人防薄钢板圆形风管焊接施工工法

1、人防薄钢板圆形风管焊接施工工法广东省工业设备安装有限公司黄汝真 曾勇泉 林奕周 赵创鑫 叶永成1.前言为了提高人防工程的施工水平，降低工程造价，保证工程质量。战时人民防空区通风系统工程安装中，人防区除尘滤毒室的各设备与风管的连接，以及设备与设备之间的连接，风管管段之间的连接，必须采用焊接，焊缝应饱满、均匀、严密，其抗空气冲击波压力和密闭防毒性能必须满足战时的防护需要。我司针对薄钢板圆形通风管道安装质量等要求，以薄钢板圆形风管焊接质量控制为课题，组织技术骨干对薄钢板圆形风管的焊接进行深入研究，如何更好地提高薄钢板风管焊接工艺质量，克服薄钢板圆形风管焊后变形。通过在多个人防通风工程施工中的技术经验

2、总结和技术创新，逐渐形成了“人防薄钢板圆形风管焊接技术”这一国内先进的新成果，并于2015年11月通过广东省住房与城乡建设厅的鉴定，同时，形成了人防薄钢板圆形风管焊接新颖的施工工法。在人防通风系统工程安装中，该工法技术先进，安全实用，经济效益显著，值得大力推广。2.工法特点2.1利用焊接工艺流程进行焊接质量控制，针对人防通风管道技术质量特点，为提高圆形风管焊接质量而制定的工艺流程图。从焊接固定平台建立到工艺评定再到焊接焊缝检测，一道工序接一道工序，层层把关，使得工艺质量得到更好好的控制。2.2采用平焊专用施焊固定平台，该平台适用于薄钢板卷圆后长缝平焊。薄钢板圆形风管直管段的焊接通过采用平焊施焊

3、平台后，利用角钢法兰和内支撑的双重固定，使焊后的风管圆形度得到很好的保证。并且通过伸缩平台架上的四只螺栓调整直径尺寸来适用各种规格尺寸的薄钢板圆形风管焊接。2.3采用对接焊专用施焊固定平台，该平台适用于圆形风管管段间对接焊，利用平台左右两条角钢通过螺栓与槽钢底座固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也就保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。同时焊接工人只需要在同一个方位通过滚动轴承旋转风管就能完成管段的对接焊焊接，提高施工工艺质量和施工进度。2.4针对薄钢板圆形风管焊接要求制作的专用施焊平台，工作原理简单，操作简便，施工工艺质量得到提高，材料损耗得到降低，减少返工修复的费用，并且可

4、循环应用于不同的工程项目。3.适用范围人防薄钢板圆形风管焊接技术适用于人防工程通风系统安装。4.工艺原理4.1 平焊专用施焊平台工作原理：将薄钢板卷圆置于固定平台内支撑件上，利用两个角钢法兰固定住钢板，角钢法兰尺寸与圆形风管尺寸一致。通过旋转内支撑件上四支螺丝螺纹长度，使圆头螺丝顶紧与钢板的接触。从而能够保证管道尺寸的正确，避免施焊过程中，管道变形走位，保证焊后风管的圆柱度。此外，根据需要焊接圆形风管的尺寸，只需要调整四支螺丝螺纹的旋转长度即可，所以该施焊平台能适用各种规格尺寸的薄钢板圆形风管焊接。4.2 对接焊专用施焊平台工作原理：四个滚动轴承架通过利用角钢连接在一起，螺栓固定，从而保证四个

5、轴承架的中心线对称，也相应地保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。将平焊完成的风管放置于对接焊专用施焊平台上，通过滚动轴承旋转风管进行接驳缝焊接。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程图5.1薄钢板圆形风管焊接工艺流程图在制定本课题之前，我司也完成不少人防通风系统安装工程。由于没有按照正确的施工工艺控制流程，焊条选用不合理，电流电压控制不合理，焊接顺序错误等，往往会出现焊缝不均匀饱满、管道出现严重变形等质量问题。针对人防通风管道技术质量特点，为提高圆形风管焊接质量而制定的工艺流程图。从焊接固定平台建立到工艺评定再到焊接焊缝检测，一道工序接一道工序，层层把关，使得工艺质量得到非

6、常好的控制。5.2 操作要点5.2.1 圆形风管平焊专用施焊平台制作 平台组件1 平台组件2 平台组件3平台组件4如上图所示，组件1：为圆形40角钢法兰，角钢法兰固定卷圆后风管，角钢法兰尺寸与圆形风管尺寸一致。组件2：为圆头螺丝M20，根据焊接风管尺寸调整螺丝的螺纹长度，利用圆头螺丝顶紧与钢板的接触。螺丝头的自身强度及压缩强度满足到支撑人防薄钢板圆形风管施焊时不变形。组件3：为平焊施焊平台的支撑支架，其支撑起人防薄钢板圆形风管使其悬空，避免圆形风管和地面及外部环境的接触，防止由于外部接触、碰撞、挤压造成的圆形风管变形。组件4：为通用规格内支撑架。DN50钢管做中心轴，DN25钢管分别向四个对称

7、方向做内支撑垂直于中心轴焊接固定；另外内支撑钢管尾部带内螺纹与圆头M20螺丝组合而成。工作原理：将薄钢板卷圆置于固定平台内支撑件上，利用两个角钢法兰固定住卷圆后风管，角钢法兰卡箍尺寸与圆形风管尺寸一致。通过旋转内支撑件上四支螺丝螺纹长度，使圆头螺丝顶紧与钢板的接触。从而能够保证管道尺寸的正确，避免施焊过程中，管道变形走位，保证焊后风管的圆柱度。此外，根据需要焊接圆形风管的尺寸，只需要调整四支螺丝螺纹的旋转长度即可，所以该施焊平台能适用各种规格尺寸的薄钢板圆形风管焊接。5.2.2 圆形风管平焊专用施焊平台应用图5.2图5.3该平台适用于薄钢板卷圆后长缝平焊。薄钢板圆形风管直管段的焊接通过采用平焊

8、施焊平台后，利用角钢法兰和内支撑的双重固定，使焊后的风管圆形度得到很好的保证，大大提高施工工艺质量。5.2.3 圆形风管对接焊专用施焊平台制作 图5.4 图5.5 图5.6如上图所示，对接焊专用施焊平台由滚动外径130mm轴承、12#槽钢、30角钢等组合而成。工作原理：四个滚动轴承架通过利用角钢连接在一起，螺栓固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也相应地保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。将平焊完成的风管放置于对接焊专用施焊平台上，通过滚动轴承旋转风管进行接驳缝焊接。5.2.4 圆形风管对接焊专用施焊平台应用图5.7该平台适用于圆形风管段间对接焊。薄钢板圆形风管管段间的焊接通过

9、采用对接焊施焊平台后，利用平台左右两条角钢通过螺栓与槽钢底座固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也相应地保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。使焊后的风管圆形度得到很好的保证，同时焊接工人只需要在同一个方位就能完成管段的对接焊提高施工工艺质量，大大提高施工进度。5.2.5 薄钢板圆形风管焊接试验和工艺评定焊接工艺评定是在产品正式焊接前，对初步拟定的焊接工艺细则卡或其他规程中的焊接工艺进行的验证性焊接试验。即按准备采用的焊接工艺，在接近实际生产条件下，制成材料、工艺参数等均与产品相同的模拟焊接试板，并按产品的技术条件对试板进行检验。 本工程考虑到对3mm厚热轧钢板进行卷圆焊接，焊缝

10、细长，钢板较薄，为防止焊接变形。在焊接试验前，对拟定的焊接方式，需要考虑的因素如下：（焊条型号、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等）1焊条选择：低氢型普通结构钢焊条3.5mm。理由是普通结构钢焊条的熔敷金属抗拉强度与母材强度相近，母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高，焊缝易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。2焊接方式选择：采用氩弧焊。理由是氩气能充分而有效地保护金属熔池不被氧化，焊缝致密，机械性能好。明弧焊，观察方便，操作容易。穿透性好，成形美观。电弧热集中，热影响区小，焊件变形小。 3焊接电流电压初步设定为380V、110A,焊接电源为交流弧焊变压器，反接

11、法，焊接层数一层一道，检验方法采用外观检测和探伤检测。 按照以上拟定的初步工艺进行试件制备，焊接，焊缝检验，取样加工，检验试样。取400mm长薄板卷圆，按照上述拟定的参数条件，进行施焊，通过检验，发现焊缝宽度过厚，焊后应力过大，造成焊缝处两边钢板出现轻微变形。根据初步试验结果，将电流下调到75A，将焊条改用2.5mm,再进行焊接试验，此次焊接结果为焊缝饱满、均匀、严密。组织焊接工程师是对焊缝及外观进行综合评定。焊接参数如下表5.1所示：焊条型号直径焊接电流焊接电压焊接电源种类极性接法焊接层数检验方法普通结构钢2.5mm65-85A380V交流弧焊变压器反接法一层外观+超声波探伤检测根据最后试验

12、结果，整理焊接记录、试验报告，编制焊接工艺评定报告，详细记录薄钢板圆形风管焊接工艺程序、焊接参数、检验结果、试验数据和评定结论。以焊接工艺评定报告为依据，结合焊接施工经验和实际焊接条件，制定焊工作业指导书，以此来指导本工程人防薄钢板圆形风管焊接施工。5.2.6 薄钢板圆形风管焊接残余应力控制措施焊接过程中由于温度场的变化及焊件间的约束，在焊缝及附近区域产生的应力称为焊接应力。当应力超过材料的弹性极限，以致冷却后在焊件中留有未能消除的应力称为焊接残余应力。残余应力易造成结构脆性断裂，影响结构的疲劳强度，影响结构的刚度和稳定性。应力区易产生应力腐蚀和开裂，影响构件精度和尺寸稳定性。本工程对薄钢板焊

13、接过程中降低焊接应力的措施有： 1采用较小的焊接线能量，既焊接时由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量。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。线能量的计算公式：q = IU/v式中：I焊接电流 A U电弧电压 Vv焊接速度 cm/s q线能量 J/cm 根据焊接试验参数，对薄钢板焊接应采用380V电压,68A电流，焊接速度5cm/s,得出线能量值为5168J/cm。这样能更有效地减少焊缝热塑变得范围和温度梯度的幅度，从而降低焊接应力。 2合理安排焊接顺序，本工程对薄钢板焊接时先采用点焊将需要焊接的风管板材进行成型固定，然后采用间断跨越焊形式，间距为100mm

14、-150mm，焊缝长度为30mm-50mm,依次循环。从而焊缝能有有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力。3采用整体预热，将薄钢板进行焊前预热处理，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。4层间进行锤击，焊后用小锤轻敲焊缝及邻近区域，使金属晶粒间的应力得以释放，减小焊接残余应力。5.2.7 薄钢板圆形风管焊接变形控制措施 焊接热输入引起材料局部加热，使焊缝区融化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，受压产生变形。在冷却过程中，已发生变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又拉伸而产生变形。焊接变形影响外观质量，降低装配质量，增加矫正工序，提高

15、施工成本。本工程对薄钢板焊接过程中降低焊接变形的措施有：1预留收缩余量法，为了防止薄钢板卷圆焊接后发生尺寸缩短，在焊接试验时，得出焊接3mm薄钢板需要预留多5mm的长度来满足焊后收缩量，从而能保证管道尺寸准确。2反变形法，为了抵消焊接变形，在焊前装配时，先将薄钢板向焊接变形相反的方向进行人为的变形。只要预计准确，反变形控制得当，就能取得良好的效果。3采取合理的焊接工艺措施，本工程对薄钢板焊接时先采用点焊将需要焊接的风管板材进行成型固定，然后采用间断跨越焊形式，间距为100mm-150mm，焊缝长度为30mm-50mm,依次循环。从而焊缝能有有自由收缩的余地，降低焊接中的残余变形。6.材料与设备

16、6.1 材料本工法制作施焊平台所用的钢管、槽钢、角钢等都为施工现场常用材料，无需特别说明。6.2设备本工法用的设备如表6.1。表6.1 主要设备明细表序号名称型号单位数量用途1电焊机M600D台2安装2手提角向砂轮机GWS 6-125把2安装3手锤1磅把2安装4超声波检测仪UFD-X5台1检测7.质量控制7.1 工程质量控制标准本工程人防通风系统安装工程施工执行通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-2002，人民防空工程施工及验收规范GB50134-2004，钢板焊接执行现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范，所有焊接人员必须持证上岗，具体操作遵循GC52003标准书的要求7.2质量保

17、证控制7.2.1 认真详细的给施工班组做好施工交底。7.2.2 对施焊平台制作及操作做出规范性的技术要求。7.2.3 针对薄钢板焊接试验确定的参数等内容进行重复检查确认。7.2.4 组织质量检查员对重点内容进行针对性检查。8.安全措施8.1 本工法遵循的安全规程8.1.1建筑机械使用安全技术规程 JGJ3320018.1.2建筑施工安全检查评分办法 JGJ59-888.2 安全措施8.2.1明确项目经理、生产经理、施工员、专职安全员及班组兼职安全员的职 责，严格执行安全生产责任制。8.2.2针对项目实际情况，对危险源进行辩识，进行预控。8.2.3焊接作业人员必须穿戴好防护眼镜和防护手套。8.2

18、.4烧焊平台加工场必须要有灭火准备。9.环保措施 9.1 成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工油料、工程材料、设备、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，充分满足便民要求，随时接受相关单位的监督检查。 9.2 将施工场地合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明10.效益分析10.1 经济效益10.1.1 节约的材料费单个项目至少可以节约材料约10%共200m2钢板，按每平方米的材料供应单价为55元，单个项目可节约有200*55=11000元。10.1.2节

19、约的人工费用单个项目至少可节约人工60个（大部分为焊工和铆工），每人工单价按200元，可以节约200*60=12000元。10.1.3节约的返工修补费用按照此工法施工可以减少返工和焊缝打磨等费用至少可以节约5000元费用。10.1.4节约费用合计每个项目节约费用1.1+1.2+0.5=2.8万元。10.2 社会效益10.2.1采用人防薄钢板圆形风管焊接技术施工，施工过程安全有序，效率高，施工简洁方便，质量工艺高。10.2.2采用人防薄钢板圆形风管焊接技术施工，节约了人工及材料，促进人防通风系统工程安装施工进度，同时能够减少后期整改返工费用，获得监理和业主单位的好评。11.应用实例11.1广东省

20、建筑工程集团有限公司综合楼项目11.1.1工程概况广东省建筑工程集团有限公司综合楼位于广东广州越秀区流花路85号，地下三层，地上十三层，标高为49.50m。工程总用地面积15058.8m，总建筑面积42145.1m，地下18318.4m，地上23826.7m。空调面积为21536m，约占总建筑面积50.6% 。11.1.2 施工情况该项目在地下负三层设有人防第一、二防护单元，战时核6、常6级二等人员掩蔽所，掩蔽人数1100人，防化等级丙级。为保障防空地下室战时功能的通风，人防区设置有人员掩蔽所清洁式、滤毒式、隔绝式战时通风系统。人防区除尘滤毒室的各设备与风管的连接，以及设备与设备之间的连接，风

21、管管段之间的连接，必须采用焊接。11.1.3 应用效果本项目通过采用人防薄钢板圆形风管焊接技术施工后，人防工程通风管道系统施工工艺质量得到很大的提高，特别是管段间的对接焊缝焊接工艺质量，焊缝饱满严密，并且避免了薄钢板出现焊后变形等质量问题。该技术在对薄钢板圆形风管焊接上所采取的关键质量控制技术实践中取得了良好的质量效果，具有较强的实用性和推广价值。11.2中交集团南方总部大厦项目11.2.1工程概况中交集团南方总部基地（A区）总部大厦位于广东省广州市海珠区沥滘振兴大街18号，地下3层，地上43层，楼高208m，总建筑面积约15.4万平方米。11.2.2 施工情况该项目地下负三层设战时人防区共3

22、个防护单元，战时通风系统和防空专业队工程及一等人员掩护相同，战时要考虑清洁和过滤的通风方式，空调通风时要进行滤风，有效的防护毒剂，战时主要出入口设简易洗消间。人防区除尘滤毒室的各设备与风管的连接，以及设备与设备之间的连接，风管管段之间的连接，必须采用焊接。11.2.3 应用效果本项目人防通风工程采用人防薄钢板圆形风管焊接技术施工后，通过专用施焊平台对薄钢板圆形风管进行焊接，能很好地保证其圆形风管圆柱度、接驳焊缝的质量，极大地提高人防通风工程施工工艺质量, 很好地降低焊后应力和变形的产生，提高施工效率。该施工技术施工工艺原理简单、操作方便、实用性强值得推广。11.3珠海横琴岛澳门大学新校区项目11.3.1工程概况澳门大学新校区项目位于广东省珠海市横琴岛，校区包含中央教学楼图书馆及校史展览厅，总建筑面积约100.7万平方米，计划学生规模为1万人。其中中央教学楼为3-5层建筑，由8栋建筑围合而成，建筑面积为5.1万平方米。图书馆为7层建筑，楼高43.2米，建筑面积4.9万平方米。校史展览厅为二层建筑，楼高13.9米，建筑面积2316平方米。11.3.2 施工情况该