鋼結(jié)構(gòu)和厚板焊接中出現(xiàn)的質(zhì)量問題和解決辦法

鋼柱、鋼梁一般采用工廠加工，現(xiàn)場安裝的施工方法，對于厚板焊接容易出現(xiàn)板材層狀撕裂、整體變形(如撓曲、扭曲變形)、接頭應(yīng)力集中、焊縫產(chǎn)生裂紋及夾渣等質(zhì)量問題，對鋼結(jié)構(gòu)安全使用產(chǎn)生較大影響。

措施

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計階段，為減少厚板焊接易產(chǎn)生的質(zhì)量問題，從焊接節(jié)點設(shè)計到構(gòu)件制作與工地安裝焊接構(gòu)造設(shè)計進(jìn)行精心設(shè)計，并與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計單位進(jìn)行詳細(xì)溝通。

(1)焊接節(jié)點設(shè)計

在T形、十字形及角接接頭設(shè)計中，當(dāng)翼緣板厚度不小于20mm時，為避免或減少使母材板厚方向承受較大的焊接收縮應(yīng)力，宜采取相關(guān)的節(jié)點構(gòu)造設(shè)計。

(2)構(gòu)件制作與工地安裝焊接構(gòu)造設(shè)計

要求焊縫與母材等強的對接接頭，其縱橫兩方向的對接焊縫，宜采用T形交叉;交叉點的距離不宜小于200mm，且拼接料的長度和寬度不宜小于300mm;焊接箱形組合梁、柱的縱向焊接縫，宜采用全焊接透或部分焊透的對接焊縫;要求全焊透時，應(yīng)采用襯墊單面焊;只承受靜荷載的焊接組合H形梁、柱的縱向連接焊縫，當(dāng)腹板厚度大于25mm時，宜采用全焊透焊縫或部分焊透焊縫;箱型柱與隔板的焊接，應(yīng)采用全焊透焊縫;對無法進(jìn)行電弧焊接的焊縫，宜采用電渣焊接，且焊縫宜對稱布置。H形框架柱安裝拼接拼裝接頭宜采用高強螺栓和焊接組合節(jié)點或全焊接節(jié)點，采用全焊接節(jié)點時，翼緣板應(yīng)采用單V形坡口加襯墊全焊透焊縫，腹板厚度如大于20mm，宜采用K形坡口，應(yīng)反面清根后焊接;箱型框架柱安裝拼接應(yīng)采用全焊接頭，并應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求采用全焊透焊縫或部分焊透焊縫。全焊透焊縫坡口形式應(yīng)采用單V形坡口加襯墊。

(3)層狀撕裂控制措施

采用雙面坡口對稱焊接代替單面坡口非對稱焊接。采用低強度焊條在坡口內(nèi)母材板面上先堆焊塑性過度層。采用低氫型、超低氫型焊條或氣體保護電弧焊施焊。提高預(yù)熱溫度施焊。

(4)焊接裂紋相關(guān)預(yù)防措施

加強焊縫坡口的清潔工作，清除一切有害物質(zhì);加強焊前預(yù)熱溫度的控制;焊前對坡口根部進(jìn)行烘烤，去除一切水分、潮氣，降低焊縫中氫含量。嚴(yán)格控制熔合比:在保證材料可以焊接完全的情況下，嚴(yán)格控制鋼材的母材融化金屬在全部焊接縫中所占的比例，從而減少母材當(dāng)中有害物質(zhì)對焊接縫性能的相關(guān)影響。嚴(yán)格控制線能量:根據(jù)三維導(dǎo)熱條件下的T8/5與焊接線能量的計算公式，對箱形構(gòu)件角部和埋弧焊的加熱熱效率，計算出線能量最佳范圍為13812J/cm2-40492J/cm2。在實際焊接過程中，取計算線能量的中間范圍值，焊接線能量應(yīng)控制在23-37KJ/cm2的最佳范圍內(nèi)。從而達(dá)到控制焊接線能量的輸入，達(dá)到控制厚板焊接質(zhì)量之目的。

(5)焊接變形控制措施

厚板焊接填充熔敷金屬量大，焊接熱輸入量高，故變形亦大，因此須對構(gòu)件嚴(yán)格按工藝條件選擇合理的焊接坡口形式，盡量選用雙面坡口形式，只能單面焊接的焊縫選用窄間隙坡口形式，減少焊接熱輸入總量，能有效減少焊接變形。選擇合理的焊接方法和焊接工藝參數(shù)。能量集中和熱輸入較低的焊接方法，可有效降低焊接變形。采用CO2氣保焊較焊條電弧焊小得多。熱輸入量是影響變形量的關(guān)鍵因素，當(dāng)焊接方法確定后，可通過調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)來控制熱輸入量，在保證熔透和焊縫無缺陷的前提下，盡量選擇小的熱輸入。選擇合理的裝配和焊接順序?？梢圆捎貌考b配-焊接法的構(gòu)件，通過“化整為零，集零為整”的方式，能夠有效減少制作過程中構(gòu)件的剛性，有利于部件的翻身焊、對稱焊，并通過對部件變形的矯正，能有效消減整體構(gòu)件的焊接變形。可以對稱施焊的焊縫采取對稱同時同向施焊，當(dāng)焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時，如果焊縫位于構(gòu)件中性軸兩側(cè)，可通過調(diào)節(jié)焊接熱輸入和交替施焊的順序進(jìn)行控制變形。對較長的焊縫采取分段退焊法和跳焊法，避免焊縫局部加熱集中。

現(xiàn)場焊接防變形的措施：

焊接變形和控制焊接應(yīng)力是焊接中保證構(gòu)件焊接質(zhì)量的重要方面，本項目采取的變形控制措施有:經(jīng)安裝及調(diào)整后，間隙仍大于18mm的焊接口，可以加設(shè)寬墊板，同時在靠近鋼材母材的坡口進(jìn)行焊接補縫，根部間隙達(dá)6～9mm，焊縫打磨完成后，還可以用UT設(shè)備進(jìn)行探傷，直到檢驗合格后才能進(jìn)行焊接。小于3mm的焊口，可以使用氧-乙炔火焰進(jìn)行氣刨或切割處理，從而修成標(biāo)準(zhǔn)坡口，最后保證間隙符合要求，完成后加設(shè)工藝墊板。喇叭接頭，則采取不均勻的方式進(jìn)行修補，最后達(dá)到均勻狀態(tài)。焊接時盡量保證在較小的拘束度下焊接。采取對稱施焊，減小焊接變形。