钢结构药芯焊丝CO气体保护焊焊接施工工法

钢结构药芯焊丝气体保护焊焊接工法1前言当今高层超高层钢结构发展迅速，现场施工的结构中越来越多的采用了斜撑、腰桁架等结构，且这些特殊位置所占比重越来越大。过去现场焊接中，对特殊位置焊接采用传统的焊条电弧焊，其焊接效率低，已难满足现场大工作量的需求。我公司在高层及超高层钢结构现场施工中，针对大量厚板特殊位置焊缝，开始试行药芯焊丝CO2气体保护焊的特殊位置焊接工法。过程中针对典型特殊焊接位置，组织现场焊工进行专项技能培训并进行焊工附加考试和焊接工艺评定。根据焊接工艺评定及现场实践结果显示，药芯焊丝CO2气体保护焊焊缝外观、内部质量及力学性能全面优于焊条电弧焊。该工法在现场焊接施工推广后获得成功。2特点2.0.1药芯焊丝CO2气体保护焊的焊接效率高，其焊接效率是一般焊条电弧焊的3-5倍，焊缝外观成形及内部质量好。2.0.2相比传统焊条电弧焊，药芯焊丝CO2气体保护焊的焊接连续，金属熔敷量大，焊道间无须清渣；相比实芯焊丝CO2气体保护焊，药芯焊丝CO2气体保护焊电弧稳定，焊接飞溅小，焊道清理容易。因此熔敷速度大为提高。2.0.3药芯焊丝CO2焊接坡口形式可采用更小的坡口角度和根部间隙，焊缝熔敷金属量少；可获得含氢量较低的焊缝金属；相同电流下可获得更大的熔深。2.0.4厚板焊接时，使用较低焊接电流和较快的焊接速度，焊接变形较小；以上特点极大提高了钢结构现场焊接质量，提高施工效率，有效的缩短钢结构现场施工工期。3适用范围本工法适用于工厂及现场钢结构特殊位置焊接，尤其适用于低合金碳素结构钢中、厚板焊接。4工艺原理药芯焊丝CO2气体保护焊是通过轮式送丝机构，将连续焊丝不断的送进焊接区域，由直流弧焊机通过焊炬的导电嘴供给电流。焊丝作为熔化电极与母材产生电弧，熔化焊丝作为填充金属形成焊缝。焊炬在导电嘴周围提供的CO2气罩有效的保护了处于高温的待熔化焊丝、熔滴、熔池及附近的母材免受空气侵入的有害作用。焊丝中的焊剂可改善焊缝性能，提高焊缝力学性能和质量。5施工工艺流程及操作要点5.1焊接工艺流程缺陷记录、返修缺陷记录、返修施工准备焊前检查焊前预热焊接后热、保温焊缝外观检查合格不合格不合格焊接工艺评定填写焊接记录表超声波探伤合格填写正式报告工序交接图5.1工艺流程图5.2焊接工艺操作要点5.2.1针对工程中数量较多或者具有代表性的焊缝接头形式，按相关标准进行相应焊接工艺评定试验。焊后经外观和无损检测合格后进行力学性能试验。5.2.2所用碳素结构钢或低合金高强度结构钢材及型钢，应进行钢材复验并符合工程要求的性能指标。5.2.3所采用的焊丝应进行焊材复验并符合工程规定采用的标准。5.2.4焊接设备的技术条件应符合现行国家标准。清渣、加热、气刨、打磨、温度测量及防风设备应齐全有效。5.2.5焊丝包装应完好，因包装破损而导致受潮、污染、弯折和紊乱的部分焊丝应弃之。5.2.6气体保护焊机电源供电应正常稳定；接地线接触紧固可靠，电缆及焊枪无破损；焊接机头送丝机构应工作稳定，送丝均匀；保护气体气管应无漏气或堵塞现象。5.2.7焊前检查接头坡口角度、钝边、间隙和错口等，均应符合要求，坡口内及两侧10～20mm内锈斑、油污、水分、氧化皮等均应打磨清理至呈现出金属光泽，且坡口表面平整。5.2.8焊接垫板及引（收）弧板的表面清洁要求与坡口相同。垫板与母材应贴紧，引（收）弧板与母材材质相同并应焊接牢固。5.2.9厚板焊接时须对焊件进行预热。预热使用氧-乙炔特制加热烤枪或电加热器对坡口两侧各100mm范围内的母材进行均匀加热，并用测温仪在坡口两侧各75mm处进行测温，必要时须采用反面测温，确保温度符合预热要求，并防止局部过热导致钢材表面氧化。常温时预热温度参考表5.2.9，负温度条件下按相应规程要求提高预热温度。表5.2.9预热温度表钢材牌号接头最厚部件的厚厚度（mm）25以下25-4040-6060-8080以上Q235——60oC80oC100oCQ345—60oC80oC100oC150oC5.2.10焊缝的道间温度应控制在高于预热温度并低于250oC。低于最低预热温度时应重新预热，高于250oC时则应暂停焊接。焊接时不得在坡口以外的母材上打火引弧。5.2.11遇雨雪天气时应停止焊接，环境温度低于0oC时应按规定预热和后热。风速大于5m/s时应有可靠的防风措施。5.2.12焊缝必须一次连续焊完，中途遇不可抗力停焊时，应采取后热或保温措施，使之缓冷，再焊时应按焊前预热要求进行预热。5.3典型特殊焊缝位置焊接工艺要点图5.3.1斜立焊焊现场焊接5.3.1斜立焊图现场斜立焊焊缝1焊接时采用“Z”字型水平摆动运条，使用小电流低速焊接，运条平稳均匀，以保持平整焊缝外观。2控制电弧在两侧坡口处的停留时间，要确保熔透母材又不至于熔融金属过量积聚形成焊瘤，尤其是坡口面朝下的上坡口处。3不宜采用多层多道焊填充焊缝。表5.3.1焊接工艺参数（立焊）焊接工艺参数层次焊接方法焊丝保护气体保护气体流量（11/min）电流（A）电压（V）焊接速度（mm/min）型号直径（mm）打底CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50180-22026-30150-200填充CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50200-24028-32150-200盖面CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50200-24028-32150-200预热温度（℃）90层间温度（℃）130-150后热温度（℃）170后热时间1小时5.3.2斜横焊图5.3.2-1焊枪与焊缝缝角度示意图图1焊枪角度在焊接过程中，要求焊工焊枪角度与钢柱表面水平方向及垂直方向的夹角控制在85o-90o（图5.2.2），并保持中速焊接，该方法能使焊接熔池与前一道焊道充分熔合，焊枪保持中速焊接也能提高焊接熔池在焊道内的附着能力，从而防止熔池沿钢柱倾斜方向和向下方向流动，从而减少焊缝内部未熔合的缺陷2严格控制焊接层间温度图5.3.2-2层层间温度控制制在倾斜钢柱焊接过程中，如果层间温度过低会使得熔池焊渣不能充分的浮出熔池表面，从而形成焊道内夹渣。如果层间温度过高，会使得焊接熔池不易在焊道内附着，容易沿着钢柱倾斜方向及重力方向流动，从而形成未熔合的缺陷。现场焊接层间温度在常温下控制在150℃-160℃，而在冬季焊接控制在200℃-210℃，表5.3.2焊接工艺参数（斜横焊）焊接工艺参数层次焊接方法焊丝保护气体保护气体流量（11/min）电流（A）电压（V）焊接速度（mm/min）型号直径（mm）打底CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50290~31036~38350~450填充CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50310~32036~40350~450盖面CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50270~29036~38350~450预热温度（℃）90层间温度（℃）150-160后热温度（℃）170后热时间1小时5.3.3仰焊1第一层焊道应将坡口根部间隙两侧熔透，然后逐道逐层垒焊至填满坡口。每道焊缝焊完后都必须清除焊渣和飞溅物。出现焊接缺陷应及时刨除或磨除，并进行修补。如使用碳弧气刨修理，应对刨除后表面渗碳层磨除。焊缝焊道排列见图5.2.3-1。板对接形式T型对接形式图5.3.3-1焊道排列图图5.3.3-2现现场焊接后焊焊缝外观2因受重力作用，焊缝金属在熔融状态下易下坠。为避免出现未熔合等焊接缺陷，焊接时的运条方法宜采用熔深较大的直线型运条方法，即沿焊接方向作直线移动，在焊缝横向上不作任何摆动。焊道宽度宜在5～8mm，最大不得超过10mm。表5.3.3焊接工艺参数表焊接工艺参数层次焊接方法焊丝保护气体保护气体流量（11/min）电流（A）电压（V）焊接速度（mm/min）型号直径（mm）打底CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50180-20024-30150-200填充CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50200-23024-30150-200盖面CO2焊E501T-1Ф1.2CO240-50180-20024-30150-200预热温度（℃）90层间温度（℃）130-150后热温度（℃）170后热时间1小时焊丝伸出长度：20mm6材料与设备6.1钢材6.1.1用于本工法普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢，必须有材质证明书。各项性能指标经检验应分别符合《碳素结构钢》（GB/T700）、《优质碳素结构钢》（GB/T699）、《低合金高强度钢》（GB/T1591）、《建筑结构用钢板》（GB/T19879）的规定。6.1.2进口钢材和型钢应有出厂质量保证书和相应的技术资料。经检验后，各项性能指标应满足我国的国家标准和订货方的要求，再经过焊接性能试验合格方能使用。6.2焊接材料表6.2焊接材料表序号名称型号规格备注1CO2气体保护焊焊药芯焊丝E501T-1Φ1.2直流反接2CO2气体纯度≥99.9%含水量低于0.0005%6.3焊接设备及主要辅助设备表6.3焊接设备及主要辅助设备序号名称型号规格用途备注1半自动CO2气体体保护焊机NBC-500500A焊接包括送丝机2碳弧气刨枪修理、清根3碳棒修理、清根4空压机7.5kw碳弧气刨风源5特制氧-乙炔烤枪枪预热、后热6电动角向磨光机φ100修磨清渣7红外测温仪AR872S-18℃～10550℃测量温度8氧气瓶气割专用9乙炔瓶气割专用10CO2气瓶CO2焊接用11氧气减压器气割专用12乙炔减压器气割专用13电热式CO2减压压器CO2焊接用带流量计14高压氧气管气割专用15乙炔管气割专用CO2焊机、送丝丝机和焊枪电加热器红外测温仪图6.3主要焊接设设备7质量标准质量检验按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）及《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）标准进行外观检验和超声波探伤。业主和设计方有要求时还应进行X射线探伤、磁粉探伤、着色检验等。所有钢结构焊缝都要做外观检查（焊工自检和专职检查员检查），外观检查不合格的焊缝，应刨除后重新焊接。低合金钢焊缝超声波探伤应在焊接完成后24h后进行。7.1外观检查焊缝外观焊缝外观应符合下列要求：焊缝表面无裂纹、未焊满、未熔合、气孔、夹渣、焊瘤等缺陷；焊缝咬边深度不大于0.5mm，两侧咬边总长不超过焊缝长度的10%，且不大于25mm；焊缝错边量不大于10%板厚，且不大于2mm。焊缝外观尺寸焊缝外观尺寸应符合下表要求。表焊缝外观尺寸合格要求（mm）余高偏差焊缝宽度比坡口每每侧增宽角接焊脚高偏差在25㎜长度内焊缝表面面凹凸高低差差在焊缝长度1500㎜内焊缝表表面宽度差对接角接角对接高差不对称0～30～51～30～30～1+0.1倍焊角角尺寸≤2.5≤37.2超声波探伤超声波探伤根据设计及规范要求应符合《钢结构超声波探伤及质量分级法》（JG-T203-2007）中相应等级规定。8安全措施从事钢结构焊接施工的所有人员都应遵守《焊接与切割安全》（GB9448）的相关规定。8.1焊工保护焊工施焊时应穿着和佩戴焊工专用劳保工作服、焊工皮手套、劳保皮鞋、头套、焊接面罩、安全帽和安全带。必要时焊工可披挂防火布，安排看护人员，避免焊工因衣物着火烧伤。焊接面罩须装双层玻璃，防止焊接过程中的焊接飞溅和熔融金属滴落导致的玻璃爆裂伤人。焊接面罩及焊枪的手持部位需加装防护罩，避免焊接飞溅、焊渣和滴落的熔融金属烫伤。高空焊接位置需搭设操作平台及防护栏杆。8.2防火措施焊工工作点10m内不得有易燃易爆物，并设灭火器和专职专人看火。如是高空作业，应在焊工操作平台下方铺设石棉防火布，阻断飞溅及熔融金属的掉落。8.3设备安全施焊前应检查焊接设备和电缆。焊机一次电缆长度不超过3m，二次电缆不超过30m。电缆应按规定架空，不得拖地，以防短路和触电事故发生。所有氧气瓶与乙炔瓶放置地点的空间距离不得小于10m，且远离火源。定期检查气瓶及管路接头气密性。脚手架、设备平台、操作平台和挂篮搭设后应经工地安全部门和操作人员共同检查合格后方可使用。9环保措施焊接施工应符合相关的国家环保法规和地方性法规的规定。焊接现场应保持空气的流通，利于焊接产生的有毒有害气体排放。焊接时应对焊接产生的弧光进行遮挡，避免弧光对周边居民、车辆和行人造成伤害。控制噪声污染。10效益分析10.0.1半自动药芯焊丝CO2气体保护焊与焊条电弧焊相比，耗电量省30%～40%。CO2气体保护焊焊脚高6mm的1m长焊缝耗电0.8度，焊条电弧焊需2.1度。10.0.2相同焊接位置、焊材等重条件下，CO2气体保护焊比焊条电弧焊熔敷率高30%。10.0.3CO2气体保护焊焊接电流大，热效率高，电流密度大，熔深大，生产率为焊条电弧焊的3～5倍。10.0.4CO2气体保护焊与焊条电弧焊相比，可焊接更小的坡口角度和间隙的焊缝，节省了熔敷金属量。10.0.5焊条电弧焊在焊接时丢弃的焊条头数量约占焊条总量的10%，CO2气体保护焊用焊丝抛弃数量不到总使用量的1%。大大的节约焊材。11应用实例上海*****中心工程位于上海市*****路，为82.5×82.5米大悬挑结构。总用钢量7030吨。现场主体结构焊接全部采用药芯焊丝CO2气体保护焊焊接。此工程获得“国家优质工程奖”。****大厦工程位于北京市****角，工程地下部分建筑面积5.6万平方米，地上部分的建筑面积14.5万平方米，是钢框架-混凝土剪力墙结构体系。总用钢量约为22000吨，钢柱、钢梁构件总数约为10900件，属于大型钢结构工程。工程主体结构及中庭屋盖和桁架（约15000吨）施工中采用了本工法。所有焊缝一次合格率99.03%，返修合