鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接工藝

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接，鋼材在焊接前后都有較大的溫度變化，容易發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)焊縫接頭區(qū)冷裂紋現(xiàn)象。因此，在寒冷地區(qū)焊接時(shí)保證鋼結(jié)構(gòu)中厚鋼板低溫焊接質(zhì)量是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文結(jié)合工程實(shí)例，闡述了鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接的工藝和技術(shù)措施，以供讀者參考。

關(guān)鍵詞：低溫焊接裂紋控制

中圖分類號(hào)：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）03（b）-0000-00

鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接對(duì)焊縫金屬危害的直接表征就是出現(xiàn)裂紋和工作狀態(tài)下發(fā)生脆斷，保證焊縫能夠滿足設(shè)計(jì)要求，采用合理的低溫焊接技術(shù)和工藝措施是工程質(zhì)量合格的關(guān)鍵。本文通過包鋼煉鋼轉(zhuǎn)爐150噸轉(zhuǎn)爐易地改造工程240噸吊車梁工程實(shí)例，淺析低溫焊接中厚板工藝和技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，為建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程在低溫下施工提供有益的參考。

1焊接工藝措施的選擇

接頭坡口形式：焊接接頭開坡口主要是為了保證電弧能深入焊縫根部，使根部能夠焊透。在選擇坡口形式時(shí)應(yīng)考慮保證焊縫焊透，坡口形狀易加工，提高勞動(dòng)效率，節(jié)省焊材，減小焊后變形的可能性等。因此，實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件采用合理的坡口形式。本工程鋼板對(duì)接焊縫采用X形坡口，T形接頭采用K形破口。

焊接材料：鋼結(jié)構(gòu)焊接接頭的質(zhì)量在很大程度上取決于所選用的焊接材料。焊接材料的選擇必須根據(jù)母材的成分、性能、接頭形式及質(zhì)量要求綜合考慮。焊接材料選擇不當(dāng)，熔敷金屬中摻入合金元素，易使焊縫過渡區(qū)產(chǎn)生脆相或裂紋，以及難熔化及產(chǎn)生集中的結(jié)晶層和擴(kuò)散層。因此，低溫下焊接，為保證焊縫不產(chǎn)生冷脆，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求下，優(yōu)先采用屈服強(qiáng)度較低、沖擊韌性好的焊材。本工程埋弧焊絲采用H10Mn2，焊絲采用ER50-2。

焊接順序：合理的焊接順序能夠有效地控制焊接變形。焊接順序一般先焊縮量較大節(jié)點(diǎn)、后焊縮量較小、先單獨(dú)后整體，分解拘束力的合理順序，從根本上減少撕裂源。本工程由于吊車梁的T型角對(duì)接組合焊縫比較長，由兩名焊工從中間同時(shí)向兩端進(jìn)行退焊。焊接時(shí)先焊吊車梁的下翼緣，以防吊車梁的下?lián)稀?/p>

2焊接方法與焊接工藝參數(shù)選擇

普通焊接方法的焊接工藝參數(shù)主要有焊條或焊絲直徑、焊接電流、焊接速度、電弧電壓、焊接層數(shù)等，本工程焊接方法主要采用的是埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊。

焊劑堆放：焊劑堆放要適中，一般焊劑堆放高度為25～50mm。焊劑粒度要根據(jù)電流確定，電流大時(shí)應(yīng)選用細(xì)粒度焊劑，否則焊縫外形不良；電流小時(shí)應(yīng)選用粗粒度焊劑，否則焊縫表面易出現(xiàn)麻坑。

焊接電流：焊接電流對(duì)焊接質(zhì)量的主要影響表現(xiàn)為：焊接電流過小，電弧不穩(wěn)定，易造成夾渣、未熔透、冷裂紋等缺陷，而且生產(chǎn)效率低；焊接電流過大，易造成咬邊、燒穿、熱裂紋等缺陷，同時(shí)飛濺增加。因此，在焊接時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏?。焊接電流的大小，主要根?jù)焊材類型、焊件厚度、接頭形式、焊縫空間位置及焊接層次等因素決定，其中最重要的因素是焊絲直徑和焊縫空間位置。

電弧電壓：電弧電壓由弧長決定，電弧長則電壓高；電弧短則電壓低。在焊接過程中，電弧過長會(huì)使電弧燃燒不穩(wěn)定；飛濺增加，熔深減少，出現(xiàn)氣孔等缺陷。因此要求短弧焊。

焊接速度：焊接速度對(duì)焊接質(zhì)量的主要影響表現(xiàn)為：焊接速度過小，母材易過熱變脆，焊縫過寬；焊接速度過大，焊縫窄，易造成夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。一般焊接速度的選擇應(yīng)與焊接電流相匹配，即焊接電流大時(shí)焊接速度也應(yīng)增大，焊接電流小時(shí)焊接速度應(yīng)減小。

焊接層數(shù)：焊接層數(shù)視焊件厚度而定。焊接層數(shù)多，有利于提高焊縫的塑性、韌性，但也可能造成接頭過熱和擴(kuò)大熱影響區(qū)等有害影響。因此，焊接層數(shù)需綜合考慮加以確定，原則上每層焊縫的厚度不應(yīng)大于4～5mm。

3焊接溫度控制

低溫下焊接的關(guān)鍵是防止焊接裂紋的產(chǎn)生。因此，準(zhǔn)確的預(yù)熱溫度、層間溫度、后熱溫度是防止裂紋產(chǎn)生的主要措施。

焊前預(yù)熱控制：在嚴(yán)寒地區(qū)焊接施工，必須采用焊前大范圍加熱的方法來消除焊接時(shí)母材與焊縫區(qū)的強(qiáng)烈溫差，消除明顯溫界，最大限度地減緩鋼材在板厚方向由脹時(shí)壓應(yīng)力到縮時(shí)拉應(yīng)力的轉(zhuǎn)換過程，盡可能地促使接頭在同軸線上均勻脹縮。所以合理選擇預(yù)熱措施、正確選擇預(yù)熱方式對(duì)控制裂紋的產(chǎn)生有著重要的意義。本工程采用火焰加熱的方法進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)接焊縫加熱采用大功率烤槍，預(yù)熱熱源采用氧─乙炔中性火焰，由操作者對(duì)稱加熱作業(yè)。T型角對(duì)接組合焊縫由于焊縫較長，采用烤槍加熱受熱不均，故沿焊縫長度方向布置一根鋼管，在鋼管上一側(cè)均勻開洞，通入天然氣燃燒進(jìn)行均勻加熱。預(yù)熱范圍沿焊縫中心向兩側(cè)至少100mm以上，并按最大板厚三倍以上范圍實(shí)施。加熱過程力求均勻，采用便攜式溫度儀隨時(shí)監(jiān)控，嚴(yán)格控制加熱溫度，確保焊縫均勻受熱。預(yù)熱的溫度測(cè)試須在離坡口邊沿距板厚三倍（最低100mm）的地方進(jìn)行。當(dāng)預(yù)熱范圍均勻達(dá)到預(yù)定值后，覆蓋保溫棉恒溫20分鐘-30分鐘。

層間溫度控制：在焊接過程中要嚴(yán)格控制層間溫度，一般保證持續(xù)、穩(wěn)定在120℃──150℃之間，每個(gè)焊接接頭應(yīng)一次性焊完。層間溫度的保持同樣采用以上方法進(jìn)行。在連續(xù)焊接過程中，應(yīng)檢測(cè)焊接區(qū)母材的溫度，使層間最低溫度與預(yù)熱溫度保持一致。如必須中斷施焊時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)暮鬅?、保溫措施，再焊時(shí)應(yīng)重新預(yù)熱并根據(jù)節(jié)點(diǎn)及板厚情況適當(dāng)提高預(yù)熱溫度。另外，二次加熱應(yīng)在首次加熱區(qū)域應(yīng)擴(kuò)大不少于一倍板厚的范圍。

焊后加熱控制：焊后加熱的作用是延長焊縫金屬從峰值溫度降到室溫的冷卻時(shí)間，使焊縫中的擴(kuò)散氫有充分的時(shí)間溢出，避免冷裂紋的產(chǎn)生，特別是延長焊接接頭從800℃～500℃冷卻時(shí)間，改善焊縫金屬及熱影響區(qū)的顯微組織，使熱影響區(qū)的最高硬度降低，提高焊接接頭的抗裂性。因此，在面層焊接完畢，應(yīng)立即實(shí)施焊后后熱過程。這不僅能使逐漸降下來的接頭溫度再度上升，而且能夠起到將焊接區(qū)域儲(chǔ)熱不均勻現(xiàn)象降低到最低程度的重要作用。焊后進(jìn)行后熱處理，后熱溫度為200℃-250℃，在寒冷地區(qū)焊后的后熱溫度應(yīng)較溫和地區(qū)相應(yīng)提高50℃—100℃。

焊后保溫：一切焊前預(yù)熱、中間加熱、后熱等都圍繞著消除驟冷驟熱、消除脹縮不均、延緩冷凝收縮為目的，但是僅上述措施還達(dá)不到目的。在達(dá)到后熱溫度后還需加蓋厚石棉布保溫，密封空氣流通部位，保溫的時(shí)間以接頭區(qū)域、焊縫表面、背部均達(dá)環(huán)境溫度為止。

4結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中，低溫焊接是冬季鋼結(jié)構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié)，必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的技術(shù)控制措施和焊接工藝措施，克服環(huán)境的不利影響，有效地提高焊接質(zhì)量和減小焊接變形。本工藝經(jīng)實(shí)踐證實(shí)對(duì)低溫焊接能夠有效地控制，但在工程實(shí)際的運(yùn)用中還應(yīng)具體問題具體分析，不斷地進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到最優(yōu)的效果。

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