焊接专项施工方案

1钢结构现场焊接专项实施方案工程项目编制：审核：批准：二〇一二年三月三十日第一章概述1.1工程简介1工程名称改造钢结构工程22工程地址3建筑面积4钢结构加固层数5建设单位6设计单位7总包单位8专业分包单位1.2结构形式介绍本工程地下一层、地上二层，结构形式为框架结构，结构原有柱网为9米x9米；xx位于本工程一、二层，改造内容为xx内(3-4轴~3-7轴、3－A轴~3-E轴之间)3－5轴～3－6轴交3－A轴～3－E轴框架柱(共计10颗)在一层拆除从而形成27米大空间。结构转换方案为跨层（跨越二层）钢桁架转换。负一层至一层3.55m段为30mm厚Q345B的钢包柱板箱体结构，3.55m至二层顶均为60mm厚的钢包柱板箱体结构。钢桁架转换层共有4榀钢桁架组成，B、C、D轴为HJ1，形式为分段桁架，按跨度分三段，E轴为HJ2，形式为通长双桁架。桁架型钢为60mm、70mmQ345B钢板。钢结构工程结构用钢总用量约880吨。1.3主要焊接部位本工程主要焊接部位如下序号施工部位1钢柱包板箱体四角的焊接32包柱加强型钢与箱体柱的焊接3桁架上下弦及腹杆的对接4桁架与箱体柱的焊接5中跨加强节点的焊接1.4现场焊接特点施工环境条件差，焊接工程量大，焊接操作空间小，工期紧。本工程为全焊接结构，焊缝均为全熔透焊缝，桁架部分焊缝均为全熔透一级焊缝。吊装分段多，现场焊缝长度长，加之厚板焊接，立焊多。焊缝位置复杂。第二章焊接工艺措施2.1焊接试验（1）试验目的由于本工程为60mm厚的钢板，需进行焊接工艺试验，以检测钢板的可焊性，和钢板焊接后的力学性能。同时采取现场试验，进行专业焊工的考试也可以考察焊工的焊接水平，以确定是否让其上岗焊接。的现场厚板焊接工艺试验，具体内容如下。（2）工艺试验项目及组对形式序焊接评定项焊接钢材牌号焊丝评定覆4（3）焊接环境本工程施工季节为4月，平均温度为20℃，焊接地点均位于室内，不用做防风棚。空气也较干燥，焊接环境稳定。（4）焊后探伤及力学试验1）、试件板焊接完成24小时后，委托专业单位对试件进行无损探伤检测。2）、力学试验项目：拉伸试验、弯曲试验。对这两项试验，分别进行5组，试样取样位置符合规范规定。2.2焊接措施（1）本工程焊接工作均在室内操作，不用考虑防风、防雨。但是对于室内焊接光线不是很充足，因此现场焊接施工照明措施是必须的。按照焊接施工现场照明要求布设照明灯。（2）焊前严格按照预热温度对焊缝进行预热，预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的2倍，且不小于100mm；必要时采用伴随预热的方法，确保预热温度和层间温度。具体预热温度要求如下表：焊缝预热温度表号目方法盖板厚mm接头形式板厚mm规格mm1板立焊对接60GMAWQ345BФ1.250-1054板横焊对接60GMAWQ345BФ1.255-1105（3）点焊焊缝预热温度同正式焊缝。（4）t≤40mm时采用火焰加热，t＞40mm时采用履带式电加热器加热。（5）严格控制焊缝层间温度，如下表所示。测温时采用远红外测温仪，测温点在焊缝坡口内部。焊缝层间温度控制钢材牌号接头最厚部件的板厚t（mm）40＜t≤6060＜t≤80t＞80Q345100℃100～200℃140～200℃（6）在进行的厚钢板焊接完成后，应在焊缝两侧板厚的2-3倍范围内。焊缝焊完应采取保暖措施，并使焊缝缓慢冷却，冷却速度应不大于10℃/min。考虑到板厚60mm并不太厚，加上气温较高的情况下，焊后保暖措施仅采取用石棉布包裹的方法进行保暖。保暖时间为1.5h。（7）后热仍采用电加热的方式，一方面加热均匀、持久，另一方面方便后热温度的控制。（8）气体保护焊采用的二氧化碳，气体纯度不宜低于99.9%（体积比），含水量不得超过0.005%（重量比）。瓶内气体高压低于1MPa时应停止使用。焊接前要先检查气体压力表上的指示，然后检查气体流量计并调节气体流量。钢材牌号接头最厚部件的板厚t（mm）t＜2525＜t≤4040＜t≤6060＜t≤80t＞80Q23536℃36℃80℃100℃120℃Q34536℃80℃100℃120℃160℃6第三章本工程的难点及对策（1）构件焊接残余应力与变形大本工程主体结构使用钢材均为厚板，由于是后期改造加固工程，施工空间狭小，与原混凝土结构贴合紧密，受到原结构的限制，焊工操作难度大，构件内有效空间十分狭小，大部分焊缝不得不采用外侧单面坡口施焊工艺，导致结构焊接时填充焊材熔敷金属量大，焊接时间长，热输入总量高，构件施焊时焊缝拘束度高，焊后残余应力和变形很大。如果不控制好变形量，极易造成构件综合变形。还会给安装带来难以想象的难度。（2）焊缝裂纹的发生可能性大由于厚板焊接时拘束度大，节点复杂，焊接残余应力大，焊缝单面施焊熔敷金属量大，施焊作业时间长，在焊接施焊过程中，稍有不慎易产生热裂纹与冷裂纹，有的甚至在焊后几天才出现（延迟裂纹）。本工程中出现大量厚板对接薄板的情况，对于两者厚度相差较大，如60厚Q345B厚板对接焊于30厚Q345B薄板的情形，由于焊缝质量难以保证，必须采取相应的特殊工艺措施进行处理。（3）层状撕裂倾向性大由于构件在板厚方向焊接拘束刚度大，加之厚板焊接容敷金属量大，易产生钢板厚度方向的层状撕裂；另外，厚板焊接连接部位的母材也容易产生层状撕裂，直接导致构件报废。从焊接理论与焊接实践中证实，层状撕裂缺陷最易产生在钢板厚度方向的“十字角接和T形角接”接头上，而此类接头在本工程中比比皆是。如何采取有效的工艺措施，预防控制焊缝裂纹与母材层状撕裂的发生并确保不利连接形式的焊缝质量，是本工程钢结构制作的一大难点。对策：针对高强、超厚板焊接过程中的特点与难点，本公司制定了全面的构件加工焊接工艺措施，从坡口控制、温度控制、过程控制、变形控制、残余应力消除等方面进行针对性的控制。第四章关键技术（1）坡口控制7在号料、切割过程中，对厚板焊接坡口形式的选择尤为重要，厚板的坡口一般应避开板的中心区域。此时主要采取的措施有：1）在满足设计要求焊透深度的前提下，坡口角度和间隙尽量小；在不增加坡口角度的情况下尽可能增大焊脚尺寸，以增加焊缝受力面积，降低板厚方向的应力值，即“小坡口”措施。2）在角接接头中采用对称坡口或偏向于侧板的坡口，使焊缝收缩产生的拉应力与板厚方向成一角度，可减小层状撕裂倾向。4）不同厚度的钢板对接，当t1-t23mm时即对厚板进行削斜过渡，保证对接削斜区延长尺寸，如图45所示。图6-7-45不同厚度钢板对接在组焊过程中注意采取上述坡口控制措施，基本可使焊缝连接强度平稳过渡，避免连接强度突变而造成应力集中、构件破坏；除可减小层状撕裂倾向外，还有利于钢板连接处的自动焊施焊以及焊接质量的提高。（2）温度控制厚板在焊接前，钢板的板温较低，施焊时电弧的高温度导致厚板在板温冷热骤变的情况下温度分布不均，焊缝热影响区容易产生淬硬，焊缝金属变脆从而产生冷裂纹。为避免此类情况发生，厚板焊前必须进行预热，加热时母材的最小预热温度按板材的不同厚度进行。1）预热时，焊接部位的表面用电加热均匀加热，加热区域为被焊接头中较厚板的两倍板厚范围，并不小于100mm区域。加热点应尽可能在施焊部位的背面。图4.2-7不同厚度钢板对接5(t1-t2)t1t28现场远红外电加热照片1现场远红外电加热照片22）厚板焊接时，因板温的冷却速度较快，造成温度下降，为了使温度缓慢下降，我方采用石棉布包裹密实，保温的方法进行控制。保温2～6小时后空冷，防止焊缝及热影响区内出现氢致裂纹。9焊接焊后保温措施实例（3）过程控制1）定位焊：由于厚板在定位焊时，定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却，造成局部过大的应力集中，引起裂纹的产生，对材质造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时，提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。2）多层多道焊：在厚板焊接过程中，应坚持多层多道焊，严禁摆宽道。由于母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，摆宽道焊接容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊，前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，保证焊接质量。3）焊接过程中的检查：厚板焊接不同于中薄板，需要几个小时乃至几十小时才能施焊完成一个构件，为便于及时发现并处理问题，必须加强对焊接过程的中10间检查。4）焊后检测：对于厚钢的超声波检测，应在焊后48小时或更长时间进行，如进度允许，也可在构件出厂前再次进行检测，以确保构件合格，避免延迟裂纹对工件的破坏。（4）变形控制厚板的角接、对接焊缝，坡口大，焊接填充熔敷金属量大，焊接热输入量高，变形亦大。控制焊接变形的主要措施有：1）厚板对接焊后的角变形控制。为控制变形，必须对每条焊缝正反两面分阶段反复施焊，或同一条焊缝分两个时段施焊。施焊时注意随时观察其角变形情况，准备翻身焊接，以尽可能减少焊接变形及焊缝内应力。2）合理的焊接顺序选择与控制合理的焊接顺序，既是防止焊接应力的有效措施，也是防止焊接变形的最有效的方法之一。根据不同的焊接方法，制定不同的焊接顺序，埋弧焊一般采用逆向法、退步法；CO2气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法；编制合理的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度”。对于本工程桁架的焊接，为了减小变形量，我公司采取从桁架中间向两端安装焊接的顺序，一面中间焊接的应力和变形有所释放。先安装焊接5-6轴线的桁架连接节点，再安装焊接4-5和6-7轴线的桁架连接节点。113）对结构进行优化设计结构中节点设计的合理性对构件的焊接变形影响关系很大，深化设计时应考虑的因素包括：构件分段易于切分；焊缝强度等级要求合理，易于施工；节点刚度分配合理，易于减少焊缝焊接时的拘束度等。第五章现场焊接质量保证措施（1）焊工培训厚板现场焊接的质量与操作者的水平和执行焊接工艺的能力有直接关系。由于每个工程的原材料和结构特点均不相同，在开工之前，即使是持有有效焊工证的也必须进行针对性的焊接培训，以熟悉现场作业环境及母材的特性。（2）严格执行焊前、焊后的热处理工艺，执行我公司制定的质量保证措施。（3）采取合理的焊接顺序。1）分段对称焊接对于包柱钢板的焊接采取从下到上的分段焊接。对于包柱板每段的焊接采取对称焊接的原则进行焊接。由两个工人分别在对角边沿焊缝同向焊接。2）桁架从中间到两边焊接对于桁架的焊接。先焊接3-5轴和3-6轴的梁柱节点。然后再焊接3-4和3-7轴的梁柱节点。对于3-5轴和3-6轴的节点，由于属于加固核心节点，应先焊接柱梁节点，然后焊接里面的加劲板，保证最里面的加劲板3面焊接。随后焊接外面一块加劲板。最后焊接斜包板。为了防止变形，主梁焊接时也应采取对称焊接。（4）加强焊接过程中的变形监测焊接变形虽然会影响构件的安装质量，但也是可以利用的。在现场焊接作业前，焊工可以提前了解构件的安装误差，适当地利用焊接变形消除部分安装误差。对于比较重要的构件，为避免焊接完成后变形过大，在焊接作业过程中，应对焊接结构进行同步监测，一旦发现变形超标，应及时调整焊接顺序或焊接速度，以保证最终的钢结构施工质量。12附焊接流程图：操作平台、防护架安装焊接试验和工艺评定施焊顺序和焊接条件确认确认合格气候条件检查；接头组装质量检查；坡口间隙测定、坡口形状、角度、钝边和坡口面清理情况检查，衬板角板检查；焊机、工具、安全检查，易燃易爆物防护；焊接材料检查；气体纯度以及气路检查；安装施焊条件检查。检查引弧板\熄弧板预热预热温度测试时间位置控制定位焊低氢焊条打底焊焊条或焊丝焊接焊中检测工艺流程、电流、电压检查；.焊道清渣、层温检查；.焊道质量检查；.二氧化碳气体流量、纯度、压力检查；送丝稳定性、焊丝伸出长度检查；导电嘴、保护气罩检查。焊接完成焊工自检焊缝外观检查填写外观质量检查记录打磨超声波探伤检测检测报告不合格合格缺陷修整焊接场地清理扫返修记录、验收