鋼結(jié)構(gòu)藥芯焊絲CO氣體保護(hù)焊焊接施工工法

鋼結(jié)構(gòu)藥芯焊絲氣體保護(hù)焊焊接工法1前言當(dāng)今高層超高層鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，現(xiàn)場施工的結(jié)構(gòu)中越來越多的采用了斜撐、腰桁架等結(jié)構(gòu)，且這些特殊位置所占比重越來越大。過去現(xiàn)場焊接中，對特殊位置焊接采用傳統(tǒng)的焊條電弧焊，其焊接效率低，已難滿足現(xiàn)場大工作量的需求。我公司在高層及超高層鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工中，針對大量厚板特殊位置焊縫，開始試行藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊的特殊位置焊接工法。過程中針對典型特殊焊接位置，組織現(xiàn)場焊工進(jìn)行專項技能培訓(xùn)并進(jìn)行焊工附加考試和焊接工藝評定。根據(jù)焊接工藝評定及現(xiàn)場實踐結(jié)果顯示，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊焊縫外觀、內(nèi)部質(zhì)量及力學(xué)性能全面優(yōu)于焊條電弧焊。該工法在現(xiàn)場焊接施工推廣后獲得成功。2特點(diǎn)2.0.1藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊的焊接效率高，其焊接效率是一般焊條電弧焊的3-5倍，焊縫外觀成形及內(nèi)部質(zhì)量好。2.0.2相比傳統(tǒng)焊條電弧焊，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊的焊接連續(xù)，金屬熔敷量大，焊道間無須清渣；相比實芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊電弧穩(wěn)定，焊接飛濺小，焊道清理容易。因此熔敷速度大為提高。2.0.3藥芯焊絲CO2焊接坡口形式可采用更小的坡口角度和根部間隙，焊縫熔敷金屬量少；可獲得含氫量較低的焊縫金屬；相同電流下可獲得更大的熔深。2.0.4厚板焊接時，使用較低焊接電流和較快的焊接速度，焊接變形較??；以上特點(diǎn)極大提高了鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接質(zhì)量，提高施工效率，有效的縮短鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工工期。3適用范圍本工法適用于工廠及現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)特殊位置焊接，尤其適用于低合金碳素結(jié)構(gòu)鋼中、厚板焊接。4工藝原理藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊是通過輪式送絲機(jī)構(gòu)，將連續(xù)焊絲不斷的送進(jìn)焊接區(qū)域，由直流弧焊機(jī)通過焊炬的導(dǎo)電嘴供給電流。焊絲作為熔化電極與母材產(chǎn)生電弧，熔化焊絲作為填充金屬形成焊縫。焊炬在導(dǎo)電嘴周圍提供的CO2氣罩有效的保護(hù)了處于高溫的待熔化焊絲、熔滴、熔池及附近的母材免受空氣侵入的有害作用。焊絲中的焊劑可改善焊縫性能，提高焊縫力學(xué)性能和質(zhì)量。5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1焊接工藝流程缺陷記錄、返修缺陷記錄、返修施工準(zhǔn)備焊前檢查焊前預(yù)熱焊接后熱、保溫焊縫外觀檢查合格不合格不合格焊接工藝評定填寫焊接記錄表超聲波探傷合格填寫正式報告工序交接圖5.1工藝流程圖5.2焊接工藝操作要點(diǎn)5.2.1針對工程中數(shù)量較多或者具有代表性的焊縫接頭形式，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)焊接工藝評定試驗。焊后經(jīng)外觀和無損檢測合格后進(jìn)行力學(xué)性能試驗。5.2.2所用碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼材及型鋼，應(yīng)進(jìn)行鋼材復(fù)驗并符合工程要求的性能指標(biāo)。5.2.3所采用的焊絲應(yīng)進(jìn)行焊材復(fù)驗并符合工程規(guī)定采用的標(biāo)準(zhǔn)。5.2.4焊接設(shè)備的技術(shù)條件應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。清渣、加熱、氣刨、打磨、溫度測量及防風(fēng)設(shè)備應(yīng)齊全有效。5.2.5焊絲包裝應(yīng)完好，因包裝破損而導(dǎo)致受潮、污染、彎折和紊亂的部分焊絲應(yīng)棄之。5.2.6氣體保護(hù)焊機(jī)電源供電應(yīng)正常穩(wěn)定；接地線接觸緊固可靠，電纜及焊槍無破損；焊接機(jī)頭送絲機(jī)構(gòu)應(yīng)工作穩(wěn)定，送絲均勻；保護(hù)氣體氣管應(yīng)無漏氣或堵塞現(xiàn)象。5.2.7焊前檢查接頭坡口角度、鈍邊、間隙和錯口等，均應(yīng)符合要求，坡口內(nèi)及兩側(cè)10～20mm內(nèi)銹斑、油污、水分、氧化皮等均應(yīng)打磨清理至呈現(xiàn)出金屬光澤，且坡口表面平整。5.2.8焊接墊板及引（收）弧板的表面清潔要求與坡口相同。墊板與母材應(yīng)貼緊，引（收）弧板與母材材質(zhì)相同并應(yīng)焊接牢固。5.2.9厚板焊接時須對焊件進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱使用氧-乙炔特制加熱烤槍或電加熱器對坡口兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)的母材進(jìn)行均勻加熱，并用測溫儀在坡口兩側(cè)各75mm處進(jìn)行測溫，必要時須采用反面測溫，確保溫度符合預(yù)熱要求，并防止局部過熱導(dǎo)致鋼材表面氧化。常溫時預(yù)熱溫度參考表5.2.9，負(fù)溫度條件下按相應(yīng)規(guī)程要求提高預(yù)熱溫度。表5.2.9預(yù)熱溫度表鋼材牌號接頭最厚部件的厚厚度（mm）25以下25-4040-6060-8080以上Q235——60oC80oC100oCQ345—60oC80oC100oC150oC5.2.10焊縫的道間溫度應(yīng)控制在高于預(yù)熱溫度并低于250oC。低于最低預(yù)熱溫度時應(yīng)重新預(yù)熱，高于250oC時則應(yīng)暫停焊接。焊接時不得在坡口以外的母材上打火引弧。5.2.11遇雨雪天氣時應(yīng)停止焊接，環(huán)境溫度低于0oC時應(yīng)按規(guī)定預(yù)熱和后熱。風(fēng)速大于5m/s時應(yīng)有可靠的防風(fēng)措施。5.2.12焊縫必須一次連續(xù)焊完，中途遇不可抗力停焊時，應(yīng)采取后熱或保溫措施，使之緩冷，再焊時應(yīng)按焊前預(yù)熱要求進(jìn)行預(yù)熱。5.3典型特殊焊縫位置焊接工藝要點(diǎn)圖5.3.1斜立焊焊現(xiàn)場焊接5.3.1斜立焊圖現(xiàn)場斜立焊焊縫1焊接時采用“Z”字型水平擺動運(yùn)條，使用小電流低速焊接，運(yùn)條平穩(wěn)均勻，以保持平整焊縫外觀。2控制電弧在兩側(cè)坡口處的停留時間，要確保熔透母材又不至于熔融金屬過量積聚形成焊瘤，尤其是坡口面朝下的上坡口處。3不宜采用多層多道焊填充焊縫。表5.3.1焊接工藝參數(shù)（立焊）焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊絲保護(hù)氣體保護(hù)氣體流量（11/min）電流（A）電壓（V）焊接速度（mm/min）型號直徑（mm）打底CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50180-22026-30150-200填充CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50200-24028-32150-200蓋面CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50200-24028-32150-200預(yù)熱溫度（℃）90層間溫度（℃）130-150后熱溫度（℃）170后熱時間1小時5.3.2斜橫焊圖5.3.2-1焊槍與焊縫縫角度示意圖圖1焊槍角度在焊接過程中，要求焊工焊槍角度與鋼柱表面水平方向及垂直方向的夾角控制在85o-90o（圖5.2.2），并保持中速焊接，該方法能使焊接熔池與前一道焊道充分熔合，焊槍保持中速焊接也能提高焊接熔池在焊道內(nèi)的附著能力，從而防止熔池沿鋼柱傾斜方向和向下方向流動，從而減少焊縫內(nèi)部未熔合的缺陷2嚴(yán)格控制焊接層間溫度圖5.3.2-2層層間溫度控制制在傾斜鋼柱焊接過程中，如果層間溫度過低會使得熔池焊渣不能充分的浮出熔池表面，從而形成焊道內(nèi)夾渣。如果層間溫度過高，會使得焊接熔池不易在焊道內(nèi)附著，容易沿著鋼柱傾斜方向及重力方向流動，從而形成未熔合的缺陷?，F(xiàn)場焊接層間溫度在常溫下控制在150℃-160℃，而在冬季焊接控制在200℃-210℃，表5.3.2焊接工藝參數(shù)（斜橫焊）焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊絲保護(hù)氣體保護(hù)氣體流量（11/min）電流（A）電壓（V）焊接速度（mm/min）型號直徑（mm）打底CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50290~31036~38350~450填充CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50310~32036~40350~450蓋面CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50270~29036~38350~450預(yù)熱溫度（℃）90層間溫度（℃）150-160后熱溫度（℃）170后熱時間1小時5.3.3仰焊1第一層焊道應(yīng)將坡口根部間隙兩側(cè)熔透，然后逐道逐層壘焊至填滿坡口。每道焊縫焊完后都必須清除焊渣和飛濺物。出現(xiàn)焊接缺陷應(yīng)及時刨除或磨除，并進(jìn)行修補(bǔ)。如使用碳弧氣刨修理，應(yīng)對刨除后表面滲碳層磨除。焊縫焊道排列見圖5.2.3-1。板對接形式T型對接形式圖5.3.3-1焊道排列圖圖5.3.3-2現(xiàn)現(xiàn)場焊接后焊焊縫外觀2因受重力作用，焊縫金屬在熔融狀態(tài)下易下墜。為避免出現(xiàn)未熔合等焊接缺陷，焊接時的運(yùn)條方法宜采用熔深較大的直線型運(yùn)條方法，即沿焊接方向作直線移動，在焊縫橫向上不作任何擺動。焊道寬度宜在5～8mm，最大不得超過10mm。表5.3.3焊接工藝參數(shù)表焊接工藝參數(shù)層次焊接方法焊絲保護(hù)氣體保護(hù)氣體流量（11/min）電流（A）電壓（V）焊接速度（mm/min）型號直徑（mm）打底CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50180-20024-30150-200填充CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50200-23024-30150-200蓋面CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50180-20024-30150-200預(yù)熱溫度（℃）90層間溫度（℃）130-150后熱溫度（℃）170后熱時間1小時焊絲伸出長度：20mm6材料與設(shè)備6.1鋼材6.1.1用于本工法普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，必須有材質(zhì)證明書。各項性能指標(biāo)經(jīng)檢驗應(yīng)分別符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T700）、《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T699）、《低合金高強(qiáng)度鋼》（GB/T1591）、《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》（GB/T19879）的規(guī)定。6.1.2進(jìn)口鋼材和型鋼應(yīng)有出廠質(zhì)量保證書和相應(yīng)的技術(shù)資料。經(jīng)檢驗后，各項性能指標(biāo)應(yīng)滿足我國的國家標(biāo)準(zhǔn)和訂貨方的要求，再經(jīng)過焊接性能試驗合格方能使用。6.2焊接材料表6.2焊接材料表序號名稱型號規(guī)格備注1CO2氣體保護(hù)焊焊藥芯焊絲E501T-1Φ1.2直流反接2CO2氣體純度≥99.9%含水量低于0.0005%6.3焊接設(shè)備及主要輔助設(shè)備表6.3焊接設(shè)備及主要輔助設(shè)備序號名稱型號規(guī)格用途備注1半自動CO2氣體體保護(hù)焊機(jī)NBC-500500A焊接包括送絲機(jī)2碳弧氣刨槍修理、清根3碳棒修理、清根4空壓機(jī)7.5kw碳弧氣刨風(fēng)源5特制氧-乙炔烤槍槍預(yù)熱、后熱6電動角向磨光機(jī)φ100修磨清渣7紅外測溫儀AR872S-18℃～10550℃測量溫度8氧氣瓶氣割專用9乙炔瓶氣割專用10CO2氣瓶CO2焊接用11氧氣減壓器氣割專用12乙炔減壓器氣割專用13電熱式CO2減壓壓器CO2焊接用帶流量計14高壓氧氣管氣割專用15乙炔管氣割專用CO2焊機(jī)、送絲絲機(jī)和焊槍電加熱器紅外測溫儀圖6.3主要焊接設(shè)設(shè)備7質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量檢驗按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）及《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀檢驗和超聲波探傷。業(yè)主和設(shè)計方有要求時還應(yīng)進(jìn)行X射線探傷、磁粉探傷、著色檢驗等。所有鋼結(jié)構(gòu)焊縫都要做外觀檢查（焊工自檢和專職檢查員檢查），外觀檢查不合格的焊縫，應(yīng)刨除后重新焊接。低合金鋼焊縫超聲波探傷應(yīng)在焊接完成后24h后進(jìn)行。7.1外觀檢查焊縫外觀焊縫外觀應(yīng)符合下列要求：焊縫表面無裂紋、未焊滿、未熔合、氣孔、夾渣、焊瘤等缺陷；焊縫咬邊深度不大于0.5mm，兩側(cè)咬邊總長不超過焊縫長度的10%，且不大于25mm；焊縫錯邊量不大于10%板厚，且不大于2mm。焊縫外觀尺寸焊縫外觀尺寸應(yīng)符合下表要求。表焊縫外觀尺寸合格要求（mm）余高偏差焊縫寬度比坡口每每側(cè)增寬角接焊腳高偏差在25㎜長度內(nèi)焊縫表面面凹凸高低差差在焊縫長度1500㎜內(nèi)焊縫表表面寬度差對接角接角對接高差不對稱0～30～51～30～30～1+0.1倍焊角角尺寸≤2.5≤37.2超聲波探傷超聲波探傷根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷及質(zhì)量分級法》（JG-T203-2007）中相應(yīng)等級規(guī)定。8安全措施從事鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的所有人員都應(yīng)遵守《焊接與切割安全》（GB9448）的相關(guān)規(guī)定。8.1焊工保護(hù)焊工施焊時應(yīng)穿著和佩戴焊工專用勞保工作服、焊工皮手套、勞保皮鞋、頭套、焊接面罩、安全帽和安全帶。必要時焊工可披掛防火布，安排看護(hù)人員，避免焊工因衣物著火燒傷。焊接面罩須裝雙層玻璃，防止焊接過程中的焊接飛濺和熔融金屬滴落導(dǎo)致的玻璃爆裂傷人。焊接面罩及焊槍的手持部位需加裝防護(hù)罩，避免焊接飛濺、焊渣和滴落的熔融金屬燙傷。高空焊接位置需搭設(shè)操作平臺及防護(hù)欄桿。8.2防火措施焊工工作點(diǎn)10m內(nèi)不得有易燃易爆物，并設(shè)滅火器和專職專人看火。如是高空作業(yè)，應(yīng)在焊工操作平臺下方鋪設(shè)石棉防火布，阻斷飛濺及熔融金屬的掉落。8.3設(shè)備安全施焊前應(yīng)檢查焊接設(shè)備和電纜。焊機(jī)一次電纜長度不超過3m，二次電纜不超過30m。電纜應(yīng)按規(guī)定架空，不得拖地，以防短路和觸電事故發(fā)生。所有氧氣瓶與乙炔瓶放置地點(diǎn)的空間距離不得小于10m，且遠(yuǎn)離火源。定期檢查氣瓶及管路接頭氣密性。腳手架、設(shè)備平臺、操作平臺和掛籃搭設(shè)后應(yīng)經(jīng)工地安全部門和操作人員共同檢查合格后方可使用。9環(huán)保措施焊接施工應(yīng)符合相關(guān)的國家環(huán)保法規(guī)和地方性法規(guī)的規(guī)定。焊接現(xiàn)場應(yīng)保持空氣的流通，利于焊接產(chǎn)生的有毒有害氣體排放。焊接時應(yīng)對焊接產(chǎn)生的弧光進(jìn)行遮擋，避免弧光對周邊居民、車輛和行人造成傷害。控制噪聲污染。10效益分析10.0.1半自動藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊與焊條電弧焊相比，耗電量省30%～40%。CO2氣體保護(hù)焊焊腳高6mm的1m長焊縫耗電0.8度，焊條電弧焊需2.1度。10.0.2相同焊接位置、焊材等重條件下，CO2氣體保護(hù)焊比焊條電弧焊熔敷率高30%。10.0.3CO2氣體保護(hù)焊焊接電流大，熱效率高，電流密度大，熔深大，生產(chǎn)率為焊條電弧焊的3～5倍。10.0.4CO2氣體保護(hù)焊與焊條電弧焊相比，可焊接更小的坡口角度和間隙的焊縫，節(jié)省了熔敷金屬量。10.0.5焊條電弧焊在焊接時丟棄的焊條頭數(shù)量約占焊條總量的10%，CO2氣體保護(hù)焊用焊絲拋棄數(shù)量不到總使用量的1%。大大的節(jié)約焊材。11應(yīng)用實例上海*****中心工程位于上海市*****路，為82.5×82.5米大懸挑結(jié)構(gòu)?？傆娩摿?030噸?，F(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)焊接全部采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊焊接。此工程獲得“國家優(yōu)質(zhì)工程獎”。****大廈工程位于北京市****角，工程地下部分建筑面積5.6萬平方米，地上部分的建筑面積14.5萬平方米，是鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。總用鋼量約為22000噸，鋼柱、鋼梁構(gòu)件總數(shù)約為10900件，屬于大型鋼結(jié)構(gòu)工程。工程主體結(jié)構(gòu)及中庭屋蓋和桁架（約15000噸）施工中采用了本工法。所有焊縫一次合格率99.03%，返修合