浅析钢框架结构现场焊接工艺

摘 要

钢结构与传统混凝土结构相比,钢结构的截面小、重量轻,便于交通运输及安装；绿色、节能、环保,易改造和拆除,材料回收及循环再利用率高；钢结构构件易于在工业厂房内制造;机械化加工制造精度高、生产效率高、现场加工装配速速快、施工周期短等诸多优点已在市政桥梁、重工业厂房、民用机场大量使用。

在“装配式建筑+新基建”发展的推动下，钢结构逐渐从“高、大、特、新、难”向标准化、模块化房建建筑产品转变。然而,焊接仍然是目前各种钢结构最主要的连接形式,其质量直接决定了钢结构的安全、耐久性。本文重点介绍钢框架体系在房建建筑项目中的现场焊接工艺、焊接顺序、焊接准备、焊接环境、垫板和引弧板、焊接质量检验等方面的应用进行论述。

一、钢结构简介

南区地下2层，基顶标高-10.2 m，地下层顶标高-4.3 m，一层顶标高+2.2 m。钢结构为单层结构，包括22根十字形柱和7根钢梁，均为H型钢，柱间跨度26.9m、16.4m，南区钢结构用量约270t,材质均为Q355B。

图1-1南区地库钢结构模型图

北区，地下二层均主要采用现浇钢筋混凝土梁板结构，地上主要采用钢框架结构体系，钢结构部分包括地下十字柱，地上箱型、圆型柱以及“H型”框架梁组成，柱间跨度9.0m，北区主楼钢结构总用量为3230t。南区及北区钢结构总量约3500t，材质均为Q355B，北区主楼钢结构模型见图1-2所示。

图1-2 北区主楼钢结构模型图

二、典型焊接接头工艺

本工程钢结构的对接焊缝型式主要为十字柱对接焊，圆管柱对接焊、箱型柱对接焊，焊接位置为横焊。主梁上下翼缘与钢柱牛腿为H型对接焊，焊接位置为平焊。次梁与主梁采用高强螺栓连接。

1、十字型柱对接

（1）坡口形式

图2-1 十字钢柱对接坡口形式

（2）焊接位置：横焊

（3）焊接方法：SMAW、GMAW

（4）焊接顺序

图2-2 十字钢柱对接焊接顺序

十字柱腹板和翼缘板不同时焊接，翼缘板焊接时，两人对称同时焊接，焊接时加引弧板、引出板；采用多层多道焊。

2、“H型钢”与“H型钢”栓焊连接

（1）坡口形式

图2-3 “H”型钢梁对接坡口形式

（2）焊接位置：平焊

（3）焊接方法：GMAW和SMAW

（4）焊接顺序：

对腹板高强螺栓扭矩初拧，之后进行翼缘板焊接，焊接结束，待翼缘板焊缝冷却之后，再对腹板高强螺栓进行终拧。

3、圆管与圆管之间对接

（1）坡口形式

图2-4 圆管柱对接焊缝坡口形式

（2）焊接位置：横焊

（3）焊接方法：SMAW、GMAW

（4）焊接顺序

图2-5 圆管柱焊接顺序

1）先由两名焊工在①、③两侧对称焊至板厚的1/3处时，切去耳板A、C。

2）然后在②、④侧仍由两名焊工对称焊至板厚的1/3处，切去耳板B、D。

3）再由两名焊工分别承担各自的半圆面的焊接。如此反复进行直至完成多层多道焊接。

图2-6 圆管柱焊接顺序

4）层间焊道接头应错开30-50mm，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开。每道焊完要及时清除焊渣、飞溅，焊接过程中注意检测层间温度。

4、箱型柱对接

（1）坡口形式

图2-7 箱型钢柱对接坡口形式（也可用于圆管钢柱对接）

（2）焊接位置：横焊

（3）焊接方法：SMAW、GMAW

（4）焊接顺序

1) 整体上对称施焊，每道焊口由2名焊工同时对称施焊。先焊腹板对接焊缝，后焊翼缘板对接焊缝，采用包角围焊。焊接顺序如图2-8所示。

图2-8 箱型柱对接焊接顺序示意图

2)采用多层多道焊，焊接接头应错开。层间焊道接头应相互错开30-50mm，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开。每道焊完要清除焊渣、飞溅，采用砂轮或碳弧气刨清除过量的焊缝金属，焊接过程中注意检测层间温度。

三、材料选用及焊接方法

1、焊接方法及焊接材料的选定

根据本工程中母材性能、结构的接头形式、焊接的施焊位置等技术要求及本公司的设备条件，本项目钢结构所用材料材质为Q355B。现场焊接Q355B采用半自动药芯焊丝二氧化碳气体保护焊（FCAW-G），焊条电弧焊（SMAW）点焊、定位。具体焊接方法及其相应的焊接焊材选用见下列表3.1。

表3.1 焊材选用

2、焊材管理

焊材应按焊材管理制度严格管理：

(1) 焊材的材质证明文件齐全，并经检查确认合格后方可入库。

(2) 焊材应由专人管理，并作好发放记录。

(3) 焊条要按规定烘烤。烘干焊条时，应防止将焊条突然放进高温炉内，或从高温中突然拿出冷却，以防止焊条因骤冷骤热而产生药皮开裂现象。

(4) 焊条烘烤次数严禁超过三次。

(5) 不得使用药皮脱落的变质焊条。

(6) 焊条随用随取，领出的焊条应及时放入保温筒内，剩余的焊条应当天还回库房。

四、焊接通则

1、焊工人员要求

（一）焊工

（1）焊接工作应由取得相应项目、并在有效期限内的焊工特种作业操作证的焊工承担。参与本工程的所有焊工（含定位焊工）必须经过培训经模拟考试合格后取得相应的上岗证书方可上岗，并在其允许范围内操作。

（2）焊工在焊接过程中应严格执行工艺操作规程，并对其焊接的产品质量负责。

（3）对焊前准备不符合技术要求的构件，焊工有权拒绝施焊并上报主管工程师。

焊接工程师应具备建筑钢结构焊接生产、施工的总体规划管理和技术指导的工作能力。

2、焊前准备事项

（1）焊前应进行技术和安全交底。

（2）焊接工艺评定合格后方可进行正式焊接。

（3）碱性焊条在使用前必须按规定烘焙，碱性焊条的烘焙温度为350℃。烘焙1h后缓冷放置于150℃保温箱中存放，随用随取，焊条应放入保温筒内。

（4）衬板应按规定的规格制作加工，保证其尺寸，坡口要符合标准。

（5）对接焊缝两端必须配置引弧板和熄弧板，其材质应和母材相同，坡口形式应与被焊焊缝相同。焊接完成后，应用火焰切割去除引弧板和熄弧板，并修磨平整。

（6）在焊接前将坡口表面、坡口边缘内外侧20mm范围内的油污、铁锈等杂物清除干净，露出金属光泽。

（7)定位焊可采用手工焊条电弧焊，焊接要求同正式焊接。定位焊应牢固可靠，定位焊不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷。

(8)施焊前，应复查组装质量、定位焊质量、焊接部位的清理情况，如不符合要求，应修正合格后方可施焊。

(9)焊条电弧焊和自保护药芯焊丝电弧焊，其焊接作业区最大风速不宜超过8m/s、气体保护电弧焊不宜超过2m/s时，如果超出上述范围应采取有效的防风措施后方可施焊。

(10)雨天或相对湿度大于90%时，采取有效防护措施后方可施焊。

3、焊前预热控制措施

焊接前，对于板厚≥40mm的钢板或工艺有预热要求的节点部位应严格按照要求进行预热，预热方法和温度可根据板厚并参照焊接工艺评定选择，预热温度不得低于对应的焊接工艺评定的预热温度。预热范围为坡口两侧三倍板厚范围，且不小于100mm。不需预热的接头部位在焊接前也应用火焰进行去湿烘烤处理。

预热温度选择以接头部位最厚板厚为准，板厚与最低预热温度见表4-1。

表4-1 板厚与最低预热温度

4、定位焊

（1）由持有焊工合格证的焊工担任。

（2）定位焊必须避免在产品的棱角和端头等强度和工艺上易出问题的部位进行，坡口内尽可能避免进行定位焊，定位焊在构件的起始端应离开端部20-30mm。

（3）定位焊所用的焊接材料应与正式焊缝的焊接材料相当，定位焊缝厚度不应小于3mm，长度不应小于40mm，其间距宜为300mm-600mm,定位焊焊条的最大直径不超过Φ4mm。

（4）定位焊缝若不得以在坡口内进行时，其焊缝高度应小于坡口深度的2/3，长度宜大于40mm。

（5）定位焊的长度和间距，视母材厚度、结构长度而定。

（6）定位焊后应及时清除焊渣并进行检查，若发现定位焊后有裂纹或气孔等影响焊接质量的缺陷应在正式焊接前清除干净后，并重新进行定位焊。

5、焊接引熄弧板

（1）对接、T型对接、角接焊缝、应在焊缝始、终端安装焊接引熄弧板。

（2）引熄弧板坡口应与主焊缝坡口吻合，也可用碳弧气刨刨出坡口。

（3）引弧板、引出板和钢衬垫板的钢材应符合《GB50661-2011》第7.9.1的规定，其强度不应大于被焊钢材强度，且应具有与被焊钢材相近的焊接性。

（4）在焊接接头的端部应设置焊缝引弧板、引出板，应使焊缝在提供的延长段上引弧和终止。焊条电弧焊和气体保护电弧焊焊缝引弧板、引出板长度应大于25mm。

（5）引熄弧板在去除时，应用氧乙炔气割，不得用锤击落。在距离母材1-3mm处割去后，然后用砂轮打磨光顺，与构件表面齐平。

6、环境气候对焊接影响

（1）当环境温度低于0℃时但不低于-10℃，应采取加热或防护措施。

（2）焊接环境低于-10℃时，必须进行相应焊接环境下的工艺评定实验，并应在评定合格后再进行焊接。

（3）在强风的环境中焊接，应在焊接区域周围设置挡风屏。

（4）焊接区域的相对湿度不得大于90%。

7、焊接过程

（一）焊接引熄弧

（1）始焊时引弧应在引弧板上进行，焊接过程再引弧应在焊缝坡口内，不允许在非焊接区的母材表面上引弧，以防将母材划伤。

（2）收弧时应将弧坑填满，避免收弧时出现弧坑裂纹。在焊缝未端收弧时应在熄弧板上进行。

（二）对接焊缝

（1）要求熔透的双面对接焊缝，在一面焊接结束，另一面焊接前应彻底清除焊根缺陷至露出焊缝金属光泽，方可进行焊接，但采用埋弧自动焊并能保证焊透的情况下，允许不进行清根。

（2）采用背面钢垫板的对接坡口焊缝，垫板与母材之间的接合必须紧密，应使焊接金属与垫板完全熔合。

（3）对接焊缝，除特别指定以外，应使焊缝余高最小，余高值不得超过3mm，并平和过渡至母材表面。

（三）贴角焊接

（1）贴角焊缝的两侧焊脚不得有明显差别，对不等角贴角焊缝要注意保证焊脚尺寸，并使焊趾处平滑过渡。

（2）贴角焊缝一般成弧形圆滑过渡。

（3）贴角焊缝在构件的端部转角处应有良好的包角焊。包角焊缝的高度应为1.2倍的焊脚尺寸，包角焊缝的起落弧点应距端部10mm以上。

（四）部分熔透焊接

部分熔透焊缝的焊接，焊前必须检查坡口深度，以确保要求的熔透深度。

8、焊缝完工的清理

焊工焊接完成后，清理焊缝，清除焊渣和焊飞溅，仔细检查焊缝外观质量，检查后交验，并在合格焊缝附近加盖焊工印章。

9、现场焊接接头的保护

现场焊接接头及钢结构件两侧50-100mm范围内不得进行工厂涂装，可提前使用自粘纸临时保护焊接。

五、焊接检验

焊接检验分为焊前、焊中、焊后检查。由施工班组(铆工、焊工)、焊接检查人员、无损检测人员负责。

1、焊前检查

检查内容

（1）坡口型式、坡口面加工质量、装配质量(间隙、错边、衬垫、引弧板)等。

（2）坡口清理质量。

（3）防风措施是否可靠（用风速仪测焊接区域风速）。

（4）预热温度（需要预热时）。

（5）焊条烘烤情况。

（6）焊接设备状态。

（7）焊工合格证，焊工是否接受焊接交底。

（8）经检查不符合工艺或标准要求的，应进行整改，复检合格后方可焊接。

2、焊中检查

（1）检查内容

检查焊接工艺执行情况，如焊接参数、焊渣清除、焊接顺序等。

（2）焊接过程中发现缺陷应立即清除。

（3）焊缝焊接完毕，焊工应立即清除熔渣、飞溅、焊瘤等物，并进行外观自检，对表面缺陷立即清除、修补。

来源：建筑人666