Z向钢板焊接工艺2011.11.11

40

mm

Z

向

性

能

钢

板

焊

接

工

艺                

            建设单位：上海恒成置业发展有限公司

                   承包单位：上海市第一建筑有限公司

                   分包单位：宝钢工程建设有限公司

                   * * *****

  Z向钢板焊接工艺

1.前言……………………………………………………………………………………………2

2.焊接工艺流程…………………………………………………………………………………3

3.焊接施工工艺及技术措施……………………………………………………………………4

  3.1 焊前准备…………………………………………………………………………………4 

  3.2 焊接材料的选择…………………………………………………………………………4 

  3.3 焊接预热…………………………………………………………………………………4 

  3.4 焊接环境…………………………………………………………………………………5

  3.5 焊接工艺措施……………………………………………………………………………5

  3.6 Z向性能钢板工艺要点…………………………………………………………………7

  3.7 焊接应力控制……………………………………………………………………………9

  3.8焊接质量检查……………………………………………………………………………10

4.焊接质量控制措施 ………………………………………………………………………… 12

5.钢结构焊接注意事项…………………………………………………………………………14

  5.1防风措施………………………………………………………………………………… 14

  5.2防御措施………………………………………………………………………………… 14

1.前言

    不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊构件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、熔化及气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如气体保护焊主要包括：焊丝型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。 

2.焊接工艺流程

3.焊接施工工艺及技术措施

3.1焊前准备

     焊接区操作脚手平台搭设良好，平台高度及宽度应有利于焊工操作舒适、方便，并应有防风措施。由于CO2气体保护焊焊线较短，考虑将焊机及送丝机置于操作平台上。操作平台是针对节点焊接而专门设计。 焊工配置一些必要的工具，比如：凿子、焊工专用榔头、刷子以及砂轮机等。焊把线应绝缘良好，如有破损处要用绝缘布包裹好，以免拖拉焊把线时与母材打火。焊接设备应接线正确、调试好，正式焊接前宜先进行试焊，将电压、电流调至合适的范围。检查坡口装配质量。应去除坡口区域的氧化皮、水份、油污等影响焊缝质量的杂质。如坡口用氧－乙炔切割过，还应用砂轮机进行打磨至露出金属光泽。 

3.2焊接材料的选择

焊缝设计时，在满足结构承载力和构造要求等的前提下，易选用比母材强度稍高或者塑性好变形量大的焊接材料焊接，使焊缝在内外应力作用下，增加缓冲层先行塑性变形，已达到应力重分部的目的。型钢装配时尽量选用冲击韧性好的低氢型焊条，必要时采用高韧性超低氢型焊条。焊丝的含碳量<0.12%，硫磷含量<0.03%以下，CO2气体纯度不易地域99.9%（体积比），或使用富氩气体，含水量不得超过0.005%（质量比）。考虑到药芯能把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了焊接接头的数目，降低接头淬硬，烛缝成形美观，焊丝工艺性能好等多种优点，焊接主材料采用E501T-1（药芯焊丝 规格￠1.2）和H10Mn2

3.3焊接预热

3.3.1钢板焊接预热

40mm厚Z向性能钢板焊接预热，是工艺上必须采取的工艺措施，钢材预热可以减少层状撕裂，预热可使溶敷金属冷却速度慢，收缩的范围增大，降低焊接接头的淬硬倾向。预热温度与钢材碳当量Ceq有关，碳当量愈高，预热温度也愈高，为了确保Z向性能钢板具有良好的延伸率，预热温度控制在100。C∽200。C。预热主要采用电加热和氧-乙炔火焰加热方法，预热范围为坡口及坡口两侧不小于板厚的1.5倍宽度，且不小于100mm。

 3.3.1预热测温方式

采用远红外线测温仪，测温点一般在距离坡口边缘75mm处，平行于焊缝中心的两条线上。伴随着预热采用自动温控仪控制，热电耦置于坡口边缘50mm、相邻两加热片中间的位置。

预热和测温增加钢构件的加工周期。

3.4焊接环境 

当焊接处于下述情况时，不应进行焊接。 

3.4.1室温低于-18℃时。 

3.4.2被焊接面处于潮湿状态，或暴露在雨、雪和高风速条件下。 

3.4.3采用手工电弧焊作业（风力大于5m/s）和CO2气保护焊（风力大于2 m/s）作业时，未设置防风棚或没有措施的部位前情况下。 

3.4.4焊接操作人员处于恶劣条件下时。 

3.5焊接工艺措施 

3.5.1接头的准备

采用自动或半自动方法切割的母材的边缘应是光滑和无影响焊接的割痕缺口；切割边缘的粗糙度应符合GB50205-2005规范规定的要求。被焊接头区域附近的母材应无油脂、铁锈、氧化皮及其它外来物；接头的装配应符合下表要求。   

3.5.2定位焊 

3.5.2.1定位焊焊缝所采用的焊接材料及焊接工艺要求应与正式焊缝的要求相同。 

    3.5.2.2定位焊焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊，弧坑应填满，严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。 

3.5.2.3定位焊尺寸参见下表1要求执行。 

表1：定位焊焊缝长度及间距 

3.5.2.5定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，必须清除后重新焊接，如最后进行埋弧焊时，弧坑、气孔可不必清除。 

3.5.3引弧和熄弧板  

重要的对接接头和T接头的两端应装焊引弧板和熄弧板，其材料及接头原则上应与母材相同，其尺寸为：手工焊、半自动—50×30×6mm；自动焊—100×50×8mm；焊后用气割割除，磨平割口。 

    3.5.4焊缝清理及处理 

3.5.4.1多层和多道焊时，在焊接过程中应严格清除焊道或焊层间的焊渣、夹渣、氧化物等，可采用砂轮、凿子及钢丝刷等工具进行清理。

厚板施焊道数增加钢构件的加工周期。

    3.5.4.2从接头的两侧进行焊接完全焊透的对接焊缝时，在反面开始焊接之前，应采用适当的方法（如碳刨、凿子等）清理根部至正面完整焊缝金属为止，清理部分的深度不得大于该部分的宽度。 

    3.5.4.3每一焊道熔敷金属的深度或熔敷的最大宽度不应超过焊道表面的宽度。 

    3.5.4.4同一焊缝应连续施焊，一次完成；不能一次完成的焊缝应注意焊后的缓冷和重新焊接前的预热，测温方法同上。 

3.5.4.5加筋板、连接板的端部焊接应采用不间断围角焊，引弧和熄弧点位置应距端部大于100mm，弧坑应填满。 

3.5.4.6焊接过程中，尽可能采用平焊位置进行焊接。 平焊增加构件翻转次数，影响钢构件的加工周期

    3.5.5工艺的选用 

    3.5.5.1不同板厚的接头焊接时，应按较厚钢板的要求选择焊接工艺。 

3.5.5.2不同材质间的板接头焊接时，应按强度较高材料选用焊接工艺要求，焊材应按强度较低材料选配。

3.5.5.3焊接要领： 

    对接焊接是本次焊接工作中的重中之重，必须从组装、校正、检验、预留焊接收缩量、焊接定位、焊前防护、清理、焊接、焊后后热、质量检验等工序严格控制，才能确保接头焊后质量全面达到标准。  

组装：组对前将坡口内10～15mm仔细去除锈蚀。坡口外自坡口边10～15mm范围内也必须仔细驱除锈蚀与污物；组对时，不得在接近坡口处上引弧点焊夹具或硬性敲打，以防母材受到破坏；同时对接接头错口现象必须控制在规范允许范围之内。注意必须从组装质量开始按I级标准控制。 

    根部焊接：根部施焊应自下部起始处超越中心线10mm起弧，与定位焊接接头处应前行10mm收弧，再次始焊应在定位焊缝上退行10mm起弧，在顶部中心处熄弧时应超越中心线至少15mm并填满弧坑；另一半焊接前应将前半部始焊及收弧处修磨成缓坡状并确认无未熔合即为非熔透现象后在前半部焊缝上引弧。 

    次层焊接：焊接前剔除首层焊道上的凸起部分及引弧收弧造成的多余部分，仔细检查坡口边沿有无未熔合及凹陷夹角，如有必须除去。飞溅与雾状附着物，采用角向磨光机时，应注意不得伤及坡口边沿。此层的焊接在仰焊部分时采用小直径焊条，仰爬坡时电流稍调小，立焊部位时选用较大直径焊条，电流适中，焊至爬坡时电流逐渐增大，在平焊部位再次增大，其余要求与首层相同。 

填充层焊接：填充层的焊接工艺过程与次层完全相同，仅在接近面层时，注意均匀流出1.5～2mm的深度，且不得伤及坡边。 

填充层焊接完成后，冷却至常温后24h进行UT自检探伤，经检验合格后的接头才能进行进场面层的焊接

面层的焊接：面层焊接，直接关系到接头的外观质量能否 满足质量要求，因此在面层焊接时，应注意选用较小电流值并注意在坡口边熔合时间稍长，接头重新燃弧动作要快捷。 焊后清理与检查：上、下弦主管焊后应认真出去飞溅与焊渣，并认真采用量规等器具对外观几何尺寸进行检查，不得有低凹、焊瘤、咬边、气孔、未熔合、裂纹等缺陷存在。 经自检满足外观质量标准的接头应鉴上焊工编号钢印，并采用氧炔焰调整接头上、下部温差。处理完毕立即采用不少于

两层石棉布紧裹并用扎丝捆紧。 上、下弦接头焊接完毕后，应待冷却至常温后24h进行UT检验，经检验合格后的接头质量必须符合GB11345-的I级焊缝标准。 经确认达到设计标准的接头方可允许拆去防护措施。 面层的焊接一般采用埋伏焊机焊接。

3.6  Z向性能钢板焊接工艺要点 

3.6. 1 Z向性能钢板焊接t8/5值及焊接规范控制

3.6.1.1 Z向性能钢板焊接存在的一个重要问题是焊接过程中，焊缝热影响区由于冷却速度较快，在结晶过程中最容易形成粗晶粒马氏体组织，从而使焊接时钢材变脆，产生冷裂纹的倾向增大。因此在Z向性能钢板焊接过程中，一定要严格控制t8/5。即控制焊缝热影响区尤其是焊缝熔合线处，从800℃冷却到500℃的时间，即t8/5值。测温方法同预热测温

    3.6.1.2  t8/5过于短暂时，焊缝熔合线处硬度过高，易出现淬硬裂纹；t8/5过长，则熔合线处的临界转变温度会升高， 降低冲击韧性值，对低合金钢，材质的组织发生变化。出现这两种情况，皆直接影响焊接接头的质量。 

3.6.1.3对于CO2气体保护焊接

焊接速度的控制：在工艺上规定不同直径的焊丝所焊接的长度，规定焊工按此执行，从而确保焊接速度，其它控制采用电焊机控制，从而达到控制焊接线能量的输入，达到控制Z向性能钢板焊接质量之目的。

焊接电流和电压的控制：￠1.2的焊丝平焊电流采用（250-300）A 、电压在30V左右；立焊电流在（200-220）A 、电压在(20-28)V左右；仰焊电流在（200-220）A、电压在（20-30）V左右

    3.6.2  Z向性能钢板预热方法 

    Z向性能钢板焊接预热，是工艺上必须采取的工艺措施，对于本工

程现场钢结构焊接施工采用氧乙炔预加热的方法。 

    3.6.3层间温度控制 

    3.6.3.1 Z向性能钢板为防止出现裂纹采取加热预热后，在焊接过程中应注意的一个重要问题，就是焊缝层间温度控制措施。如果层间温度不控制，焊缝区域会出现多次热应变，造成的残余应力对焊缝质量不利，因此在焊接过程中，层间温度必须严格控制。 

3.6.3.2层间温度一般控制在200℃～250℃之间。为了保持该温度，40mm厚Z向性能钢板在焊接时，要求一次焊接连续作业完成。测温方法同预热测温

    3.6.3.3当构件较长（L>10米）时，在焊接过程中，40mm厚Z向性能钢板

冷却速度较快，因此在焊接过程中一直保持预加热温度，防止焊接后的急速冷却造成的层间温度的下降，焊接时还可采取焊后立即盖上保温板，防止焊接区域温度过快冷却。 

    3.6.4焊接过程控制  

    3.6.4.1定位焊：定位焊是40mm厚Z向性能钢板施工过程中最容易出现问

题的部位。由于40mm厚Z向性能钢板在定位焊时，定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却，造成局部过大的应力集中，引起裂纹的产生，对材质造成损坏。解决的措施是40mm厚Z向性能钢板在定位焊时，提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。 

    3.6.4.2手工电弧焊的引弧问题：有些电焊工有一种不良的焊接习惯，当一根焊条引弧时，习惯在焊缝周围的钢板表面四处敲击引弧，而这一引弧习惯对40mm厚Z向性能钢板的危害最大，原理同上。因此在40mm厚Z向性能钢板焊接过程中，必须“严禁这种不规范”的行为发生。 

    3.6.4.3多层多道焊：在40mm厚Z向性能钢板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。这是因为40mm厚Z向性能钢板焊缝的坡口较大，单道焊缝无法填满截面内的坡口，而一些焊工为了方便就摆宽道焊接，这种焊接造成的结果是，母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊有利的一面是：前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。 

    3.6.4.4焊接过程中的检查：40mm厚Z向性能钢板焊接不同于中薄板，需

要几个小时乃至几十小时才能施焊完成一个构件，因此加强对焊接过程的中间检查，就显得尤为重要，便于及时发现问题，中间检查不能使施工停止，而是边施工、边检查。如在清渣过程中，认真检查是否有裂纹发生。及时发现，及时处理。 

3.6.5层状撕裂控制措施 

坡口的选择：在深化设计过程中，对于40mm厚Z向性能钢板焊接坡口形式的选择尤为重要，40mm厚Z向性能钢板开坡口时一般应避开40mm厚Z向性能钢板的中心区域。 

3.7焊接应力控制 

采用合适的焊接坡口，减少焊接填充量；构件安装时不得强行装配，避免产生初始装配应力；采用合理的焊接顺序，如对称焊、分段焊；先焊收缩量大的接头，后焊收缩量小的接头，应在尽可能小的拘束下焊接；预先合理设置收缩余量；同一构件两端不得同时焊接；保证预热，对层间温度进行有效控制，降低焊接接头的拘束度，以减少焊接热影响区范围，可降低焊接接头的焊接残余应力；采取高效的CO2焊接方法，可减少焊接道数，降低焊接变形和残余应力；通过有效的工艺和焊接控制，防止或降低焊接接头的返修，也可避免焊接接头应力增加；采取焊后缓冷，使接头在冷却时能有足够的塑性和宽度方向均匀消除焊接收缩，降低残余应力峰值和平均值，达到降低焊接残余应力目的。 

    3.8焊接质量检查  

焊接质量检查包括外观和无损检测：外观检查按照JGJ81-2002规范执行；无损检测（UT）按照GB11345和设计文件执行，一级焊缝100％检验，二级焊缝按要求抽检20％，并且在焊接完成后24小时进行检测。  

加工厂和现场焊接时均需进行两次探伤自检：1、填充层焊接完成时和面层焊接完成时，均需进行UT探伤，以确保焊接质量和焊缝外观成型美规。焊接完成时需在常温下冷却24小时。填充层探伤有缺陷及时返修、复探。无缺陷后才能进行面层焊接。

4.焊接质量控制措施

    4.1从事钢结构各种焊接工作的焊工，应按现行国家标准《建筑钢结构焊接规程》JGJ81的规定经考试并取得合格证后，方可进行操作。 

    4.2制作单位对其首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等，应进行焊接工艺评定，并应根据评定报告确定焊接工艺。 

    4.3钢结构的焊接工作应根据焊接工艺评定合格的试验结果和数据，编制焊接工艺文件指导施工。 

    4.4低氢型焊条在使用前必须按照产品说明书的规定进行烘焙。烘焙后的焊条应放入恒温箱备用，恒温温度控制在80℃～100℃。烘焙合格的焊条外露在空气中超过4h的应重新烘焙。焊条反复烘焙次数不宜超过2次。 

    4.5焊剂在使用前应按其产品说明书的规定进行烘焙。焊丝应除净锈蚀、油污及其他污物。 

    4.6焊丝的含碳量<0.12%，硫磷含量<0.03%以下，CO2气体纯度不易地域99.9%（体积比），含水量不得超过0.005%（质量比）。，若使用瓶装气体，瓶内气体压力低于1MPa时停止使用。 

   4.7采用气体保护焊时，场地风速在1m/s以上时，应设置挡风装置，对焊接现场进行防护。 

    4.8焊接前应复查组装质量、定位焊质量和焊接部位的清理情况。若不符合要求，应修正后方准施焊。  

4.9对接接头、T型接头和要求全熔透的角部焊缝，应在焊缝两端配置引弧板和收弧板，其材质应与焊件相同或通过试验选用。手工焊引板长度不应小于60mm，埋弧自动焊引板长度不应小于150mm，引焊到引板上的焊缝长度不得小于引板长度的2/3。 

4.10引弧应在焊道处进行，严禁在焊道区域以外的母材上打火引弧。 

4.11对于需要进行焊前预热或焊后热处理的焊缝，其预热温度或后热温度应符合国家现行有关标准的规定或通过工艺试验确定。预热区在焊道两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的1.5 倍以上，且不应小于100mm；后热处理应在焊后立即进行，保温时间应根据板厚按每25mm 板厚1h 确定，然后使焊件缓慢冷却至常温。 

4.12要求焊透的双面焊焊缝，正面焊完后再焊背面之前，应认真清除焊缝根部的熔渣、焊瘤和未焊透部分，直至露出正面焊缝金属时方可进行背面的焊接  

4.13  Z向性能钢板的焊接，宜采取必要的构造和焊接工艺措施，防止在厚度方向出现层状撕裂的现象。 

4.14十字形构件内横隔板的焊接，焊前应作焊接工艺评定，根据评定合格的工艺参数进行施焊。 

    4.15碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成焊接24h 以后，进行焊缝探伤检验。  

    4.16设计要求全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》GB11345 或《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》GB3323 的规定。 

    4.17经无损检测确定焊缝内部存在超标缺陷时应进行返修，返修前应编写返修方案，对两次返修后仍不合格的部位应重新制订返修方案，经工程技术负责人审批并报监理工程师认可后方可执行。  

5.钢结构焊接注意事项

5.1防风措施 

焊接作业区风速：手工电弧焊时不得超过8m/s，CO2气体保护焊不得超过2m/s；超过上述数值应采取防风措施：如利用焊接操作平台，将平台做成基本封闭状态，就能有效防止大风对焊接的影响。 

5.2防雨措施 

焊接需要连续施焊，本项工程由于持续时间较长，天气多变，又必经雨雪天气，必将影响焊接施工。为此，采取专门防雨措施：将操作平台做成全封闭，这样，焊接点可避免直接淋雨，从而保证焊接质量。