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淺析鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的環(huán)境要求及控制措施
摘 要: 焊接是建筑鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方式之一，焊接質(zhì)量在鋼結(jié)構(gòu)工程中極為重要。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中出現(xiàn)的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題及環(huán)境因素所產(chǎn)生的焊接缺陷更容易引發(fā)災(zāi)難性的工程質(zhì)量事故，因此要引起了大家的高度關(guān)注。 關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)焊接;環(huán)境特點; 控制措施 前言 目前，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在各方面工程的應(yīng)用所占比重越來越大。焊接是建筑鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方式之一，焊接質(zhì)量在鋼結(jié)構(gòu)工程中極為重要。當(dāng)今結(jié)構(gòu)體型和節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜多樣,結(jié)構(gòu)材料也由低碳鋼逐漸發(fā)展到低合金高強鋼,出現(xiàn)鑄鋼、鋁合金等新型材料。這些金屬材料在焊接過程中會發(fā)生一系列變化,產(chǎn)生缺陷的可能性比低碳鋼要嚴(yán)重得多。特別是在冬季施工,氣溫低、濕度大的天氣經(jīng)常遇到,更容易導(dǎo)致碳當(dāng)量相對較高的低合金高強鋼焊縫的熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織,產(chǎn)生延遲裂紋。另外還容易出現(xiàn)層狀撕裂、結(jié)晶熱裂紋、氣孔等焊接質(zhì)量缺陷。尤其是對厚板和約束度大的節(jié)點影響最大,即使是低碳鋼也存在出現(xiàn)冷裂紋的可能性。這些焊接缺陷加大了焊縫應(yīng)力集中的現(xiàn)象,嚴(yán)重削弱了結(jié)構(gòu)承載力。而淬硬組織、層狀撕裂這類缺陷用常規(guī)的超聲波探傷方法也檢查不出來,延遲裂紋還具有脆斷特性,所以說這種環(huán)境因素所產(chǎn)生的焊接缺陷更容易引發(fā)災(zāi)難性的工程質(zhì)量事故。 1建筑鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場焊接的環(huán)境特點 鋼結(jié)構(gòu)施工就是將加工制作好的構(gòu)件,按照一定的次序,拼裝吊裝到設(shè)計預(yù)定的位置,然后進行測量連接固定,逐件逐單元地集成并最終形成結(jié)構(gòu)體系的過程。安裝工藝方法根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程類型現(xiàn)場決定。建筑鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場焊接作業(yè)與其他行業(yè)相比,機械化程度低,手工操作多。目前常用的焊接方法還是手工電弧焊,特殊情況下才使用CO2保護焊或栓塞焊。鋼結(jié)構(gòu)工程的結(jié)構(gòu)特點和安裝工藝方法,決定了施工現(xiàn)場焊接的環(huán)境特點。 (1)露天作業(yè)、野外施工。存在高溫、嚴(yán)寒,風(fēng)雨雪霧等惡劣氣象環(huán)境;存在夜間光線暗能見度低的環(huán)境。 (2)高空作業(yè)、流動施工。操作位置多變,操作空間有限。 (3)多工種交叉作業(yè)、多障礙環(huán)境作業(yè)。施工場地有限,現(xiàn)場交通不便。現(xiàn)場材料設(shè)備多,臨時堆放物多,易燃易爆材料多。各工種工序的成品和半成品之間容易發(fā)生污染。 (4)帶電作業(yè)、高溫作業(yè)。金屬構(gòu)件是導(dǎo)體,焊接熔池易產(chǎn)生高溫?zé)彷椛洹? 根據(jù)以上http://www.dameics.com特點,可以將焊接環(huán)境劃分為兩種類型:其一是直接影響焊接接頭質(zhì)量的理化環(huán)境和通過影響焊接設(shè)備性能、焊接材料性能、焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定性而影響焊接接頭質(zhì)量的理化環(huán)境。GB/T 19001-2000標(biāo)準(zhǔn)6.4條款:“為達到產(chǎn)品符合要求所需的工作環(huán)境”指的就是這種直接影響工程質(zhì)量的理化環(huán)境。其二是直接影響操作人員的身體健康、勞動保護、安全衛(wèi)生、心理活動而間接影響操作質(zhì)量的勞動環(huán)境。施工現(xiàn)場的勞動環(huán)境,一方面影響焊工的身心健康,防護不當(dāng)容易發(fā)生職業(yè)安全事故。另一方面影響焊工操作技術(shù)水平的正常發(fā)揮,又容易導(dǎo)致焊縫存在氣孔、夾渣、咬邊、焊瘤等焊接質(zhì)量缺陷。因此施工現(xiàn)場的勞動環(huán)境間接影響焊接工程質(zhì)量。值得一提的是項目施工組織、質(zhì)量保證體系運行這種管理環(huán)境也直接或間接地影響著焊接工程質(zhì)量。 2影響鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的環(huán)境因素 一般情況下分析影響鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的環(huán)境因素就是指直接影響工程質(zhì)量的理化環(huán)境因素。這種理化環(huán)境因素主要包括空氣的溫度、濕度和風(fēng)力三個指標(biāo),其次是焊件坡口區(qū)域的清潔程度。其中溫度的影響效果最直接、后果最嚴(yán)重,又最難控制;濕度次之;風(fēng)力可在局部小環(huán)境內(nèi)得到控制;坡口區(qū)域的清潔程度容易保證。這些環(huán)境因素在焊接質(zhì)量的形成過程中所起的作用有所不同。 (1)空氣溫度直接影響焊接熱循環(huán)過程、焊接熔池冶金化學(xué)反應(yīng)程度、焊縫和熱影響區(qū)金相組織轉(zhuǎn)變、合金元素和應(yīng)力的分布,最終影響焊接接頭的質(zhì)量和性能。其次空氣溫度也影響焊接設(shè)備的工作性能。 (2)空氣濕度對焊接質(zhì)量有影響,是因為水分是氫元素的主要來源。而氫元素直接參與熔池的冶金化學(xué)反應(yīng)。氫元素的溶解度和擴散速度隨著焊縫金屬的結(jié)晶、組織轉(zhuǎn)變不斷發(fā)生變化。氫元素的含量和分布直接影響焊接接頭的脆性轉(zhuǎn)變和延遲裂紋的發(fā)生發(fā)展,對焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全危害極大�？諝鉂穸葘附硬牧系挠绊懸踩绱�。 (3)風(fēng)力即焊接區(qū)域空氣的流速。主要是影響焊接電弧形態(tài)和氣體保護氛圍的工藝穩(wěn)定性;其次與溫度共同作用影響焊縫冷卻速度,從而影響焊接熱循環(huán)、冶金化學(xué)反應(yīng)程度、接頭組織轉(zhuǎn)變和應(yīng)力分布。 (4)焊接前坡口區(qū)域存在的水分、油漆、鐵銹等污染物,含有C、O、H等化學(xué)元素。在焊接加熱時,直接參與冶金反應(yīng),改變了正常的化學(xué)反應(yīng)成分和元素含量,增加了焊接接頭產(chǎn)生缺陷的機率。 3焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境的具體要求 (1)焊接作業(yè)區(qū)風(fēng)速:手工電弧焊不超過8m/s;氣體保護電弧焊及藥芯焊絲電弧焊不超過2 m /s。 (2)焊接作業(yè)區(qū)的相對濕度不得大于90%。 (3)焊接作業(yè)區(qū)的環(huán)境溫度應(yīng)保持正溫(即高于0℃)。 (4)焊件接口100 mm范圍內(nèi)不得有水、油、銹等雜物。 4施工現(xiàn)場環(huán)境因素的控制措施 4.1項目管理控制 (1)針對環(huán)境影響,崗前專題教育。利用技術(shù)交底和崗前培訓(xùn)機會向焊接相關(guān)人員明確提出:施工現(xiàn)場環(huán)境對焊接質(zhì)量的危害影響、控制指標(biāo)和保證措施。 (2)施工組織安排,考慮環(huán)境因素。調(diào)整工種工序,為焊工提供適宜的工作面;限制焊工的工作時間,盡量安排在氣溫相對適宜的時間焊接; (3)焊接施工期間,專項檢查評比。根據(jù)天氣預(yù)報,特別是在下雨下雪前后,空氣有霧期間,及時組織相關(guān)人員到現(xiàn)場檢查,落實防護措施。 4.2焊接材料控制 (1)使用前按要求對焊條進行烘干。焊工應(yīng)持保溫筒領(lǐng)取焊條,蓋好保溫筒蓋,焊條隨用隨取,嚴(yán)禁就地散放。受潮焊條不得使用。 (2)CO2氣瓶應(yīng)放在0℃以上環(huán)境里。使用前應(yīng)預(yù)先倒置,打開閥門將水放盡,方可使用。 (3)盡量選用沖擊韌性好的低氫型焊條,必要時采取高韌性超低氫型焊條。焊絲的含碳量 (4)超聲波探傷耦合劑可采用環(huán)保防凍型。 4.3低溫焊接試驗 (1)當(dāng)焊接作業(yè)區(qū)的環(huán)境溫度低于0℃時,應(yīng)通過低溫焊接試驗確定實際焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱處理措施。把需要進行低溫焊接試驗的鋼材,按材質(zhì)、板厚、焊接方法、焊接材料、接頭形式、焊接位置分類統(tǒng)計列表。 (2)對原材料進行復(fù)檢,明確雜質(zhì)含量,確定其可焊性。 (3)根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境等工程實際情況,確定試驗項目,擬定預(yù)熱溫度、焊接工藝參數(shù)、焊后處理措施。焊接技術(shù)人員要注意《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》( JGJ 81-2002)表 6.2.1中預(yù)熱溫度的適用條件。一般可參考此表并以工程實際情況作為變化條件,調(diào)整擬定焊接試驗的預(yù)熱溫度。工程實際情況指鋼材類別、焊接接頭的形式和節(jié)點構(gòu)造尺寸、焊接方法、熔敷金屬的擴散氫含量、焊接熱輸入大小、操作地點環(huán)境溫度。一般情況下操作地點的環(huán)境溫度低于0℃時,預(yù)熱溫度應(yīng)高于常溫預(yù)熱溫度15~25℃。 (4)按規(guī)定要求加工試件并由現(xiàn)場熟練焊工完成試焊。 (5)按規(guī)定要求檢測試件。 (6)確定焊接試驗結(jié)論,根據(jù)評定合格的試驗參數(shù),編制現(xiàn)場實際焊接工藝文件。
4.4一般工藝要求 (1)施焊前必須將焊接坡口區(qū)域100 mm范圍內(nèi)的水、銹、油污清理干凈。 (2)檢查節(jié)點組裝尺寸,焊口組裝間隙。 (3)定位焊應(yīng)由正式焊工焊接。當(dāng)定位焊出現(xiàn)氣孔和裂紋時,必須清除重焊。 (4)施焊期間,嚴(yán)禁焊工隨意打火引弧。 4.5工藝溫度控制 4.5.1預(yù)熱溫度控制 (1)實際預(yù)熱溫度根據(jù)低溫焊接試驗編制的焊接工藝文件確定。注意定位焊的預(yù)熱溫度比常溫時的預(yù)熱溫度約高20℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時,對于常溫下不需要預(yù)熱的鋼材,也應(yīng)當(dāng)將構(gòu)件焊接區(qū)各方向大于或等于2倍鋼板厚度且不小于100 mm范圍內(nèi)的母材,加熱到20℃以上方可施焊,且在焊接過程中均不應(yīng)低于這一溫度。 (2)預(yù)熱方式常用火焰加熱和電加熱。在現(xiàn)場環(huán)境氣溫低、板厚加大、材質(zhì)可焊性差等不利條件施焊過程中,還應(yīng)采用伴隨預(yù)熱。 (3)預(yù)熱處理范圍。坡口兩側(cè),寬度為焊件厚度的2倍,且大于等于100 mm。電加熱片外面要覆蓋保溫材料。 (4)測溫方式采用遠紅外線測溫儀,測溫點一般在距坡口邊緣75 mm處,平行于焊縫中心的兩條線上。伴隨預(yù)熱采用自動溫控儀控制,熱電耦置于坡口邊緣50 mm、相鄰兩加熱片中間的位置。 4.5.2焊接熱輸入控制 參考公式Q=60IU/V,其中:Q焊接熱輸入kJ/cm、I焊接電流、U電弧電壓、V焊接速度。 4.5.3層間溫度控制層間溫度下限不低于相應(yīng)接頭的預(yù)熱溫度,上限不超過熱影響區(qū)的過熱溫度。用遠紅外線測溫儀,測溫點在焊縫坡口內(nèi)部。 4.5.4后熱溫度控制 (1)對于特厚板和節(jié)點拘束應(yīng)力較大的焊接接頭才采取后熱消氫處理。一般在焊接接頭熱影響區(qū)冷卻到100℃之前,將整個焊口區(qū)域均勻加熱到200~250℃,然后選用保溫棉氈覆蓋保溫。覆蓋范圍:焊縫周圍800 mm。保溫時間按每25 mm板厚不小于0.5 h,總保溫時間不小于1 h確定,最后再緩冷到常溫。 (2)一般接頭(板厚50 mm以下)主要采用巖棉氈覆蓋保溫,并用鐵絲綁扎。覆蓋范圍應(yīng)在焊縫周圍800 mm,覆蓋時間為2~3 h。 5防護措施 (1)確認現(xiàn)場焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境不符合規(guī)定(JGJ 81第6?1?6條)要求時,施焊前必須在焊接作業(yè)區(qū)設(shè)置防風(fēng)、防雨或保曖防護棚。 (2)防護棚的搭設(shè),應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)場實際情況,滿足焊接工藝要求,同時必須保證安全性和實用性。 (3)防護棚一般可采用架管或角鋼搭設(shè)架,內(nèi)側(cè)安裝彩鋼板,外掛三防布(防風(fēng)、防火、防水),底板最好鋪裝隔熱阻燃材料。防雨棚要注意密封,防止雨水順構(gòu)件流淌。 (4)通常情況下,焊接作業(yè)區(qū)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)備應(yīng)急遮蓋的防護材料。如防水用的鐵皮,緩冷用的玻璃棉氈、石棉布等。 6結(jié)束語 施工現(xiàn)場環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量有著舉足輕重的影響,施工單位全體員工必須給予高度重視。特別是焊接技術(shù)人員,必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況,全面分析影響焊接質(zhì)量的各種因素,隨時調(diào)整焊接質(zhì)量控制措施;焊接質(zhì)量管理人員必須重視過程控制,嚴(yán)格工序檢查;焊接操作工人應(yīng)當(dāng)自覺遵守工藝文件規(guī)定,認真落實各項控制措施和防護措施。施工現(xiàn)場環(huán)境客觀上存在不穩(wěn)定性,而工程結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件節(jié)點構(gòu)造也在不斷發(fā)展變化。對于各種焊接缺陷的影響因素,目前還只是處于定性分析階段;對于預(yù)防和消除各種焊接缺陷的有效措施,也還是采用工藝試驗和工程經(jīng)驗相結(jié)合的辦法。因此,對于特定施工環(huán)境下的焊接工藝參數(shù)、質(zhì)量控制和防護措施還需要廣大工程技術(shù)人員不斷創(chuàng)新和逐步完善。 參考文獻 [1]JGJ 81-2002建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程[S].
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