厚板钢结构焊接裂纹控制措施.pdf

技术改造与改进 第3 3 卷2 0 1 5 年第 1 期 总第 1 7 5 期 技术改造与改进 厚板钢结构焊接裂纹控制措施 张呈煜 莱芜莱钢集团公 司工程部 莱芜2 7 1 1 2 6 【 摘要】 工业厂房框架钢结构构件较大、 钢板厚、 焊接熔敷金属量大、 节点复杂、 残余应力大、 容易出现裂 纹， 影响焊接质量。为防止裂纹的产生， 通过改善焊缝性能， 焊前预热母材 ， 采用合理的焊接工艺和节点设计等 有效措施， 确保 了工程质量。 【 关键词】 厚板钢结构焊接裂纹控制措施 Co n t r o l M e a s u r e s o f W e l d i n g Cr a c k o f He a v y Th i c k n e s s Pl a t e S t e e l S t r u c t u r e ZHANG C h e n g - y u E n g i n e e r i n gD e p a r t me n t O f I _ i w u L e g s t e e l G r o u p C o ． ， L a i w u 2 7 1 1 2 6 【 A b s t r a c t 】 T h e i n d u s t r y w o r k s h o p f r a m e i s f e a t u r e d w it h b i g s t e e l s t r u c t u r e c o m p o n e n t s ， t h i c k s t e e l p l a t e ， a b u n d a n t w e l d i n g d e p o s i t e d me t a l ， c o mp l e x n o d e a n d b i g r e s i d u a l s t r e s s ． I t i s l i a b l e t o a p - p e a r c r a c k， t h us i n flu e n c e we l di n g q u a l i t y ．I n 0 r d e r t o p r e v e n t f r o m c r a c k a p p e a r a n c e ，i mp r o v e t h e p e r - f o r ma n c e o f we l d i n g s e a m， p r e h e a t b a s e me t a l ， a n d a d o p t r e a s o n a b l e we l d i n g p r o c e s s a n d n o d e d e s i g n ． The e n g i n e e r qu a l i t y i s e n s u r e d ． 【 K e y w o r d s ] H e a v y t h i c k n e s s p l a t e s t e e l s t ruc t u r e ， w e l d i a g c r a c k ， c o n t r o l m e a s u r e s 1 前言 莱钢大型宽厚板工程厂房建筑面积 6 6 O 0 0 m 2 ， 厂房钢柱为单阶格构式， 上、 下肢 单肢 采用焊接 H型钢； 焊接工字型吊车梁 ， 大跨度的为箱形梁； 工 字型屋架梁； 纵向或横向天窗。工业厂房钢结构 框架柱构件较大， 荷载较大。构件钢板较厚， 强度 等级较 高 ， 焊 接熔敷 金属量 大 ； 结构截 面节 点复 杂 ， 焊接残余应力大 ， 变形大。焊缝冷却结 晶时易 出现热裂纹、 冷裂纹、 再热裂纹和层状撕裂现象。 制作、 安装技术要求较高 ， 施工难度较大 ， 是工程 质量控制的重点和难点。 2 改进方案 1 焊接材料的选择。采用低氢型或超低氢 型的焊接材料， 可使焊缝金属韧性较高 ， 扩散氢含 量低 ， 抗冷裂性良好。其中C O 体积分数不得低于 9 9 ．9 ％ ， 水蒸 气 与 乙醇 总 质量 分 数 不得 高 于 0 ．0 0 5 ％， 并不得检出液态水。 2 焊前预热。为减小 内应力， 防止裂纹， 改 善焊缝性能， 母材焊接前必须预热。 预热温度 环境温度为常温、 焊接接头板厚不 同时 ， 应按厚板确定预热温度 ； 焊接接头材料不同 时， 按高强度、 高碳当量的钢材确定预热温度 见 表 1 。 表1 母材预热温度 ℃ 钢 材 牌 号一 堡 墨 塑 壑 竺 竺 25≤ t ≤ 40 4 0 t ≤ 60 6 0 8 0 Q 2 3 5 6 0 8 0 1 0 0 Q 3 4 5 6 0 8 0 1 0 0 1 4 0 3 预热方式。采用电加热和火焰加热两种 方 式 ， 以电加热方 式为主。电加 热预热温度 由热 电仪自动控制， 火焰加热用测温笔在距焊缝中心 7 5 m m的地方测温 ， 测温点应选 取加热区的背面。 火焰加热仅用于个别部位且电加热不宜施工之 处 ， 并应注意加热均匀。当采用火焰加热预热时， 测温应在加热停止后进行。 栏 目编辑 王先强 一 1 一 第3 3 卷2 0 1 5 年第 1 期 总第 1 7 5 期 技术改造与改进 3 节点构造设计 在 T 形 、 十字形及角接接头中 ， 当翼缘板厚度 等于或 大于 2 0 m m时 ， 为 防止 翼缘板产 生层状撕 裂， 宜采取下列节点构造设计 见表2 。 表2 厚板节点构造设计 序号 节点构造设计建议 图例 4 焊接裂纹和层状撕裂防止措施 4 ． 1 热 裂纹 防止措 施 1 控制焊缝的化学成分。降低母材及焊接 材料 中形成低熔点共 晶物 即易于偏析 的元素 ， 如 硫、 磷的含量。降低碳在钢中的含量， 可降低热裂 倾向； 提高M n 含量， 可提高焊缝抗热裂』生 能。 2 控制焊接工艺参数和条件。控制焊接电 流和焊接速度 ， 使各焊道截面上部的宽深比达到 1 ． 1 ～ 1 ． 2 ， 可提高抗热裂性能 ， 同时控制焊接熔池形 状 ， 不形成尖长形熔池而易在焊缝表面形成纵 向 热裂纹。尤其是埋弧焊 时 ， 因电流大 、 熔深大 ， 热 裂纹易于产生 ， 更应注意控制焊缝成形系数 ， 避免 坡口和间隙过小使焊缝成形系数太小而形成热裂 纹。焊前预热可降低形成裂纹的倾向； 合理的焊 接顺序 可 以使 大多数焊缝 在较 小 的拘束 度下焊 接， 减小焊缝收缩时所受拉应力， 也可减小热裂纹 倾 向。 4 ． 2 冷裂纹防止措施 1 焊前进行工艺评定试验 ， 确定工艺参数。 2 焊前预热可防止裂纹 ， 同时还有一定的改 善性能的作用。 3 手工焊采用碱性低氢焊条E 5 0 ／ E 5 5 型； C O 气 体 保 护 焊 可 选 用 药 芯 焊 丝 ； 埋 弧 焊 可 选 用 F 5 0 2 1 一 H 0 8 M n A焊条 ， 并且严格按规定烘干。烘干 一 2 一 温度为3 5 0 4 5 0 C， 烘干后在 1 0 0 ～1 5 0 ℃温度下 保温 1 ～2 h ， 放在保温筒 内随用随取。 4 选择合理的焊缝形状 ， 严格按 图纸加工零 件坡 口。 5 将焊缝两侧各 3 0 5 0 m m范围内锈 、 水等 清除干净， 减少氢气的来源。 6 裂纹往往 出现在头道焊缝和焊根上 ， 因此 对定位焊长度 、 焊脚 高度 和问隔也要作 出相应规 定 。定位焊缝若不得 已在坡 口内进行 时 ， 其焊缝 高度应小于坡 口深度的2 ／ 3 ， 长度宜大于4 0 ra m。 必要时在定位焊之前进行预热。焊前对定位 焊缝进行检查 ， 有裂 纹时必须 清除重焊 。定位焊 的长度和间距 ， 应视母材厚度、 结构长度而定。 7 为减小 内应力 ， 防止焊接 时产生裂纹 ， 装 配时要避免强行组装。 8 适当增大电流， 降低冷却速度 ， 有助于避 免淬硬组织的形成。 9 控制层问温度， 应略高于预热温度。 1 0 Q 3 4 5 C 低温焊接后应进行缓冷 ， 为减缓焊 缝及热影响区的冷却速度 ， 防止冷裂纹 的产生 ， 应 对 焊件 及 时保 温 ， 即把 焊后 的焊 件立 即加 热 到 2 5 0～3 5 0 。 ， 并 用石棉 等保温 2 ～ 6 h 后空冷 ， 可减少 焊缝 中含氢量 ， 防止产生冷裂纹 ， 其加热方法 、 宽 度 同焊前预热。 4 ． 3 层状撕裂防止措施 1 控制钢材的含硫量。 2 采用合理的节点设计 。 3 采用合理的焊接工艺 。 4 补焊时应在坡 口内引弧 ， 熄弧时应填满弧 坑 ； 多层焊 的焊层之间接头应错开 ， 焊缝长度应不 小于 l O O m m， 当焊缝长度超过 5 0 0 ram时 ， 应采用分 段退焊法 。 5 焊缝同一部位的返修次数不宜超过2 次。 返修焊缝应填报返修施工记录及返修前后的无损 检测报告 ， 作为工程验收及存档资料 。 5 结束语 虽然厚板钢结构施工难度较大 ， 但 只要控制 措施得当， 构件出现裂纹的比例会大大缩小， 工程 质量会有显著提高， 焊缝出现裂纹将会避免， 可以 有效地控制工业建筑工程质量 。 2 0 1 4 - 0 2 - 2 1 收稿