白澤飛
北京城市副中心行政辦公區(qū)二期啟動(dòng)區(qū)FZX-0901-0160地塊項(xiàng)目總建筑面積175693.91m2,占地面積38362.566m2,地上采用鋼框架支撐結(jié)構(gòu),地下為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),地上鋼柱截面均為箱型,樓梯柱為H型,地下的勁性柱為十字型截面。
焊接方法多樣,包含單面或雙面坡口、反面清根等,此類方法取得的焊接質(zhì)量較好,但需要采取清根措施,而箱梁可能會(huì)在清根過(guò)程中出現(xiàn)明顯的變形。此外,箱梁主焊縫的變形屬于結(jié)構(gòu)焊縫,有一定程度的扭曲,而此類扭曲的出現(xiàn)具有一定程度的不可修復(fù)性,因此需要選擇無(wú)需清根的焊接工藝。對(duì)此,根據(jù)焊接質(zhì)量要求以及類似工程經(jīng)驗(yàn),提出“單面坡口、反面免清根”的方案,具體作業(yè)要點(diǎn)有:
1.CO2氣體保護(hù)焊,從箱內(nèi)焊四條角焊縫,代替焊條,在此方式下,一方面可避免焊接時(shí)燒穿的問(wèn)題,另一方面則有助于保證箱體的剛性。
2.箱外坡口焊接施工采用的是船位埋弧自動(dòng)焊的方法,焊接時(shí)保持較大的熱輸入量以及較慢的焊接速度,在此條件下焊透CO2氣體保護(hù)焊施工后留下的未熔透部分。經(jīng)前述的焊接處理后,無(wú)需額外清根。
1.箱內(nèi)先采用CO2氣體保護(hù)焊的方法予以焊接,提高箱梁的剛性,以免在后續(xù)出現(xiàn)不同程度的變形。同時(shí),CO2氣體保護(hù)焊的線能輸入量較小,若操作得當(dāng),通常不會(huì)出現(xiàn)冷裂紋和氫氣孔,焊接質(zhì)量較好。
2.箱外船位埋弧自動(dòng)焊,此部分施工采取的是單坡口、不清根的方法,精細(xì)化調(diào)整焊接工藝參數(shù),規(guī)范作業(yè),做到熔透,保證焊接質(zhì)量。待主梁焊接后,箱梁的剛性進(jìn)一步提升,而后再繼續(xù)采用CO2氣體保護(hù)焊的方法,完成箱內(nèi)隔板、加強(qiáng)板等焊縫的焊接作業(yè)。
3.對(duì)于鉚工工藝的選取,以有效控制構(gòu)件外形尺寸為基本前提,挑選適宜的工藝。例如,對(duì)隔板和腹板做刨邊處理;腹板與翼板組對(duì)時(shí)頂緊,在該組合關(guān)系下采取無(wú)間歇焊接的方法;焊接前,先將箱內(nèi)的隔板以及加強(qiáng)板組裝成型,由此來(lái)提升箱梁的整體剛性。
焊接工藝參數(shù)的合理與否將直接影響焊接效果,在焊接工藝參數(shù)具有可行性時(shí),可有效保證熔深,并達(dá)到焊透的效果。對(duì)于埋弧自動(dòng)焊,其關(guān)鍵的焊接工藝參數(shù),如下:
1.焊接電流
熔深為3~4mm,根據(jù)焊接電流與熔深的關(guān)系(如圖1所示),選擇合適的焊接電流,即550~650A。
圖1 焊接電流與熔深的關(guān)系示意圖(1為Y形坡口;2為I形坡口)
2.電弧電壓
在熔深為3~4mm時(shí),確定第一遍的電弧電壓,即28~32V。
3.焊接速度
盡可能做到勻速焊接,全程穩(wěn)定在25~26m/h時(shí)較為合適。
4.埋弧自動(dòng)焊接工
根據(jù)前述分析,確定埋弧自動(dòng)焊接工藝的關(guān)鍵參數(shù),將數(shù)據(jù)代入式(1),經(jīng)過(guò)計(jì)算后判斷是否可以熔透:
式(1)中:h為熔透深,mm;K為焊透工藝常數(shù),取0.0012;V為焊接速度,mm/min;U為電弧電壓,V;I為為電流,A。
經(jīng)計(jì)算,確定熔深的上、下限值分別為4.6mm、4.7mm。從實(shí)際焊接作業(yè)情況來(lái)看,焊接的熱損失量理論上高于實(shí)際值(僅存在小幅度的偏高現(xiàn)象),可滿足焊透的要求。前述提及的內(nèi)容屬于第一遍的焊接工藝設(shè)計(jì)思路,而對(duì)于后續(xù)的第二、三遍,則按照常規(guī)焊接方法執(zhí)行即可。
5.加大熔深
為加大熔深,需要選擇合適的焊絲,通常以直徑為3.2mm的焊絲為宜,焊絲至根部的距離為3mm,根據(jù)此數(shù)據(jù)展開(kāi)計(jì)算,確定坡口角度,即55°,對(duì)應(yīng)鈍邊控制在1~1.5mm。
基于前述提及的數(shù)據(jù)展開(kāi)模擬試驗(yàn),焊接完成后,安排超聲波探傷檢測(cè)。在焊接的18節(jié)箱梁中,僅有極少部分存在少量的氣孔、夾渣問(wèn)題,經(jīng)統(tǒng)計(jì),合格率達(dá)到98%以上;針對(duì)存在氣孔、夾渣問(wèn)題的部分安排返修,進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn),實(shí)測(cè)結(jié)果均滿足要求。總體來(lái)看,箱梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量良好,無(wú)變形、剛性異常下降等問(wèn)題,且焊接全程無(wú)需矯正。
1.在找平的平臺(tái)上放置箱梁,安排4名員工,從中間開(kāi)始逐步向兩端施焊。在應(yīng)用CO2氣體保護(hù)焊的方法后,完成4條主焊縫的焊接作業(yè),焊縫高度5~6mm。
2.在CO2氣體保護(hù)焊的基礎(chǔ)上,用船位埋弧自動(dòng)焊的方法焊接箱梁外側(cè)四條角焊縫,此階段的焊接順序如圖2所示。為順利完成焊接作業(yè),需在焊縫兩端設(shè)引弧板;隨著焊接施工進(jìn)程的推進(jìn),在焊接二、三道焊縫時(shí),需要檢查前一層,識(shí)別該部分的缺陷,予以有效的清理。
圖2 箱梁焊接順序
3.在箱梁內(nèi)隔板和加強(qiáng)板的焊接施工中,采用CO2氣體保護(hù)焊的方法,參與焊接的焊工對(duì)稱站位,不可集中在某一處。嚴(yán)格控制坡口的尺寸,用刨邊機(jī)做刨邊處理,當(dāng)板的厚度在16mm以內(nèi)時(shí),其剛度相對(duì)有限,為避免板材變形,刨后鈍邊應(yīng)做到均勻一致,適度修磨超差處;此外,要求腹板與翼板組對(duì)并頂緊。
4.焊接前做好準(zhǔn)備工作,即全面清理焊縫及周邊的油污等各類雜物,以免影響焊接質(zhì)量。正式焊接時(shí),協(xié)調(diào)“刨邊、組對(duì)、焊接”三道工序,縮短相鄰兩道工序的中途間隔時(shí)間。
5.焊材的質(zhì)量會(huì)直接影響焊接施工效果,因此需要合理選擇焊材。其中,焊接母材以16Mn鋼為宜,焊絲主要為H08MnA,焊劑為H431,定位焊條選用T507。盡可能選擇新焊劑,原因在于老舊的焊劑可能存在顆粒分布不均的情況,或是焊劑內(nèi)夾雜部分泥土,此類存在缺陷的焊劑被投入使用后,成型的焊縫極有可能出現(xiàn)氣孔、夾渣等質(zhì)量問(wèn)題,嚴(yán)重影響焊接效果。除此之外,需按照要求對(duì)焊劑做適度的烘烤處理,此舉目的在于驅(qū)趕潮氣,以免焊劑產(chǎn)生氣孔。
焊接易受到現(xiàn)場(chǎng)溫度的影響,因此施焊前需要獲取天氣預(yù)報(bào)信息,對(duì)焊接工期內(nèi)的天氣情況做初步的了解,在惡劣天氣來(lái)臨前,及時(shí)調(diào)整計(jì)劃,暫時(shí)停止焊接作業(yè)。若焊縫已開(kāi)焊,此時(shí)需在不影響焊接質(zhì)量的前提下趕工期,焊完板厚的1/3時(shí)方可停焊,并在暫停作業(yè)后采取熱處理措施,后續(xù)恢復(fù)焊接時(shí),以預(yù)熱的方式提高溫度。
1.焊接預(yù)熱
焊接預(yù)熱選擇火焰加熱法,首先在焊縫管坡口兩側(cè)焊接,該部分焊縫的寬度達(dá)到板厚的1.5倍且至少為150mm,加熱溫度超36℃,達(dá)到該溫度條件后方可施焊。
2.焊接層溫的控制
加熱選擇的是氧氣和乙炔氣體中性焰加熱的方法,焊接時(shí)層間溫度控制在80℃~200℃,用測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)焊接時(shí)的溫度,對(duì)比分析焊縫溫度與設(shè)計(jì)值的關(guān)系,若低于設(shè)計(jì)值,則隨即加熱至合理的溫度區(qū)間,而后再恢復(fù)焊接。
綜上所述,在箱形鋼梁焊接施工中,需要合理選擇CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊等可行的方法,加強(qiáng)對(duì)焊接溫度、焊接速度等關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)與控制,注重對(duì)處細(xì)節(jié)的檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并妥善處理,最終全面保證箱形鋼梁的焊接效果。