淺析鋼框架結構現場焊接工藝

摘 要

鋼結構與傳統混凝土結構相比，鋼結構的截面小、重量輕，便於交通運輸及安裝；綠色、節能、環保，易改造和拆除，材料回收及迴圈再利用率高；鋼結構構件易於在工業廠房內製造；機械化加工製造精度高、生產效率高、現場加工裝配速速快、施工週期短等諸多優點已在市政橋樑、重工業廠房、民用機場大量使用。

在“裝配式建築+新基建”發展的推動下，鋼結構逐漸從“高、大、特、新、難”向標準化、模組化房建建築產品轉變。然而，焊接仍然是目前各種鋼結構最主要的連線形式，其質量直接決定了鋼結構的安全、耐久性。本文重點介紹鋼框架體系在房建建築專案中的現場焊接工藝、焊接順序、焊接準備、焊接環境、墊板和引弧板、焊接質量檢驗等方面的應用進行論述。

一、

鋼結構簡介

南區地下2層，基頂標高-10。2 m，地下層頂標高-4。3 m，一層頂標高+2。2 m。鋼結構為單層結構，包括22根十字形柱和7根鋼樑，均為H型鋼，柱間跨度26。9m、16。4m，南區鋼結構用量約270t，材質均為Q355B。

圖1-1

南區地庫鋼結構模型圖

北區，地下二層均主要採用現澆鋼筋混凝土梁板結構，地上主要採用鋼框架結構體系，鋼結構部分包括地下十字柱，地上箱型、圓型柱以及“H型”框架樑組成，柱間跨度9。0m，北區主樓鋼結構總用量為3230t。南區及北區鋼結構總量約3500t，材質均為Q355B，北區主樓鋼結構模型見圖1-2所示。

圖1-2

北區主樓鋼結構模型圖

二、

典型焊接接頭工藝

本工程鋼結構的對接焊縫型式主要為十字柱對接焊，圓管柱對接焊、箱型柱對接焊，焊接位置為橫焊。主樑上下翼緣與鋼柱牛腿為H型對接焊，焊接位置為平焊。次梁與主樑採用高強螺栓連線。

1、十字型柱對接

（1）坡口形式

圖2-1 十字鋼柱對接坡口形式

（2）焊接位置：橫焊

（3）焊接方法：SMAW、GMAW

（4）焊接順序

圖2-2 十字鋼柱對接焊接順序

十字柱腹板和翼緣板不同時焊接，翼緣板焊接時，兩人對稱同時焊接，焊接時加引弧板、引出板；採用多層多道焊。

2

、“H型鋼”與“H型鋼”栓焊連線

（1）坡口形式

圖2-3 “H”型鋼樑對接坡口形式

（2）焊接位置：平焊

（3）焊接方法：GMAW和SMAW

（4）焊接順序：

對腹板高強螺栓扭矩初擰，之後進行翼緣板焊接，焊接結束，待翼緣板焊縫冷卻之後，再對腹板高強螺栓進行終擰。

3

、圓管與圓管之間對接

（1）坡口形式

圖2-4 圓管柱對接焊縫坡口形式

（2）焊接位置：橫焊

（3）焊接方法：SMAW、GMAW

（4）焊接順序

圖2-5 圓管柱焊接順序

1）先由兩名焊工在①、③兩側對稱焊至板厚的1/3處時，切去耳板A、C。

2）然後在②、④側仍由兩名焊工對稱焊至板厚的1/3處，切去耳板B、D。

3）再由兩名焊工分別承擔各自的半圓面的焊接。如此反覆進行直至完成多層多道焊接。

圖2-6 圓管柱焊接順序

4）層間焊道接頭應錯開30-50mm，兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開。每道焊完要及時清除焊渣、飛濺，焊接過程中注意檢測層間溫度。

4

、箱型柱對接

（1）坡口形式

圖2-7 箱型鋼柱對接坡口形式（也可用於圓管鋼柱對接）

（2）焊接位置：橫焊

（3）焊接方法：SMAW、GMAW

（4）焊接順序

1） 整體上對稱施焊，每道焊口由2名焊工同時對稱施焊。先焊腹板對接焊縫，後焊翼緣板對接焊縫，採用包角圍焊。焊接順序如圖2-8所示。

圖2-8 箱型柱對接焊接順序示意圖

2）採用多層多道焊，焊接接頭應錯開。層間焊道接頭應相互錯開30-50mm，兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開。每道焊完要清除焊渣、飛濺，採用砂輪或碳弧氣刨清除過量的焊縫金屬，焊接過程中注意檢測層間溫度。

三、材料選用及焊接方法

1

、焊接方法及焊接材料的選定

根據本工程中母材效能、結構的接頭形式、焊接的施焊位置等技術要求及本公司的裝置條件，本專案鋼結構所用材料材質為Q355B。現場焊接Q355B採用半自動藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊（FCAW-G），焊條電弧焊（SMAW）點焊、定位。具體焊接方法及其相應的焊接焊材選用見下列表3。1。

表3。1 焊材選用

2

、焊材管理

焊材應按焊材管理制度嚴格管理：

（1） 焊材的材質證明檔案齊全，並經檢查確認合格後方可入庫。

（2） 焊材應由專人管理，並作好發放記錄。

（3） 焊條要按規定烘烤。烘乾焊條時，應防止將焊條突然放進高溫爐內，或從高溫中突然拿出冷卻，以防止焊條因驟冷驟熱而產生藥皮開裂現象。

（4） 焊條烘烤次數嚴禁超過三次。

（5） 不得使用藥皮脫落的變質焊條。

（6） 焊條隨用隨取，領出的焊條應及時放入保溫筒內，剩餘的焊條應當天還回庫房。

四、焊

接通則

1

、焊工人員要求

（一）焊工

（1）焊接工作應由取得相應專案、並在有效期限內的焊工特種作業操作證的焊工承擔。參與本工程的所有焊工（含定位焊工）必須經過培訓經模擬考試合格後取得相應的上崗證書方可上崗，並在其允許範圍內操作。

（2）焊工在焊接過程中應嚴格執行工藝操作規程，並對其焊接的產品質量負責。

（3）對焊前準備不符合技術要求的構件，焊工有權拒絕施焊並上報主管工程師。

焊接工程師應具備建築鋼結構焊接生產、施工的總體規劃管理和技術指導的工作能力。

2

、焊前準備事項

（1）焊前應進行技術和安全交底。

（2）焊接工藝評定合格後方可進行正式焊接。

（3）鹼性焊條在使用前必須按規定烘焙，鹼性焊條的烘焙溫度為350℃。烘焙1h後緩冷放置於150℃保溫箱中存放，隨用隨取，焊條應放入保溫筒內。

（4）襯板應按規定的規格製作加工，保證其尺寸，坡口要符合標準。

（5）對接焊縫兩端必須配置引弧板和熄弧板，其材質應和母材相同，坡口形式應與被焊焊縫相同。焊接完成後，應用火焰切割去除引弧板和熄弧板，並修磨平整。

（6）在焊接前將坡口表面、坡口邊緣內外側20mm範圍內的油汙、鐵鏽等雜物清除乾淨，露出金屬光澤。

（7）定位焊可採用手工焊條電弧焊，焊接要求同正式焊接。定位焊應牢固可靠，定位焊不得有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。

（8）施焊前，應複查組裝質量、定位焊質量、焊接部位的清理情況，如不符合要求，應修正合格後方可施焊。

（9）焊條電弧焊和自保護藥芯焊絲電弧焊，其焊接作業區最大風速不宜超過8m/s、氣體保護電弧焊不宜超過2m/s時，如果超出上述範圍應採取有效的防風措施後方可施焊。

（10）雨天或相對溼度大於90%時，採取有效防護措施後方可施焊。

3

、焊前預熱控制措施

焊接前，對於板厚≥40mm的鋼板或工藝有預熱要求的節點部位應嚴格按照要求進行預熱，預熱方法和溫度可根據板厚並參照焊接工藝評定選擇，預熱溫度不得低於對應的焊接工藝評定的預熱溫度。預熱範圍為坡口兩側三倍板厚範圍，且不小於100mm。不需預熱的接頭部位在焊接前也應用火焰進行去溼烘烤處理。

預熱溫度選擇以接頭部位最厚板厚為準，板厚與最低預熱溫度見表4-1。

表4-1 板厚與最低預熱溫度

4

、定位焊

（1）由持有焊工合格證的焊工擔任。

（2）定位焊必須避免在產品的稜角和端頭等強度和工藝上易出問題的部位進行，坡口內儘可能避免進行定位焊，定位焊在構件的起始端應離開端部20-30mm。

（3）定位焊所用的焊接材料應與正式焊縫的焊接材料相當，定位焊縫厚度不應小於3mm，長度不應小於40mm，其間距宜為300mm-600mm，定位焊焊條的最大直徑不超過Φ4mm。

（4）定位焊縫若不得以在坡口內進行時，其焊縫高度應小於坡口深度的2/3，長度宜大於40mm。

（5）定位焊的長度和間距，視母材厚度、結構長度而定。

（6）定位焊後應及時清除焊渣並進行檢查，若發現定位焊後有裂紋或氣孔等影響焊接質量的缺陷應在正式焊接前清除乾淨後，並重新進行定位焊。

5

、焊接引熄弧板

（1）對接、T型對接、角接焊縫、應在焊縫始、終端安裝焊接引熄弧板。

（2）引熄弧板坡口應與主焊縫坡口吻合，也可用碳弧氣刨刨出坡口。

（3）引弧板、引出板和鋼襯墊板的鋼材應符合《GB50661-2011》第7。9。1的規定，其強度不應大於被焊鋼材強度，且應具有與被焊鋼材相近的焊接性。

（4）在焊接接頭的端部應設定焊縫引弧板、引出板，應使焊縫在提供的延長段上引弧和終止。焊條電弧焊和氣體保護電弧焊焊縫引弧板、引出板長度應大於25mm。

（5）引熄弧板在去除時，應用氧乙炔氣割，不得用錘擊落。在距離母材1-3mm處割去後，然後用砂輪打磨光順，與構件表面齊平。

6

、環境氣候對焊接影響

（1）當環境溫度低於0℃時但不低於-10℃，應採取加熱或防護措施。

（2）焊接環境低於-10℃時，必須進行相應焊接環境下的工藝評定實驗，並應在評定合格後再進行焊接。

（3）在強風的環境中焊接，應在焊接區域周圍設定擋風屏。

（4）焊接區域的相對溼度不得大於90%。

7

、焊接過程

（一）焊接引熄弧

（1）始焊時引弧應在引弧板上進行，焊接過程再引弧應在焊縫坡口內，不允許在非焊接區的母材表面上引弧，以防將母材劃傷。

（2）收弧時應將弧坑填滿，避免收弧時出現弧坑裂紋。在焊縫未端收弧時應在熄弧板上進行。

（二）對接焊縫

（1）要求熔透的雙面對接焊縫，在一面焊接結束，另一面焊接前應徹底清除焊根缺陷至露出焊縫金屬光澤，方可進行焊接，但採用埋弧自動焊並能保證焊透的情況下，允許不進行清根。

（2）採用背面鋼墊板的對接坡口焊縫，墊板與母材之間的接合必須緊密，應使焊接金屬與墊板完全熔合。

（3）對接焊縫，除特別指定以外，應使焊縫餘高最小，餘高值不得超過3mm，並平和過渡至母材表面。

（三）貼角焊接

（1）貼角焊縫的兩側焊腳不得有明顯差別，對不等角貼角焊縫要注意保證焊腳尺寸，並使焊趾處平滑過渡。

（2）貼角焊縫一般成弧形圓滑過渡。

（3）貼角焊縫在構件的端部轉角處應有良好的包角焊。包角焊縫的高度應為1。2倍的焊腳尺寸，包角焊縫的起落弧點應距端部10mm以上。

（四）部分熔透焊接

部分熔透焊縫的焊接，焊前必須檢查坡口深度，以確保要求的熔透深度。

8

、焊縫完工的清理

焊工焊接完成後，清理焊縫，清除焊渣和焊飛濺，仔細檢查焊縫外觀質量，檢查後交驗，並在合格焊縫附近加蓋焊工印章。

9

、現場焊接接頭的保護

現場焊接接頭及鋼結構件兩側50-100mm範圍內不得進行工廠塗裝，可提前使用自粘紙臨時保護焊接。

五、焊接檢驗

焊接檢驗分為焊前、焊中、焊後檢查。由施工班組（鉚工、焊工）、焊接檢查人員、無損檢測人員負責。

1

、焊前檢查

檢查內容

（1）坡口型式、坡口面加工質量、裝配質量（間隙、錯邊、襯墊、引弧板）等。

（2）坡口清理質量。

（3）防風措施是否可靠（用風速儀測焊接區域風速）。

（4）預熱溫度（需要預熱時）。

（5）焊條烘烤情況。

（6）焊接裝置狀態。

（7）焊工合格證，焊工是否接受焊接交底。

（8）經檢查不符合工藝或標準要求的，應進行整改，複檢合格後方可焊接。

2

、焊中檢查

（1）檢查內容

檢查焊接工藝執行情況，如焊接引數、焊渣清除、焊接順序等。

（2）焊接過程中發現缺陷應立即清除。

（3）焊縫焊接完畢，焊工應立即清除熔渣、飛濺、焊瘤等物，並進行外觀自檢，對錶面缺陷立即清除、修補。

（4）發焊中檢查現問題應立即糾正。

3

、焊後檢

查

外觀檢查

（1）所有焊縫均進行100%外觀檢查。

（2）一級焊縫不得存在未焊滿、根部收縮、咬邊、裂紋、電弧擦傷、接頭不良、表面氣孔、夾渣等缺陷。

（3）二級焊縫和三級焊縫的外觀質量應符合表5-1規定。

（4）焊縫尺寸允許偏差應符合表5-2規定。

表5-1 焊縫外觀質量允許偏差

表5-2 焊縫尺寸允許偏差（㎜）

結

論

隨著國民經濟的快速發展，特別是近年來建築業的快速發展，鋼結構在建築業的建設中發揮著越來越重要的作用。鋼結構的焊接工藝和焊接質量直接影響鋼結構的安全性和可靠性。在此，淺析幾類典型鋼框架結構常見的現場焊接工藝，希望對類似工程的現場焊接起到一定的參考作用。