塔架與鋼桁架的焊接工藝措施

劉仲民

陜西省設備安裝工程公司第三分公司

1.工程概況

    某水泥廠粉塵綜合治理工程鋼塔架結構總體高度為71 285m，相對高度為62．8m，鋼結構架橫軸軸線寬l3．5m，縱軸線寬15 5m0焊接量大，要求高，其結構分為立柱、主粱與次粱、塔體架與桁架和煙囪及支架等四部分的焊接。

2.焊接要求

    2.1鋼塔架與鋼桁架的焊接工況分析

    由于本工程屬銅結構制安工程，焊接部位、數量、方法及工藝操作等因素比較復雜，同時，又由于鋼塔塔體上的鋼結構桁框架承受靜、動載荷能力要求高，該桁框架結構還起著傳遞連  續不斷的動載荷作用，為保證該鋼結構及其桁框架焊接工程的質量與使用壽命不致因焊接應力和變形而影響嚴重，因此，焊接時設法降低應力集中和合理控制變形就成為該項鋼結構工程的焊接質量關鍵問題，其焊接質量的高低直接影響著工程的施工質量。

    正因為焊接技術要求高，加之焊接的情況復雜，而且焊接質量尤為關鍵，所以為確保焊接質量，現將該鋼結構的施工制訂出明確的焊接作業要求，以指導并確保整體程的施工質量達到優良。

    2.1.1焊工：焊工應經考試合格并取得相應施焊條件(指平、立、仰焊等)的臺格證；必須檢查焊工臺格證及其有效期，焊工如有六個月以上停焊者，須重新進行焊工考試，合格后，方可從事焊接工作。

    2.1.2焊接材料：焊條、焊絲、導電嘴、焊劑及捍割氣等焊接材料，應符合設計要求和國家現行有關標準的規定。

    2.1.3焊接設備：埋弧自動焊機及套裝(平焊縫、角焊縫)和逆變弧焊電源或硅整流弧焊機、H型鋼埋弧自動焊生產線、逆變式直流焊機、烘干及保溫設施、自動切割機和超聲波探傷機等均應完好，保證正常使用。

    2.1.4焊接工藝評定：施工單位對所使用的鋼材、焊材、焊接方法等，席進行焊接工藝評定，蓑根據評定報告確定可行的焊接工藝。焊接工藝評定應按準《建筑鋼結構焊接規程》(JBJ81-2002)進行；施工焊接應按《鋼結構工程施工及驗收規范》(GB50205--2001)等進行。   

    2.1.4.1將對接試板焊后進行100％的x射線探傷，要求符合《鋼熔化焊對接焊縫射線照相及質量分級》(GB3323—87)11級片為臺格，之后再進行機械性能物理測試：拉伸和冷彎(側彎)試樣分別為2組、沖擊(焊縫區1組、熱影響區l組)2組，且每組試樣均應按標準沿焊縫厚度方向分層截取片樣，截完為止；以上試驗均合格后，對接接頭焊接工藝即為合格，方可在施焊中可行。

    2.1.4.2將角接接頭試件焊后進行100％的超聲波探傷，要求符臺《鋼焊縫手工超聲波探傷方法及質量分級》(JBll345)11級標準為合格，之后再進行2個T形接頭彎曲力學性能和2個機械性能金相試驗(觀察、分析)，即宏觀酸蝕檢驗，應觀察2個金相面，檢驗合格后，角接接頭焊接工藝方可視作合格與可行。

    2.1.5焊前準備

    2.1.5.1鋼材：鋼結構所采用的鋼材為碳素結構鋼，應具有出廠質量證明書及復驗結果報告，并應符合設計要求和國家現行的《碳素結構鋼》的規定。

    2.1.5.2下料：氣割前，麻將鋼材待切割醫域表面的鐵銹、污物等清除干凈；氣割后，還應清除熔渣和飛濺物。

    2.1.5.3組袈：組裝前，零部件應經檢查合格，聯結接觸面和待焊邊緣每邊各30～50衄范圍內的鐵銹、毛刺、污垢、冰雪等應清除干凈。注意：避免強行剛性組裝。

    2.1.5.4焊前：焊條、焊劑應按工藝規定烘焙使用，低氫型焊條經烘焙后應放入保溫橢內，隨用隨取，同時，焊工應復查焊件坡口質量和焊區情況，當不符合要求時，應經修整合格后，方可施焊；其定位焊工藝應與實際焊縫同工藝，對、角接焊縫的兩端所設置的引弧板和收弧板長度應是：埋弧焊應大于50mm，手工焊應大于20m，其坡口與實際焊道等同。  

    2.1.6焊接：焊接時，不得使用藥皮脫落或焊芯生銹的焊條和受潮結塊的焊劑及己熔燒過的渣殼，同時，要求焊工應遵守焊接工藝，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧與施焊。多層焊宜連續施焊，焊層間要及時清渣。 

    2.1.6.1埋弧焊接時，先焊層的焊接電流不宜太大，以防根部擊穿，而后焊層應電流稍大些，目的是保證焊層間充分熔合，消除來焊透現象。同時注意焊縫焊偏及其首尾的銜接。

    2.1.6.2手工焊多用于現場安裝組焊和局部短小、位置狹窄處的施焊，特別應注意層間缺陷如未熔臺、夾渣、氣孔和裂紋等的產生，高空作業除操作手法正確外，尤其要注意對稱、分段退焊及相互照應(焊速大體相當)，即要盡可能安排好讓數名焊工同時采用相同的焊接手法來完成焊接工作。

    2.1.6.3無論是埋弧焊，還是手工焊，焊接時，都應盡可能地采用較小的焊線能量來施焊。目的是提高焊接接頭的機械性能和使用性能。  

    2.1.6.4焊縫山現裂紋時，焊工不得擅自處理，應查清原因，訂出修補、返焊工藝后方可處理：焊縫同一部位的返修次數，不宜超過兩次，當超過兩次時，應按焊接返修制度處理并執行。   

    2.1.6.5焊后：焊接完畢，焊工應清理焊縫表面的熔渣及兩側的飛濺物，檢查焊接外觀質量。檢查合格后，焊縫規定部位應打上焊工鋼印；同時，焊縫外形幾何尺寸應符合同家標準《鋼結構焊縫外形尺寸》的規定，而且其焊縫外觀質量應符臺《鋼結構工程施工質量驗收規范》(GB50205200I)中《焊縫質量等級及缺陷分級》的規定，即：每批同類構件抽查l096；，但不應少于3件，被抽查的構件中，每種焊縫各抽查5處，總抽查處不少于5處，來進行焊縫外觀質量榆奇，要求焊縫外形必須均勻，成型良好美觀，過渡圓滑目無飛濺及焊渣；然后，碳索結構鋼應在焊縫冷卻到環境溫度后，方可進行焊縫的探傷(RT)、(UT)檢驗。其中：RT探傷應符合CB3323--87中的Il級片要求方為臺格，UT探傷應符合JBll345中的l級標準要求方為合格。探傷比例為20％。對局部施焊的個別難焊但要求又高的焊縫應對整段焊縫進行l00％的RT探傷。

3.焊接施工措施

    根據焊接工程施工的具體要求，將前述四部分焊接情況編訂為四部分方案措施，具體如下：   

    3.1鋼立柱的焊接方案

    3.1.l按圖紙設計要求，本工程設有四根鋼立柱，每根按層數又分為6層：6X4-24(小節)。先在加工廠壓容車間預制好各段立柱，經質量檢驗臺格后再運送至現場進行安裝組焊。  

    3.1.2鋼立柱的焊接，是由厚鋼板在卷板機E滾圓焊接成型的大直釋徑鋼管組焊成柱之造型。鋼柱上的焊縫為對接焊縫應先將車間預制的部件采用埋弧自動焊焊接，然后，再將在現場組焊的部分采用手工電弧焊焊為一體。

    3.1.3焊接工藝評定合格后，又編制了更  詳細的具體焊接技術參數、不同部位的施焊運  條操作手法及焊接工藝指導書等，以確保焊接  一次合格率力爭達到100％。

    3.2鋼結構H型鋼主、次梁的焊接方案

    3.2.1依圖紙設計，錒桁架每層上設有4  段鋼梁，圍成一周與鋼立柱焊接成整體桁框架  的鋼結構，共6層：6X4-24(段)，每層上的  鋼粱尺寸有異但結構相同，現將這些粱分成主、次梁。這些梁應在金屬結構車間內先焊接成段， 然后，構件單元再經質量檢驗合格后，方可運  至現場進行安裝組焊焊成一體。

    3.2.2鋼結構粱的焊接可分為H型鋼主粱、 次粱的角接和對接及預拚焊、預制，以及在安  裝現場的組焊。梁的焊接，有對接和角接焊縫，焊接時，必須合理安排焊接次序，否則，將使  粱的變形太大、甚至扭曲、拱翹，導致整體塔  架焊接變形過大，最終造成焊接工程不合格。   

    3.2.2.1粱的焊接措施分兩步

    a)對接：由若干小鋼板拼焊而成的二大塊翼板和一大塊腹板，其拼焊采用焊條電弧手焊焊接來完成，焊接時除換用E4315型電焊條外，具體操作與圖2所述的鋼柱剝焊相同。

    b)角接：在腹、翼板焊好后，再安裝組焊13型鋼結構梁，涉及到八條長約為l 2～1 7m  的角焊縫。這些焊縫必須采用H型鋼埋弧自動焊專用生產線拼焊及翻轉和矯正變形等程序來完成。焊接時，除堅持分段退焊原則外，還應  特特別注意上、下、斜等部位之間的對稱施焊，以防扭曲、拱彎和變型嚴重而造成粱的報廢。長角焊縫的焊接操做方法見圖l所示。

    3.3  鋼平臺、欄桿、扶梯．水平支撐和柱  粱聯結成鋼塔整體的焊接方案

    3.3.1鋼平臺、欄桿、扶梯、水平斜支撐和  柱、梁聯成塔體的焊接。焊接步驟：原則上在安  裝現場施焊完成。焊接采用焊條電弧手工焊。在  工廠焊制構件單元，焊接采用埋弧自動焊。

    3.3.1.1依圖紙設計，先在工廠下好節料，埋弧自動焊接成段和構件單元，后運送至現場組焊安裝。

    3.3.1.2水平及斜支撐框架的焊縫屬角環焊縫，要求使用E4315型電焊條和逆變式(直流)焊機來完成其焊接。焊接操作見圖2所示。

    3.3.1.3欄桿、扶梯的組焊屬對、角接掉縫，要求使用E4303型電焊條和弧焊變壓器(交流焊機)來完成其焊接。焊接操作見圖2所示。

    3.3.1.4柱粱聯結：先將鋼柱上的柱角牛腿處的角焊縫采用圖2所示焊接工藝在車間內  焊接在鋼柱腳上，然后，在施工現場完成其余  焊接(立、橫、斜、平加仰位等)。因屬高空層  施焊，加之待焊屬局部和困難情況，而且其焊  接區域焊縫質量又要求高，焊接作業十分關鍵，稍縱即有塔體斷裂與倒塌之危險，故焊接日_J，應選派優秀焊工來承擔此處局部焊縫的焊接工作，操作時，并應十分謹慎、小心，在多層多道施焊時，必須選用E4315型、直徑為3．2mm、  5m的堿性焊條，嚴格按照350～4D0℃、2hr  要求進行烘焙，用前放入保溫桶內，隨用隨取。   

    3.4鋼煙囪、支架的焊接方案

    根據鋼煙囪及支架的設計要求，先在車間采用埋弧焊焊制成段，焊接時先焊縱縫，后焊環縫，焊接工藝及操作方法見圖l所示；然后，運往施工現場，再按圖紙安裝組焊，聯結成體。

4.焊接操作要領

    4.1手工焊操作要領

    4.1.1盡可能壓低電弧，避免產生焊縫氣孔和熔池下墜形成焊瘤(仰焊)；

    4.1.2焊接線能量盡量小些，以利于提高焊縫的強、韌度和細化凝結組織：

    4.1.3注意交叉(十、丁字)焊縫聯接、拐向部位的局部接頭，其熔合必須良好。

    4.1.4立焊時的焊接電流要較橫焊小約l 5％左右，橫焊時的焊接電流要較平焊小約l 0％左右。

    4.2埋孤焊操作要領

    4.2.l埋弧焊時焊接電流、電壓、焊速、送絲速度必須匹配良好，以免影響焊縫的成形不良(如蘑菇狀或寬而淺的低熔深情況的產生)。焊接熱輸入不應過大，以免焊縫的韌性下降；

    4.2.2埋弧焊時焊絲應光潔、無油銹，焊劑應按規定嚴格烘焙。注意焊絲與焊劑的合理選擇、正確匹配。

    4.3焊接應力與焊接變形的控制

    4.3.1鋼結構單元構架、構件焊接完畢，宜用錘擊并火焰矯正，以利于降低焊接應力和矯正焊接變形；

    4.3.2焊接時，應盡可能選較小的焊接線能量，安排焊工對稱分段退焊，以利于有效控制焊接變形。

參考文獻：

1．《鋼結構連接方法及工藝》；主國凡等；2005年

2.《鋼绔陶工程施工工藝標準》(ZJQ00一SG 005 2003)；中國建筑工程總公司；2003年   

3.《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205—2001

4．《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81—2002

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)