丁忠堂 上海鐵路局阜陽鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

為更好的指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)焊接施工工作，對鋼結(jié)構(gòu)焊接的施工過程和質(zhì)量進(jìn)行有效地監(jiān)督和控制，根據(jù)《上海鐵路局建設(shè)工程工藝試驗管理辦法》中關(guān)于特殊、關(guān)鍵工程控制的相關(guān)要求，對鋼結(jié)構(gòu)焊接進(jìn)行工藝試驗，確定焊接工藝和焊接施工參數(shù)，以達(dá)到保證工程質(zhì)量合格、結(jié)構(gòu)安全可靠的目的。

1 工程概況

新建鐵路阜陽至六安線霍邱客站鋼結(jié)構(gòu)雨棚：基本站臺雨棚為多跨單懸挑和部分雙懸挑鋼架結(jié)構(gòu)，中間站臺雨棚為多跨雙邊懸挑鋼架結(jié)構(gòu)。雨棚長度450m，建筑總面積為13127m2?；菊九_雨棚鋼立柱均為Ф1000mmx16mm鋼管，相對其它鋼結(jié)構(gòu)雨棚鋼管柱算得上直徑較大，管壁較厚的類型。

2 試驗項目及主要資源配置

2.1 試驗項目

本次焊接工藝試驗主要針對鋼管柱對接接頭的焊縫進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊焊接試驗，本試驗構(gòu)件設(shè)計焊縫等級均為二級焊縫。

2.2 試驗設(shè)備配置

(1)焊接用主要設(shè)備（見表1）。

表1主要試驗設(shè)備配置表

(2)檢查檢測設(shè)備有：游標(biāo)卡尺、焊縫檢驗尺、超聲波探傷儀等。

2.3 人員安排

焊接工藝試驗人員配置：技術(shù)員1人，檢查員1人，焊工2人。

3 材料材質(zhì)要求

(1)主材料進(jìn)場時應(yīng)有工廠質(zhì)量保證書（或檢驗合格證），現(xiàn)場見證取樣的檢測報告。具體材料規(guī)格及材質(zhì)見表2。

表2 試驗材料材質(zhì)統(tǒng)計表

(2)全部鋼管均應(yīng)符合《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（GB1591-94）Q345B鋼材的技術(shù)要求，應(yīng)具有抗拉強度、屈服強度、伸長率和冷彎試驗及碳、磷、硫的化學(xué)成分含量的合格保證，鋼材到廠后應(yīng)進(jìn)行抽樣復(fù)驗，復(fù)驗結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應(yīng)小于1.2，鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率應(yīng)大于20%，應(yīng)有良好的可焊性和合格的沖擊韌性。

4 鋼管柱焊接工藝試驗

4.1 試驗準(zhǔn)備

4.1.1 試驗分組

CO2氣體保護(hù)焊的主要焊接參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、氣體流量、焊絲伸出長度、焊縫間隙等。選擇三組焊接技術(shù)參數(shù)進(jìn)行工藝性試驗，分別為A、B、C組。詳細(xì)的每組焊接工藝參數(shù)見表3。

表3 三組試驗焊接技術(shù)參數(shù)對比表

4.1.2 工作條件

(1)焊工均經(jīng)過培訓(xùn)考核，持有上崗證，熟識機械性能和操作規(guī)程。

(2)焊絲應(yīng)儲存在干燥、通風(fēng)良好的地方，專人保管，使用前應(yīng)無油銹。

(3)當(dāng)焊接區(qū)風(fēng)速超過2m/s影響焊接質(zhì)量時，應(yīng)停止焊接或?qū)附訁^(qū)進(jìn)行有效擋風(fēng)裝置防護(hù)后方可開始焊接。

(4)作業(yè)區(qū)的相對濕度應(yīng)小于90%，雨天禁止露天焊接。

4.1.3焊前坡口制備（其形狀尺寸見圖1）

圖1 坡口制備

4.1.4 前期準(zhǔn)備

(1)工作前必須檢查所有氣焊設(shè)備。CO2氣體瓶及橡膠軟管的接頭、閥門緊固件應(yīng)緊固牢靠，不準(zhǔn)有松動、破損和漏氣現(xiàn)象，氣體瓶及其附件、橡膠軟管、工具不能沾染油脂的泥垢，這樣保證在焊接的過程中不會因為氣焊設(shè)備故障而導(dǎo)致意外發(fā)生。

(2)CO2氣瓶應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，避免太陽曝曬，嚴(yán)禁對氣瓶強烈撞擊以免引起爆炸。

(3)焊接現(xiàn)場周圍不應(yīng)存放易燃易爆品。

(4)對焊接坡口處應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，如有局部凹凸不平、裂紋和夾層等缺陷，應(yīng)予消除或修補。

(5)將電焊機電源開關(guān)置于"開"的位置，供氣開關(guān)置于"氣檢"的位置。

4.2 操作工藝

4.2.1 操作流程

①清理焊接部位；②檢查構(gòu)件、組裝及定位；③按試驗要求調(diào)整焊接工藝參數(shù)；④按合理的焊接順序進(jìn)行焊接；⑤自檢、交檢；⑥焊縫返修；⑦焊縫修磨；⑧合格；⑨交檢查員檢查；⑩關(guān)電源、現(xiàn)場清理。

4.2.2 工作原理

CO2氣體保護(hù)焊工作原理如圖2所示，焊接時，在焊絲與焊件之間產(chǎn)生電弧，焊絲自動送進(jìn)，被電弧熔化形成熔滴并進(jìn)入熔池，CO2氣體經(jīng)噴嘴噴出，包圍電弧和熔池，起著隔離空氣和保護(hù)焊接金屬的作用。

圖2 CO2氣體保護(hù)電弧焊原理示意圖

4.2.3 分層施焊

厚壁的焊接，必須開坡口并采用多層焊，多層焊和多層多道接頭的顯微組織較細(xì)，熱影響區(qū)較窄，前一條焊道對后一條焊道起預(yù)熱作用，而后一條焊道對前一條焊道起熱處理作用，因此，接頭的延性和韌性都比較好。圖3為施焊圖，分為對口定位焊、根層打底施焊第1層、中間填充層施焊第2、3層和蓋面層施焊第4層。

圖3 施焊圖

(1)對口定位焊

組裝定位時，不應(yīng)強行點裝，先制作相應(yīng)的胎模定位，且施焊所用的焊絲應(yīng)與正常施焊時相當(dāng)，定位焊焊縫應(yīng)與最終焊縫有相同的質(zhì)量要求，定位焊厚度不宜超過設(shè)計焊縫厚度的2/3，定位焊長度不宜大于40 mm，填滿弧坑，定位焊焊縫上有氣孔和裂紋時，必須清除重焊。采用直接短路法接觸引弧，將坡口兩側(cè)鈍邊熔化后加絲焊接，注意觀察坡口兩側(cè)的熔合情況，必須使熔敷金屬與母材充分熔合。

(2)根層打底施焊

焊槍呈鋸齒形擺動，在兩側(cè)適當(dāng)停留，填絲動作要穩(wěn)，打底焊層高度不超過4 mm。

(3)中間填充層施焊

填充焊時，使焊道表面下凹，且高度低于母材表面1.5mm～2mm，焊槍做鋸齒形擺動，焊絲要始終處在CO2氣體保護(hù)區(qū)內(nèi)，焊接速度盡量加快，避免焊縫表面氧化。

(4)蓋面層施焊

蓋面焊時，焊槍做鋸齒形擺動，焊絲要始終在熔池中間并處在CO2氣體保護(hù)區(qū)內(nèi)，焊接熔池邊緣應(yīng)超過坡口棱邊0.5～1.5 mm防止咬邊。

4.2.4 施焊操作要點

(1)為了防止焊接變形，每個接頭采用兩人對稱施焊。第1層至第3層的焊接對焊接變形的影響最大，必須按照分層施焊要領(lǐng)進(jìn)行操作，還應(yīng)注意當(dāng)焊接第2層時，焊接方向應(yīng)與第1層方向相反，以此類推，兩名焊工在焊接時的焊接電流、焊接速度和焊接層數(shù)應(yīng)保持一致，每層焊接接頭應(yīng)錯開15～20 mm，在焊接1至3層結(jié)束后，背面及時進(jìn)行清根，在使用碳弧氣刨清根結(jié)束后，必須對焊縫進(jìn)行機械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴(yán)重造成裂紋。

(2)不應(yīng)在焊縫以外的母材上打火、引弧。在引弧時，電弧穩(wěn)定燃燒點不易建立，焊絲易產(chǎn)生飛濺，又因工件始焊溫度低，在引弧處易出現(xiàn)缺陷。采用短路引弧法，引弧前要把焊絲端頭剪去，因為熔化形成的球形端頭在重新引弧時會引起飛濺，引弧時令焊絲比正常送進(jìn)速度慢一些，以便減緩焊絲與母材的接觸電阻衰減速度，使得短路電流增加到較高的值，確保引弧成功。

(3)收弧過快，易在熔坑處產(chǎn)生裂紋和氣孔。應(yīng)在熔坑處稍作停留，然后慢慢抬起焊槍，并在接頭處使首層焊縫重疊20～50 mm。

4.3焊接質(zhì)量缺陷、原因及相應(yīng)的防止方法

4.3.1 焊縫金屬裂紋

(1)原因：a焊縫深寬比太大；b焊道太窄；c焊縫末端冷卻快。

(2)防止方法：a增大焊接電弧電壓，減小焊接電流；b減慢焊接速度；c適當(dāng)填充弧坑。

4.3.2 夾渣

(1)原因：a采用多道焊短路電??；b高的行走速度。(2)防止方法：a仔細(xì)清理渣殼；b減小行走速度。

4.3.3 氣孔

(1)原因：a保護(hù)氣體覆蓋不足；b焊絲污染；c工件污染；d電弧電壓太高。

(2)防止方法：a增加氣體流量，清除噴嘴內(nèi)的飛濺，減小噴嘴到工件的距離；b清除焊絲上的潤滑劑；c清除工件上的油銹等雜物；d減小電壓。

4.3.4 咬邊

(1)原因：a焊接速度太高；b電弧電壓太高；c電流過大；d停留時間不足；e焊槍角度不正確。

(2)防止方法：a減慢焊速；b降低電壓；c減小電流；d增加在熔池邊緣停留時間；e改變焊槍角度，使電弧力推動金屬流動。

4.3.5 未熔合

(1)原因：a焊縫區(qū)有氧化皮和銹；b熱輸入不足；c焊接熔池太大。

(2)防止方法：a仔細(xì)清理氧化皮和銹；b提高送絲速度和電弧電壓，減慢焊接速度；c采用擺動技術(shù)時應(yīng)在靠近坡口面的邊緣停留，焊絲應(yīng)指向熔池的前沿。

4.3.6 未焊透

(1)原因：a坡口加工不合適；b熱輸入不合適。

(2)防止方法：a加大坡口角度，減小鈍邊尺寸，增大間隙；b提高送絲速度以獲得較大的焊接電流，保持噴嘴與工件的距離合適。

4.3.7 飛濺

(1)原因：a電壓過低或過高；b焊絲與工件清理不良；c焊絲不均勻；d導(dǎo)電嘴磨損。

(2)防止方法：a根據(jù)電流調(diào)電壓；b清理焊絲和坡口；c檢查送絲輪和送絲軟管；d更新導(dǎo)電嘴。

4.3.8 蛇行焊道

(1)原因：a焊絲伸出過長；b焊絲的矯正機構(gòu)調(diào)整不良；c導(dǎo)電嘴磨損。

(2)防止方法：a調(diào)整焊絲伸出長度；b調(diào)整矯正機構(gòu)；c更新導(dǎo)電嘴。

5 試驗檢測方法及質(zhì)量評定結(jié)果

所有焊縫表面均做外觀檢查，焊波應(yīng)均勻，焊縫邊緣應(yīng)平滑過渡到母材，焊縫表面不得有夾渣、裂紋、未熔合、氣孔、焊瘤及弧坑等；按照設(shè)計焊接等級二級焊縫進(jìn)行超聲波檢測。評定結(jié)果見表4。

表4 三組試驗焊接焊縫質(zhì)量評定結(jié)果

6 結(jié)論

通過試驗檢測結(jié)果獲得了最佳焊接工藝參數(shù)（即表3 B組數(shù)據(jù)），焊縫質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求的二級焊縫標(biāo)準(zhǔn)要求。在以上參數(shù)下，采取總結(jié)出的防止出現(xiàn)焊縫缺陷的一系列的方法，施焊時能有效的預(yù)防焊縫缺陷，有效的控制雨棚鋼管柱焊接的質(zhì)量，達(dá)到外美內(nèi)實的效果，對推動客站雨棚鋼結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件焊接工藝試驗的進(jìn)行有重要參考意義。