have obvious advantages.

steel structure;welding technology;carbon arc air gouging;ceramic liner

TG457

B

1004-4620（2015）01-0018-02

2015-01-06

高政，男，1970年生，1992年畢業于北方工業大學物理儀器及測量技術專業。現為山東萊鋼建設有限公司濟南分公司總經理，副高級工程師，從事管理工作。