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摘要：本文著重介紹了大型塔架、桁架鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)制、組焊及安裝現(xiàn)場(chǎng)的施焊方法，提出了焊接操作要領(lǐng)，強(qiáng)調(diào)了控制焊接變形的有效辦法。...

塔架與鋼桁架的焊接工藝措施

劉仲民

陜西省設(shè)備安裝工程公司第三分公司

1.工程概況

    某水泥廠(chǎng)粉塵綜合治理工程鋼塔架結(jié)構(gòu)總體高度為71 285m，相對(duì)高度為62．8m，鋼結(jié)構(gòu)架橫軸軸線(xiàn)寬l3．5m，縱軸線(xiàn)寬15 5m0焊接量大，要求高，其結(jié)構(gòu)分為立柱、主粱與次粱、塔體架與桁架和煙囪及支架等四部分的焊接。

2.焊接要求

    2.1鋼塔架與鋼桁架的焊接工況分析

    由于本工程屬銅結(jié)構(gòu)制安工程，焊接部位、數(shù)量、方法及工藝操作等因素比較復(fù)雜，同時(shí)，又由于鋼塔塔體上的鋼結(jié)構(gòu)桁框架承受靜、動(dòng)載荷能力要求高，該桁框架結(jié)構(gòu)還起著傳遞連  續(xù)不斷的動(dòng)載荷作用，為保證該鋼結(jié)構(gòu)及其桁框架焊接工程的質(zhì)量與使用壽命不致因焊接應(yīng)力和變形而影響嚴(yán)重，因此，焊接時(shí)設(shè)法降低應(yīng)力集中和合理控制變形就成為該項(xiàng)鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接質(zhì)量關(guān)鍵問(wèn)題，其焊接質(zhì)量的高低直接影響著工程的施工質(zhì)量。

    正因?yàn)楹附蛹夹g(shù)要求高，加之焊接的情況復(fù)雜，而且焊接質(zhì)量尤為關(guān)鍵，所以為確保焊接質(zhì)量，現(xiàn)將該鋼結(jié)構(gòu)的施工制訂出明確的焊接作業(yè)要求，以指導(dǎo)并確保整體程的施工質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。

    2.1.1焊工：焊工應(yīng)經(jīng)考試合格并取得相應(yīng)施焊條件(指平、立、仰焊等)的臺(tái)格證；必須檢查焊工臺(tái)格證及其有效期，焊工如有六個(gè)月以上停焊者，須重新進(jìn)行焊工考試，合格后，方可從事焊接工作。

    2.1.2焊接材料：焊條、焊絲、導(dǎo)電嘴、焊劑及捍割氣等焊接材料，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

    2.1.3焊接設(shè)備：埋弧自動(dòng)焊機(jī)及套裝(平焊縫、角焊縫)和逆變弧焊電源或硅整流弧焊機(jī)、H型鋼埋弧自動(dòng)焊生產(chǎn)線(xiàn)、逆變式直流焊機(jī)、烘干及保溫設(shè)施、自動(dòng)切割機(jī)和超聲波探傷機(jī)等均應(yīng)完好，保證正常使用。

    2.1.4焊接工藝評(píng)定：施工單位對(duì)所使用的鋼材、焊材、焊接方法等，席進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，蓑根據(jù)評(píng)定報(bào)告確定可行的焊接工藝。焊接工藝評(píng)定應(yīng)按準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》(JBJ81-2002)進(jìn)行；施工焊接應(yīng)按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205--2001)等進(jìn)行。   

    2.1.4.1將對(duì)接試板焊后進(jìn)行100％的x射線(xiàn)探傷，要求符合《鋼熔化焊對(duì)接焊縫射線(xiàn)照相及質(zhì)量分級(jí)》(GB3323—87)11級(jí)片為臺(tái)格，之后再進(jìn)行機(jī)械性能物理測(cè)試：拉伸和冷彎(側(cè)彎)試樣分別為2組、沖擊(焊縫區(qū)1組、熱影響區(qū)l組)2組，且每組試樣均應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)沿焊縫厚度方向分層截取片樣，截完為止；以上試驗(yàn)均合格后，對(duì)接接頭焊接工藝即為合格，方可在施焊中可行。

    2.1.4.2將角接接頭試件焊后進(jìn)行100％的超聲波探傷，要求符臺(tái)《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質(zhì)量分級(jí)》(JBll345)11級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為合格，之后再進(jìn)行2個(gè)T形接頭彎曲力學(xué)性能和2個(gè)機(jī)械性能金相試驗(yàn)(觀(guān)察、分析)，即宏觀(guān)酸蝕檢驗(yàn)，應(yīng)觀(guān)察2個(gè)金相面，檢驗(yàn)合格后，角接接頭焊接工藝方可視作合格與可行。

    2.1.5焊前準(zhǔn)備

    2.1.5.1鋼材：鋼結(jié)構(gòu)所采用的鋼材為碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)具有出廠(chǎng)質(zhì)量證明書(shū)及復(fù)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家現(xiàn)行的《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的規(guī)定。

    2.1.5.2下料：氣割前，麻將鋼材待切割醫(yī)域表面的鐵銹、污物等清除干凈；氣割后，還應(yīng)清除熔渣和飛濺物。

    2.1.5.3組袈：組裝前，零部件應(yīng)經(jīng)檢查合格，聯(lián)結(jié)接觸面和待焊邊緣每邊各30～50衄范圍內(nèi)的鐵銹、毛刺、污垢、冰雪等應(yīng)清除干凈。注意：避免強(qiáng)行剛性組裝。

    2.1.5.4焊前：焊條、焊劑應(yīng)按工藝規(guī)定烘焙使用，低氫型焊條經(jīng)烘焙后應(yīng)放入保溫橢內(nèi)，隨用隨取，同時(shí)，焊工應(yīng)復(fù)查焊件坡口質(zhì)量和焊區(qū)情況，當(dāng)不符合要求時(shí)，應(yīng)經(jīng)修整合格后，方可施焊；其定位焊工藝應(yīng)與實(shí)際焊縫同工藝，對(duì)、角接焊縫的兩端所設(shè)置的引弧板和收弧板長(zhǎng)度應(yīng)是：埋弧焊應(yīng)大于50mm，手工焊應(yīng)大于20m，其坡口與實(shí)際焊道等同。  

    2.1.6焊接：焊接時(shí)，不得使用藥皮脫落或焊芯生銹的焊條和受潮結(jié)塊的焊劑及己熔燒過(guò)的渣殼，同時(shí)，要求焊工應(yīng)遵守焊接工藝，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧與施焊。多層焊宜連續(xù)施焊，焊層間要及時(shí)清渣。 

    2.1.6.1埋弧焊接時(shí)，先焊層的焊接電流不宜太大，以防根部擊穿，而后焊層應(yīng)電流稍大些，目的是保證焊層間充分熔合，消除來(lái)焊透現(xiàn)象。同時(shí)注意焊縫焊偏及其首尾的銜接。

    2.1.6.2手工焊多用于現(xiàn)場(chǎng)安裝組焊和局部短小、位置狹窄處的施焊，特別應(yīng)注意層間缺陷如未熔臺(tái)、夾渣、氣孔和裂紋等的產(chǎn)生，高空作業(yè)除操作手法正確外，尤其要注意對(duì)稱(chēng)、分段退焊及相互照應(yīng)(焊速大體相當(dāng))，即要盡可能安排好讓數(shù)名焊工同時(shí)采用相同的焊接手法來(lái)完成焊接工作。

    2.1.6.3無(wú)論是埋弧焊，還是手工焊，焊接時(shí)，都應(yīng)盡可能地采用較小的焊線(xiàn)能量來(lái)施焊。目的是提高焊接接頭的機(jī)械性能和使用性能。  

    2.1.6.4焊縫山現(xiàn)裂紋時(shí)，焊工不得擅自處理，應(yīng)查清原因，訂出修補(bǔ)、返焊工藝后方可處理：焊縫同一部位的返修次數(shù)，不宜超過(guò)兩次，當(dāng)超過(guò)兩次時(shí)，應(yīng)按焊接返修制度處理并執(zhí)行。   

    2.1.6.5焊后：焊接完畢，焊工應(yīng)清理焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺物，檢查焊接外觀(guān)質(zhì)量。檢查合格后，焊縫規(guī)定部位應(yīng)打上焊工鋼印；同時(shí)，焊縫外形幾何尺寸應(yīng)符合同家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)焊縫外形尺寸》的規(guī)定，而且其焊縫外觀(guān)質(zhì)量應(yīng)符臺(tái)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205200I)中《焊縫質(zhì)量等級(jí)及缺陷分級(jí)》的規(guī)定，即：每批同類(lèi)構(gòu)件抽查l096；，但不應(yīng)少于3件，被抽查的構(gòu)件中，每種焊縫各抽查5處，總抽查處不少于5處，來(lái)進(jìn)行焊縫外觀(guān)質(zhì)量榆奇，要求焊縫外形必須均勻，成型良好美觀(guān)，過(guò)渡圓滑目無(wú)飛濺及焊渣；然后，碳索結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊縫冷卻到環(huán)境溫度后，方可進(jìn)行焊縫的探傷(RT)、(UT)檢驗(yàn)。其中：RT探傷應(yīng)符合CB3323--87中的Il級(jí)片要求方為臺(tái)格，UT探傷應(yīng)符合JBll345中的l級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求方為合格。探傷比例為20％。對(duì)局部施焊的個(gè)別難焊但要求又高的焊縫應(yīng)對(duì)整段焊縫進(jìn)行l00％的RT探傷。

3.焊接施工措施

    根據(jù)焊接工程施工的具體要求，將前述四部分焊接情況編訂為四部分方案措施，具體如下：   

    3.1鋼立柱的焊接方案

    3.1.l按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，本工程設(shè)有四根鋼立柱，每根按層數(shù)又分為6層：6X4-24(小節(jié))。先在加工廠(chǎng)壓容車(chē)間預(yù)制好各段立柱，經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)臺(tái)格后再運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝組焊。  

    3.1.2鋼立柱的焊接，是由厚鋼板在卷板機(jī)E滾圓焊接成型的大直釋徑鋼管組焊成柱之造型。鋼柱上的焊縫為對(duì)接焊縫應(yīng)先將車(chē)間預(yù)制的部件采用埋弧自動(dòng)焊焊接，然后，再將在現(xiàn)場(chǎng)組焊的部分采用手工電弧焊焊為一體。

    3.1.3焊接工藝評(píng)定合格后，又編制了更  詳細(xì)的具體焊接技術(shù)參數(shù)、不同部位的施焊運(yùn)  條操作手法及焊接工藝指導(dǎo)書(shū)等，以確保焊接  一次合格率力爭(zhēng)達(dá)到100％。

    3.2鋼結(jié)構(gòu)H型鋼主、次梁的焊接方案

    3.2.1依圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，錒桁架每層上設(shè)有4  段鋼梁，圍成一周與鋼立柱焊接成整體桁框架  的鋼結(jié)構(gòu)，共6層：6X4-24(段)，每層上的  鋼粱尺寸有異但結(jié)構(gòu)相同，現(xiàn)將這些粱分成主、次梁。這些梁應(yīng)在金屬結(jié)構(gòu)車(chē)間內(nèi)先焊接成段， 然后，構(gòu)件單元再經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，方可運(yùn)  至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝組焊焊成一體。

    3.2.2鋼結(jié)構(gòu)粱的焊接可分為H型鋼主粱、 次粱的角接和對(duì)接及預(yù)拚焊、預(yù)制，以及在安  裝現(xiàn)場(chǎng)的組焊。梁的焊接，有對(duì)接和角接焊縫，焊接時(shí)，必須合理安排焊接次序，否則，將使  粱的變形太大、甚至扭曲、拱翹，導(dǎo)致整體塔  架焊接變形過(guò)大，最終造成焊接工程不合格。   

    3.2.2.1粱的焊接措施分兩步

    a)對(duì)接：由若干小鋼板拼焊而成的二大塊翼板和一大塊腹板，其拼焊采用焊條電弧手焊焊接來(lái)完成，焊接時(shí)除換用E4315型電焊條外，具體操作與圖2所述的鋼柱剝焊相同。

    b)角接：在腹、翼板焊好后，再安裝組焊13型鋼結(jié)構(gòu)梁，涉及到八條長(zhǎng)約為l 2～1 7m  的角焊縫。這些焊縫必須采用H型鋼埋弧自動(dòng)焊專(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)拼焊及翻轉(zhuǎn)和矯正變形等程序來(lái)完成。焊接時(shí)，除堅(jiān)持分段退焊原則外，還應(yīng)  特特別注意上、下、斜等部位之間的對(duì)稱(chēng)施焊，以防扭曲、拱彎和變型嚴(yán)重而造成粱的報(bào)廢。長(zhǎng)角焊縫的焊接操做方法見(jiàn)圖l所示。

    3.3  鋼平臺(tái)、欄桿、扶梯．水平支撐和柱  粱聯(lián)結(jié)成鋼塔整體的焊接方案

    3.3.1鋼平臺(tái)、欄桿、扶梯、水平斜支撐和  柱、梁聯(lián)成塔體的焊接。焊接步驟：原則上在安  裝現(xiàn)場(chǎng)施焊完成。焊接采用焊條電弧手工焊。在  工廠(chǎng)焊制構(gòu)件單元，焊接采用埋弧自動(dòng)焊。

    3.3.1.1依圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，先在工廠(chǎng)下好節(jié)料，埋弧自動(dòng)焊接成段和構(gòu)件單元，后運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)組焊安裝。

    3.3.1.2水平及斜支撐框架的焊縫屬角環(huán)焊縫，要求使用E4315型電焊條和逆變式(直流)焊機(jī)來(lái)完成其焊接。焊接操作見(jiàn)圖2所示。

    3.3.1.3欄桿、扶梯的組焊屬對(duì)、角接掉縫，要求使用E4303型電焊條和弧焊變壓器(交流焊機(jī))來(lái)完成其焊接。焊接操作見(jiàn)圖2所示。

   

    3.3.1.4柱粱聯(lián)結(jié)：先將鋼柱上的柱角牛腿處的角焊縫采用圖2所示焊接工藝在車(chē)間內(nèi)  焊接在鋼柱腳上，然后，在施工現(xiàn)場(chǎng)完成其余  焊接(立、橫、斜、平加仰位等)。因?qū)俑呖諏?span>  施焊，加之待焊屬局部和困難情況，而且其焊  接區(qū)域焊縫質(zhì)量又要求高，焊接作業(yè)十分關(guān)鍵，稍縱即有塔體斷裂與倒塌之危險(xiǎn)，故焊接日_J，應(yīng)選派優(yōu)秀焊工來(lái)承擔(dān)此處局部焊縫的焊接工作，操作時(shí)，并應(yīng)十分謹(jǐn)慎、小心，在多層多道施焊時(shí)，必須選用E4315型、直徑為3．2mm、  5m的堿性焊條，嚴(yán)格按照350～4D0℃、2hr  要求進(jìn)行烘焙，用前放入保溫桶內(nèi)，隨用隨取。   

    3.4鋼煙囪、支架的焊接方案

    根據(jù)鋼煙囪及支架的設(shè)計(jì)要求，先在車(chē)間采用埋弧焊焊制成段，焊接時(shí)先焊縱縫，后焊環(huán)縫，焊接工藝及操作方法見(jiàn)圖l所示；然后，運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)，再按圖紙安裝組焊，聯(lián)結(jié)成體。

4.焊接操作要領(lǐng)

    4.1手工焊操作要領(lǐng)

    4.1.1盡可能壓低電弧，避免產(chǎn)生焊縫氣孔和熔池下墜形成焊瘤(仰焊)；

    4.1.2焊接線(xiàn)能量盡量小些，以利于提高焊縫的強(qiáng)、韌度和細(xì)化凝結(jié)組織：

    4.1.3注意交叉(十、丁字)焊縫聯(lián)接、拐向部位的局部接頭，其熔合必須良好。

    4.1.4立焊時(shí)的焊接電流要較橫焊小約l 5％左右，橫焊時(shí)的焊接電流要較平焊小約l 0％左右。

    4.2埋孤焊操作要領(lǐng)

    4.2.l埋弧焊時(shí)焊接電流、電壓、焊速、送絲速度必須匹配良好，以免影響焊縫的成形不良(如蘑菇狀或?qū)挾鴾\的低熔深情況的產(chǎn)生)。焊接熱輸入不應(yīng)過(guò)大，以免焊縫的韌性下降；

    4.2.2埋弧焊時(shí)焊絲應(yīng)光潔、無(wú)油銹，焊劑應(yīng)按規(guī)定嚴(yán)格烘焙。注意焊絲與焊劑的合理選擇、正確匹配。

    4.3焊接應(yīng)力與焊接變形的控制

    4.3.1鋼結(jié)構(gòu)單元構(gòu)架、構(gòu)件焊接完畢，宜用錘擊并火焰矯正，以利于降低焊接應(yīng)力和矯正焊接變形；

    4.3.2焊接時(shí)，應(yīng)盡可能選較小的焊接線(xiàn)能量，安排焊工對(duì)稱(chēng)分段退焊，以利于有效控制焊接變形。

參考文獻(xiàn)：

1．《鋼結(jié)構(gòu)連接方法及工藝》；主國(guó)凡等；2005年

2.《鋼绔陶工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》(ZJQ00一SG 005 2003)；中國(guó)建筑工程總公司；2003年   

3.《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205—2001

4．《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81—2002

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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