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钢结构和厚板焊接中出现的质量问题和解决办法

2019-08-26 14:53:00
孙辉
原创
993
摘要:钢柱、钢梁一般采用工厂加工,现场安装的施工方法,对于厚板焊接容易出现板材层状撕裂、整体变形(如挠曲、扭曲变形)、接头应力集中、焊缝产生裂纹及夹渣等质量问题,对钢结构安全使用产生较大影响。

钢柱、钢梁一般采用工厂加工,现场安装的施工方法,对于厚板焊接容易出现板材层状撕裂、整体变形(如挠曲、扭曲变形)、接头应力集中、焊缝产生裂纹及夹渣等质量问题,对钢结构安全使用产生较大影响。


措施

在钢结构深化设计阶段,为减少厚板焊接易产生的质量问题,从焊接节点设计到构件制作与工地安装焊接构造设计进行精心设计,并与钢结构设计单位进行详细沟通。

(1)焊接节点设计

在T形、十字形及角接接头设计中,当翼缘板厚度不小于20mm时,为避免或减少使母材板厚方向承受较大的焊接收缩应力,宜采取相关的节点构造设计。

(2)构件制作与工地安装焊接构造设计

要求焊缝与母材等强的对接接头,其纵横两方向的对接焊缝,宜采用T形交叉;交叉点的距离不宜小于200mm,且拼接料的长度和宽度不宜小于300mm;焊接箱形组合梁、柱的纵向焊接缝,宜采用全焊接透或部分焊透的对接焊缝;要求全焊透时,应采用衬垫单面焊;只承受静荷载的焊接组合H形梁、柱的纵向连接焊缝,当腹板厚度大于25mm时,宜采用全焊透焊缝或部分焊透焊缝;箱型柱与隔板的焊接,应采用全焊透焊缝;对无法进行 电弧焊接的焊缝,宜采用电渣焊接,且焊缝宜对称布置。H形框架柱安装拼接拼装接头宜采用高强螺栓和焊接组合节点或全焊接节点,采用全焊接节点时,翼缘板应采用单V形坡口加衬垫全焊透焊缝,腹板厚度如大于20mm,宜采用K形坡口,应反面清根后焊接;箱型框架柱安装拼接应采用全焊接头,并应根据设计要求采用全焊透焊缝或部分焊透焊缝。全焊透焊缝坡口形式应采用单V形坡口加衬垫。

(3)层状撕裂控制措施

采用双面坡口对称焊接代替单面坡口非对称焊接。采用低强度焊条在坡口内母材板面上先堆焊塑性过度层。采用低氢型、超低氢型焊条或气体保护电弧焊施焊。提高预热温度施焊。


(4)焊接裂纹相关预防措施

加强焊缝坡口的清洁工作,清除一切有害物质;加强焊前预热温度的控制;焊前对坡口根部进行烘烤,去除一切水分、潮气,降低焊缝中氢含量。严格控制熔合比:在保证材料可以焊接完全的情况下,严格控制钢材的母材融化金属在全部焊接缝中所占的比例,从而减少母材当中有害物质对焊接缝性能的相关影响。严格控制线能量:根据三维导热条件下的T8/5与焊接线能量的计算公式,对箱形构件角部和 埋弧焊的加热热效率,计算出线能量最佳范围为13812J/cm2-40492J/cm2。在实际焊接过程中,取计算线能量的中间范围值,焊接线能量应控制在23-37KJ/cm2的最佳范围内。从而达到控制焊接线能量的输入,达到控制厚板焊接质量之目的。

(5)焊接变形控制措施

厚板焊接填充熔敷金属量大,焊接热输入量高,故变形亦大,因此须对构件严格按工艺条件选择合理的焊接坡口形式,尽量选用双面坡口形式,只能单面焊接的焊缝选用窄间隙坡口形式,减少焊接热输入总量,能有效减少焊接变形。选择合理的 焊接方法焊接工艺参数。能量集中和热输入较低的焊接方法,可有效降低焊接变形。采用CO2气保焊较焊条电弧焊小得多。热输入量是影响变形量的关键因素,当焊接方法确定后,可通过调节焊接工艺参数来控制热输入量,在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下,尽量选择小的热输入。选择合理的装配和焊接顺序。可以采用部件装配-焊接法的构件,通过“化整为零,集零为整”的方式,能够有效减少制作过程中构件的刚性,有利于部件的翻身焊、对称焊,并通过对部件变形的矫正,能有效消减整体构件的焊接变形。可以对称施焊的焊缝采取对称同时同向施焊,当焊缝在结构上分布不对称时,如果焊缝位于构件中性轴两侧,可通过调节焊接热输入和交替施焊的顺序进行控制变形。对较长的焊缝采取分段退焊法和跳焊法,避免焊缝局部加热集中。


现场焊接防变形的措施:

焊接变形和控制焊接应力是焊接中保证构件焊接质量的重要方面,本项目采取的变形控制措施有:经安装及调整后,间隙仍大于18mm的焊接口,可以加设宽垫板,同时在靠近钢材母材的坡口进行焊接补缝,根部间隙达6~9mm,焊缝打磨完成后,还可以用UT设备进行探伤,直到检验合格后才能进行焊接。小于3mm的焊口,可以使用氧-乙炔火焰进行气刨或切割处理,从而修成标准坡口,最后保证间隙符合要求,完成后加设工艺垫板。喇叭接头,则采取不均匀的方式进行修补,最后达到均匀状态。焊接时尽量保证在较小的拘束度下焊接。采取对称施焊,减小焊接变形。

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