大跨度焊接技术V4

建筑钢结构焊接技术交流会（2014年11月）技术管理部目录一、焊接上的几个术语二、大跨度钢结构焊接技术三、焊接质量控制四、CO2气体保护焊技术一、焊接上的几个术语一、焊接上的几个术语E＝η*A*V/UE-线能量（热输入量）KJ/cm；η-总效率（CO2气体保护焊0.75～0.90、埋弧焊0.80～0.95,、焊条电弧焊0.75～0.85）；A-焊接电流（A）；V-电弧电压（V）；U-焊接速度（cm/min）线能量综合了焊接电流、电弧电压和焊接速度三大焊接工艺参数对焊接热循环的影响。线能量增大时，热影响区的宽度增大，加热到高温的区域增宽，在高温的停留时间增长，同时冷却速度减慢。线能量（单位面积热输入)一、焊接上的几个术语Ceq（CE）定义：碳当量就是把钢中包括碳在内的，对淬硬，冷裂纹及脆化有影响的合金元素含量(质量分数)，换算成碳的相当含量。碳当量通过对钢的碳当量估算，可以初步衡量低合金高强度钢冷裂纹敏感性的高低，从而确定焊接工艺条件如预热温度，焊后热处理，线能量（电压、电流、焊接速度）。钢的强度越高，焊接越难的一个重要原因就是其碳当量也随之提高！一、焊接与结构的关系E总=E有＋E损+σ残＋ε=1E总--焊缝的总能量E有--冶金反应形成焊缝有有用能；E损--焊接过程中的损耗，无用功，包括幅射，对流和传导方式损失的能量；σ残--焊接残余应力（短时间内为一常量）ε--焊接变形的定量测量应力与应变一、焊接与结构的关系应力与应变当冶金反应结束后：因E有能在冶金反应中转化为焊缝成型、E损在幅射、对流、传导中损失。σ残＋ε＝C＜1C--为常量，从理论上分析，焊接残余应力和变形是存在同一焊件的不同能量形成，服从于能量守恒定律，矛盾的双方相辅相成，并可以互相转化，减少一方必须增大另一方。一、焊接与结构的关系应力与应变工程案例二、大跨度焊接技术二、大跨度焊接技术网格结构的焊接网格结构的压杆长度不够时允许拼接一次，拼接焊缝通常采用全熔透焊接。焊接时可将圆管分为四等分，采用半自动CO2气保焊依次焊接，焊接位置采用立焊、爬坡焊进行。注意应采用分层多道焊接，每层的接头起熄弧处宜错开30～50mm。21焊完后旋转90°4345°45°45°45°二、大跨度焊接技术网格结构的焊接钢管相贯焊缝（包括钢管与节点板及焊接球相贯连接焊缝）要求如下：相贯焊缝应沿全周连续焊接并平滑过渡；当多根支管同时交于一节点，且与主管同时相贯时，焊接顺序应优先直径大和壁厚厚的支管；支管与主管相贯处一律满焊。二、大跨度焊接技术网格结构的焊接圆管相贯时，支管端部的相贯线焊缝位置沿支管的相贯线位置分为A（趾部）、B（侧面）、C（踵部）三个区域。二、大跨度焊接技术网格结构的焊接当支管壁厚≤5mm时，采用全周角焊缝；当支管壁厚＞6mm时，所夹锐角≥75°时，采用全周带坡口的全熔透焊缝。当支管壁厚＞6mm时，所夹锐角＜75°时，A、B区采用带坡口的全熔透焊缝，C区采用带坡口的部分熔透焊缝（当夹角＜35°时可采用角焊缝），各区相接处坡口及焊缝应圆滑过渡。二、大跨度焊接技术网格结构的焊接对全熔透和部分熔透焊缝，其有效焊缝高度he＞1.15t，且he＜1.25t），最小焊脚尺寸s为1.5t（t为支管的壁厚）。二、大跨度焊接技术网格结构的焊接对全熔透和部分熔透焊缝，其有效焊缝高度he＞1.15t，且he＜1.25t），最小焊脚尺寸s为1.5t（t为支管的壁厚）。二、大跨度焊接技术暗节点板加强的相贯节点焊接焊接难点连接板与槽口的焊接采用全熔透坡口，一方面背部衬垫加设比较困难，另一方方面，焊缝密集，焊接量很大而且容易变形。二、大跨度焊接技术暗节点板加强的相贯节点焊接解决方法：1、不加设衬垫：采用单面焊双面成形技术，连接板与上槽口的焊接不加设衬垫，逐步堆焊，完成焊缝填充；上槽口焊接完成后，翻身堆焊下侧坡口焊缝。2、加设衬垫：设置小工装或开设手孔，待加强板插入后，先将衬垫平推入槽口内，再进行直立。3、为减少变形，采用两边对称焊接完成主弦杆与补强板的焊接，然后进行次弦杆两侧的对称焊接，最后进行相贯焊接。焊接前，弦杆施加刚性约束。二、大跨度焊接技术铸钢节点焊接铸钢节点的焊接要素：1、控制热输入量2、减少焊接应力3、防止焊接氢致裂纹的产生焊接注意事项：1、严格执行预热、层间温度控制措施2、铸钢节点焊缝一旦开始焊接，整条焊缝必须连续焊完，中途不得停顿。3、焊接工程结束后，应当立即进行“紧急后热”，并保温缓冷。二、大跨度焊接技术45º倾斜焊接管斜45°对接焊，焊接过程中管子固定在45°位置，不准转动，焊接难度大，必须同时掌握平焊、立焊、仰焊三种位置的焊接技术才能焊出质量优良的焊缝。焊接分左右两个半周进行，焊接方向由下向上，从仰焊位置起焊，在平焊位置收弧，先焊哪一侧可根据自身习惯选择。焊工宜双手持焊枪，以保证焊枪快速、稳定的运动。二、大跨度焊接技术45℃倾斜焊接打底焊在仰焊部位5点钟（或7点钟）位置处引弧，起焊时在焊缝的上侧坡口引燃电弧，当坡口根部熔化、熔池形成后，快速将电弧移动到下侧坡口根部，搭桥形成一个背面成形完整的熔池，待下侧坡口熔合后迅速回拉灭弧，随即快速将焊枪移至上侧坡口，再次引弧，向下侧坡口移动，熔合下侧坡口后灭弧，依次循环。焊枪角度图枪运行轨迹二、大跨度焊接技术45℃倾斜焊接盖面焊盖面焊同样采用灭弧焊法，起焊点位置与打底焊基本相同，在焊道上接近上侧坡口边缘3-5mm处引燃电弧，快速移动到上侧坡口处。将坡口边熔化形成熔池，稍作停顿后匀速将电弧斜拉（向焊接方向）至下侧坡口，待电弧将坡口边缘熔化后，将电弧向后上方回拉约5mm迅速灭弧，随即移动焊枪至上侧坡口，压住第一个焊波引燃电弧，运动焊枪重复前一焊接程序直至前半周焊接完成。二、大跨度焊接技术厚板焊接技术建筑钢结构焊接工程中厚钢板得到越来越大量的使用，国家体育场“鸟巢”钢结构焊接工程中Q460-Z35厚度110mm；Q345GJD100mm；北京新保利使用轧制H型钢板厚度达125mm（ASTMA913Gr60），深圳大运会铸-锻件厚度达到200mm，单个焊口焊丝熔重达650公斤，这些基本代表了我国建筑钢结构焊接工程的用钢厚度。建筑钢结构厚板焊接技术得到了很大发展，是一项方兴未艾的实用技术。二、大跨度焊接技术厚板焊接技术坡口小易形成窄而深的形式，焊缝成型系数偏小，影响一次结晶、容易产生区域偏析；在拘束应力大的前提下进而导致焊接热裂纹的产生。坡口加大，不仅仅焊接量大大增加，焊缝的焊接残余应力也大大增加，这对钢结构体系初始应力的控制极其不利，同时也影响工程工期。厚板焊接接头坡口设计根据实践经验：坡口角度应为30～35度为宜，具体角度应根据厚度变化而变化。二、大跨度焊接技术厚板焊接技术预热、后热采用远红外电加热技术厚板焊接的关键是防止焊接裂纹的产生，准确的预热、层间温度、后热温度是防止裂纹产生的关键，特别是厚板高强钢的焊接尤为重要，这是因为准确控制预热温度、层间温度和后热温度将获得合适的t8/5、直接影响和控制高强钢裂纹产生三要素既：扩散氢含量；硬淬倾向和拘束应力。二、大跨度焊接技术厚板焊接技术组合焊接工艺打底焊：采用SMAW（焊条电弧焊），主要有两个目的，其一：解决GMAW、伸出干丝过长影响焊接质量的矛盾，提高打底焊缝成型质量。其二：SMAW同GMAW相比较，焊缝稀释率相对较低，这对提高焊缝金属的综合指标比较有利。填充焊：采用GMAW（实芯C02气体保护焊），主要的目的是利用GMAW的高效及熔深相对较大的优点，提高焊接质量和效率。盖面焊：采用FCAW-G（药芯CO2气体保护焊），主要是提高焊缝的表面质量，获得良好的观感效果。二、大跨度焊接技术厚板焊接技术多层多道错位技术所谓多层焊技术,不是一次成型，而是多层成型，焊接运条手法允许摆动，焊接厚度一般不控制，适合低碳钢厚板焊接；多层多道焊就是在多层焊的基础上，焊接手法上不允许摆动，焊接厚度要明确规定，以限制焊缝的热输入量，多层多道错位焊接技术就是在多层多道焊接技术的基础上，加入焊接接头每一道次错位连接，即：接头不在一个平面内，通常错位50mm以上。这种技术特别适合于高强钢厚板的焊接。二、大跨度焊接技术厚板焊接技术多层多道错位技术多层多道错位焊接技术的显著优点就是焊接HAZ高温停留时间短、且上一层次对下一层次进行了有效的热处理二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术复杂钢结构体系中的热裂纹冷裂纹厚板工程中的层状撕裂建筑钢结构焊接工程中，焊接裂纹的产生主要有三种形式；在三种裂纹中层状撕裂是最危险的焊接缺陷。二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术冷裂纹二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术热裂纹二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术层状裂纹二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术在复杂钢结构厚板焊接工程中，层状撕裂是最危险的焊接缺陷，由于设计和建筑美学的需要，在钢结构设计的焊接接头不合理甚至错误，往往需要在工程的实践中加以克服。层状撕裂定义：在焊接接头设计不合理或错误和焊缝质量差的前提下，在焊接过程中钢板厚度方向受到较大的拉伸应力，就有可能在钢板内部出现沿钢板轧制方向具有阶梯状的裂纹，这种裂纹称层状撕裂。钢板愈厚、钢板内部的非金属夹杂物愈多、拉伸应力愈大，焊缝表面质量愈差、产生层状撕裂的危险性愈大。二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术预防为主是防止层状撕裂产生的主要技术措施。抓好焊接接头坡口设计关1抓好设计选材关2确认最佳焊接工艺3层状撕裂处理技术4二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术抓好焊接接头坡口设计关二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术抓好设计选材关LTR＝INF(A)+INF(B)+INF(B)+INF(C)+INF(D)+INF(E)LTR(LamellarTearingRisk的缩写)意思为：层状撕裂的危险性。INF(Infiuener的缩写)，意思为：“影响”，后面的A、B、C、D、E表示某因素X的影响。LTR为正值时，表示具有大的层状撕裂危险，其值越大，危险性越大；当LTR为负值时，表示具有抵抗层状撕裂的性能，且绝对值越大，抗层状撕裂的性能越好。1.钢材的断面收缩量对层状撕裂的影响2.母材性能的影响3.接头形成方式的影响二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术抓好设计选材关二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术采用特殊的焊接工艺a.采用合理科学的焊接顺序，尽量减少焊接应力；b.预热和后热，尽量减少和释放应力；c.选择高效、大熔敷、深熔的减少焊接次数的低氢焊接方法和低氢型焊材，并严格遵守操作要领，焊材强度适中，有足够的韧性，由此提高接头抗裂能力；d.采用非常规的道间消除应力方法，比如捶击、打渣等行之有效的方法；e.后热结束后用砂轮把焊缝的余高磨去一层，此举的目的是释放部分应力，消除应力集中点，消除焊缝表面的硬淬组织，彻底消除产生层状撕裂的一切环境条件。二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术层状撕裂处理技术1.首先应用UT，MT，PT探明层状撕裂产生的部位、深度，不漏过任何已经出现的层状撕裂裂纹。2.必须采用机械钻孔的工艺、对所有层状撕裂裂纹的两端钻止裂孔，钻孔直径8mm-10mm，钻孔深度在UT检测深度的基础上加约3mm，裂纹较长的中部可以增加钻孔数量，此举的目的是破坏由于焊缝收缩形成的强大拉伸应力场。3.钻孔完成后，对处理表面预热80℃，然后进行气刨，气创深度以钻孔深度为准，同时必须刨除层状撕裂裂纹两端各50mm的完好金属。4.对刨削的坡口进行打磨，应用MT或PT检测，如果存在裂纹，还必须刨除打磨，直到裂纹消除为止。5.采用低强配比应用抗裂性能好的低氢型焊条进行多层多道焊，采用合理的焊接工艺，尽量减少焊缝的截面积，确定合理的(T℃)。6.焊接后进行去氢（250℃-300℃、保温一小时）。二、大跨度焊接技术裂纹控制和处理技术层状撕裂处理技术没有钻孔直接气刨后果严重三、焊接质量控制三、焊接质量控制焊接质量控制的三个阶段1.焊接前2.焊接中3.焊接后三、焊接质量控制焊接前1人员管理2图纸审查3焊接准备4材料5坡口准备6坡口表面7预热（如需要）充分的准备＝成功的一半！三、焊接