第十章现场焊接

第十章 现场焊接

第一节 焊接工程概况

本工程为空间钢结构，焊缝质量等级要求较高，其球节点焊缝、方钢管节点

与腹杆连接焊缝等均为一级焊缝，尤其是Q420C级钢材焊接施工存在一定的难度，另外现场焊接的焊缝相对数量较大。 一、钢材

本工程钢材选用原则为厚度<18mm钢材选用Q345C级（结构内外边框300mm×300mm×20mm的方钢管也采用Q345C级钢材）；厚度≥20mm选用Q420C级。 二、焊接方法

考虑到工程进度和施工现场的条件，拟采用手工电弧焊焊接和二氧化碳气体保护焊焊接方式，根据焊接部位和材料的不同需选用不同的焊接材料。 三、焊接顺序 1、焊接总体顺序

⑴外墙体以四角为控制基准向边长延伸。 ⑵屋盖以下表面为控制基准向上表面延伸：

①墙体焊接顺序：墙体外表面——中间层球、腹杆——墙体内表面至墙体T字形拐角汇合；

②屋盖焊接顺序：屋盖下表面——中间层（球杆）——屋盖上表面。 ⑶屋盖分成几何图形重复的15个中拼块，每块之间预留后装合拢杆件（杆件长度预留余量待切），墙体同样做法。但只设1-2个后装合拢带。墙体和屋面焊接合拢带如下图：

焊接合拢带焊接合拢带焊接合拢带焊接合拢带墙体焊接合拢带 墙体焊接合拢带屋盖焊接合拢带

2、局部节点焊接顺序：杆端焊缝对称施焊；一个节点上对称杆件同时施焊。见下图：

同时施焊

3、高空中拼块内焊接顺序：多人在各不相邻的节点间隔分批跳焊，第一批焊后监测作为第二批安排焊接顺序调控的依据。见下图：

四、焊接应力变形控制措施

1、减小焊接收缩量

⑴在保证焊透的前提下，根据板厚及球面实际弧度设置最小坡口尺寸并用φ3.2焊条打底焊。

⑵杆件根据板厚留收缩余量

⑶采用多层多道焊接法，除盖面层以外不摆弧。 2、适度的限位措施

四角立柱利用支拉架拉接防止焊接收缩后内倾，同时配合监测。 3、屋盖与墙体的合拢带

屋盖与墙体的合拢带须选择适当的位置、适当温度和合理的焊接顺序。

五、焊接节点形式

1、焊缝位置主要为：平焊、立焊、仰焊、圆管全位置焊。 2、典型焊接节点

典型焊接节点1典型焊接节点示意图

3、衬管的装配

⑴本工程主体结构材质为Q345C、Q420C，衬管材质全部选择Q345C。 ⑵手工电弧焊和CO2气体保护焊直通焊时，其焊缝引出长度应大于50㎜。其引弧板和引出板宽度大于50㎜，长度不小于50㎜，厚度应不小于8㎜。

管球基本接头形式见下图：

空心球空心球杆件衬管衬管接头形式1≤10杆件接头形式2

＞10

第二节 焊接准备

本工程空间节点为大量的焊接球节点，即空心球与杆件的组对、焊接。 一、人员准备

本工程从事焊接作业的人员，从工序负责人到作业班长至具体操作的施焊技工、配合工以及负责对焊接接头进行无损检测的专业人员，均为持证的资格人员和曾从事钢结构现场安装工程施工的人员，人员技术力量雄厚，专业程度高。

由于本工程为空间钢结构且部分采用Q420C级钢材焊接，为保证整个工程的焊接质量，根据《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001和《建筑钢结构焊接技术规范》JGJ81-2002对所有参与重要节点焊接的焊工进行考试。

焊工资格考试包括理论知识考试和操作技能考试两部分 1、理论考试

理论考试以焊工必须掌握的基础知识及安全知识为主要内容，内容范围为：(1)焊接安全知识； (2)焊缝符号识别能力； (3)焊缝外形尺寸要求； (4)焊接方法表示代号；

(5)选用焊接方法的特点，焊接工艺参数、操作方法、焊接顺序及其对焊接质量的影响；

(6)焊接缺陷分级；

(7)焊工所施焊焊接结构的质量要求； (8)焊接材料型号、牌号及使用、保管要求；

(9)报考类别的钢材型号、牌号类别及其主要合金组分、力学性能及焊接性能；

(10)焊接设备、装备、类别、使用及维护要求；

(11)焊接缺陷分类及定义（形成原因及防止措施的一般知识）；

(12)焊接热输入与焊接规范参数的换算及热输入对性能影响的一般关系；(13)焊接应力、变形产生原因、防止措施及热处理的一般知识。 2、操作技能考试 (1)考试内容和方法

①参加本工程的焊工全部进行附加考试中的操作考试，对于不同材质的钢材焊接应分别考试，即部分焊工考核Q345C材质的焊接，部分焊工考核Q420C材质焊接，以减少考试用钢材的投入。

②考试的焊接方法为手工电弧焊和C02气体保护焊，焊条为E5015、E5515，焊丝为ER50-2、ER55-D2，Ф1.2焊丝。

③试件板材质为Q345C、Q420C焊接形式选择对接（B），焊缝位置选择平焊、立焊、仰焊（F、V、O）及全位置焊。

④按下图对接试件板形状进行试件板尺寸加工。

焊缝形式 对接（对接与角接组合） 焊缝形式分类 焊缝形式代号 焊接位置 B 平焊 立焊 仰焊 全位置焊 位置代号 F V O

管－球节点试样

(2)试件检验

①考试试件的检验项目应符合下表规定。 试件形式 试件 厚度 （mm） 板对接焊 25 要 超声波 4个 外观检验 无损探伤 侧弯 全断面拉伸 / 2个 焊缝3个 热影响粗晶区3个 管－球 25 要 超声波 2 / 2 拉伸 冲击 宏观酸蚀及硬度 注明：全断面拉伸视试验机能力决定

②检验方法

A外观检验：宜用5倍放大镜目测；

B无损探伤：超声波探伤应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345的规定；

C弯曲试验：对接焊缝接头弯曲试验应符合现行国家标准《焊接接头弯曲及压扁试验法》GB2653的规定。

③焊缝合格标准

A焊缝外观应符合下列要求：

试件焊缝表面无裂纹、未焊满、未熔合、气孔、夹渣、焊瘤等缺陷； 焊缝咬边深度不大于0.5mm，两侧咬边总长不超过焊缝长度的10%，且不大于25mm；焊缝错边量不大于10%板厚，且不大于2mm。

B焊缝外形尺寸应符合下表

焊缝外形尺寸合格要求（mm）

余高偏差 对接 焊缝 0～3 角接焊缝宽度比坡口单差值 焊缝 侧增宽值 （0～1）+0.1×0～3 1～3 0～3 焊脚尺寸 ≤2.5 ≤3 不对称 高低差 表面宽度差 角接焊脚高偏差 在25㎜长度内焊缝表面凹凸在焊缝长度150㎜内焊缝C内部缺陷合格标准：超声波探伤应符合BⅡ级的规定；

D冷弯试验合格标准：对接接头每个冷弯试样表面任意方向裂纹及其它缺陷单个长度不得大于3mm；每个试样中长度不大于3mm的缺陷总长不得大于7mm；以上各项检验应全部合格。 二、主要设备机具的准备

本工程现场主要采用手工焊和CO2气体保护焊，所以应配备完好的数量足够的焊接设备以及机具。

焊接设备及辅助设备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名称 型号 容量 500A 500A 630 7.5KW 10KW 5kg 5倍 ф8mm 单位 数量 台 台 台 把 台 台 台 个 台 个 个 m 20 60 4 20 2 2 20 20 1 16 5 600 割、6个预热 用途 钢柱钢梁焊接 钢柱钢梁焊接 返修清根 预热、后热 碳弧气刨风源 烘干焊接材料 修磨清渣 焊条保温 测风力 测温用 焊缝检查用 2个气刨、2个切高压氧气管 备注 包括送丝 包括送丝 CO2气体保护半自动焊机 KR-600 硅整流 碳弧气刨 特制氧- 乙炔烤枪 空压机 电热干燥箱 ZX-500A YZH2-100 电热角向磨光机（日产） YZH2-40 ф100-125 电热保温筒 风速仪 测温计 放大镜 600℃

2个气刨、2个切13 14 15 16 17 18 19 20 乙炔气管 电焊铜缆线 电焊铝缆线 石棉布 编织布 防火布 电闸分箱 220V 焊机房 个 ф8mm 50mm 50mm 0.5~3mm 30~80mm 380V 个 3 12 机、角向磨光机 两台焊机用1个 用 22 m m m m m m 600 割、6个预热 1200 1200 200 200 200 7 手工电弧焊专用 手工电弧焊专用 防火用 挡风用 挡风用 手弧焊机、CO2焊 箱内配套使

三、焊接工艺评定

针对本工程矩形管对接、钢管对接、焊接球与钢管对接的接头形式，特别是本工程首次采用厚度达≥18㎜的Q420C级钢材，根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002第五章“焊接工艺评定”的具体规定，必须组织进行焊接工艺评定，以便通过焊评试验后最终确定钢材与焊材的匹配，确定出最佳焊接工艺参数，而后根据焊评试验结果编制相应的焊接施工工艺规程。本工程拟定焊接工艺评定17组。

1、Q345C板对接(8mm\\16mm手工仰焊、CO2气保焊、埋弧焊各一组) 2、Q420C板对接(20mm\\40mm手工焊、CO2气保焊、埋弧焊各一组) 3、Q345C钢管对接(Φ406×9手工焊、CO2气保焊各做一组) 4、Q345C球－管接点(WS450×12+Φ219×6手工焊做一组) 5、Q420C－Q345C球－管接点(WS600×20+Φ406×11手工焊做一组) 6、Q420C球－管接点(WS800×30+Φ610×24手工焊做一组) 四、焊接材料的准备

1、本工程焊接方式主要采用手工电弧焊，部分采用CO2气体半自动保护焊。 2、根据工程材料的类别，焊接主材主要为气体保护焊焊丝，并配辅材CO2

气，手工电弧焊用焊条。

本工程主要构件的材质为Q345C和Q420C两种，焊条分别选用E5015和

E5515，焊丝选用ER50-2和ER55-D2。

当两种材质强度不同时，则选用强度较低焊材。

3、经焊接工艺评定合格后，方可允许作为本工程施焊的焊材，并要求按牌号、批次、持证入场，分类存放在干燥通风的库房。材质证明和检验证书妥善保管，分批整理成册交项目存档。

序号 名称 CO2气体 1 保护焊焊丝 ф1.2mm E5515、E5015 2 手工电弧焊焊条 ф4mm 气体纯度不低于3 CO2气体 99.5% 根据工程情况 保护作用 CO2气体保护焊 根据工程情况 手工电弧焊焊接用 ER55-D2 根据工程情况 焊接用 牌号规格 ER50-2 CO2气体保护焊 数量 用途

五、焊前准备

1、焊接管理人员在焊接施工前应认真阅读本工程的设计文件，熟悉图纸规定的施工工艺和验收标准。认真做好技术准备工作，根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002的规定编制符合本工程情况的焊前工艺评定计划书，完成相关的报批程序，组织好工艺评定的场地、材料、机具试验单位联系、检测器具及评定记录表格等。

2、根据本工程焊接工艺评定的结果编制作业指导书，完成人、机、料的计划及组织。根据本工程的具体情况，完成焊接施工前的准备工作，及本工序的施工技术交底和施工安全交底工作。

3、焊前检查

选用的焊材强度应与母材强度相匹配，焊机种类、极性与焊材的焊接要求相匹配。焊接部位的组装和表面清理的质量。如不符合要求，应修磨或补焊合格后方能施焊。此外还要检查杆件坡口、钝边、间隙是否符合施工工艺及设计要求。

4、焊前清理

认真清除坡口内和垫于坡口背部的衬板表面油污、锈蚀、氧化皮，水泥灰渣

以及水份等杂物。

第三节 焊接工艺规定

现场焊接分为杆件地面小面积拼装焊接和杆件空中组对焊接，地面拼装分为 球－管、球－管－球、平面内的球－管拼接成的三角形、梯形、五边形，其中球－管、球－管－球拼接焊接可采用在专用胎架上进行转动焊接，其它形式拼接焊接采用全位置焊接。空中管球组对焊接采用全位置焊接。 一、焊接工艺

1、焊接环境

焊接作业区域应设置防雨、防风及防火花坠落的保护措施。连接部位及支撑节点连接处焊接应专门设置供操作的方形平台。平台上除密铺脚手板外，还应采用石棉布铺垫于脚手板上，以防止焊接火花坠落烫伤他人，并在平台四周和顶部固定防风帆布，杜绝棚外风力对棚内焊接环境的侵扰。

北京地区大风较多，当CO2气体保护焊环境风力大于2m/s及手工焊环境风力大于5m/s，在未设防风棚或没有防风措施的施焊部位，严禁进行CO2气体保护焊和手工电弧焊。焊接作业区的相对湿度大于90％时不得进行施焊作业。施焊过程中，若遇到短时大风雨时，施焊人员应立即采用3～4层石棉布将焊缝紧裹，绑扎牢固后方能离开工作岗位，并在重新开焊之前将焊缝100㎜周围处进行预热措施，然后进行焊接。

2、定位焊

所有焊材应与正式施焊相同。定位焊焊缝应与最终的焊缝有相同的质量要求。钢衬垫的定位焊宜在接头坡口内焊接，定位焊焊缝厚度不宜超过设计焊缝厚度的2/3，焊缝长度不宜大于40㎜，间距宜为500－600㎜，并应填满弧坑。定位焊预热温度应高于正式施焊预热温度。当定位焊缝有气孔或裂纹时，必须清除后重焊。

3、焊接工艺流程

严格按“焊接工艺评定试验”焊接工艺参数和作业顺序施焊。

焊接工艺流程图

操作平台、防风棚及防护架笼就位 按预定顺序或根据测量结果确定先后 焊接顺序 坡口清理 1、气候条件检查； 2、杆件位置、轴线偏差检查； 3、坡口间隙、钝边及清理程度的检 焊前确认 查； 预热温度、时间 4、焊机工具检查； 定位焊 5、焊工持证情况； 6、焊接材料检查；焊条烘干； 预热 7、CO2气体纯度、压力和气路的检查； 8、安全施焊条件的检查。 低氢焊条打底焊 缺陷修整 焊条或焊丝焊接 1、工艺流程、电流、电压检查； 4、焊接工艺参数

Q345C、Q420C钢材应根据焊接工艺评定确定焊接工艺参数。

工艺参数记录 不合格 合格 打磨 超声波探伤 缺陷修补 焊工自检，检验后打焊工钢印号 焊中检测 焊接完成 焊缝外观检查 填写外观质量检查表 2、焊道清渣； 3、焊道质量的检查； 4、CO2焊机、送丝机构检查、焊丝 伸 出长度的检查； 5、层间温度检测。

5、 焊接预热、后热

本工程板厚大于20mm的钢板均采用了Q420C。对于Q345C钢板，板厚小于25mm时，在焊件温度不低于0℃时，不需要进行预热，故本工程中Q345C钢材不需要进行焊接预热、后热。

Q420C钢材由于碳当量高，冷裂敏感性大，其预热温度应按钢厂提供的指导参数，或施工企业通过焊接试验和焊接工艺评定加以确定，预热的主要目的是减小从800℃～500℃区间的冷却速度，防止焊缝及热影响区形成脆性金相组织以至于形成焊缝冷裂性，并应通过焊接性试验确定焊后消氢热处理的要求和相应的加热条件。

二、焊接过程中应注意事项

Q420及钢材焊接时不允许随便打弧、引弧。

采取相应的预热温度及层间温度控制措施。实施多层多道焊，每焊完一焊道后应及时清理焊渣及表面飞溅，发现影响焊接质量的缺陷时，应清除后方可再焊，在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度，使层间温度的上、下限符合工艺条件要求，遇有中断施焊的特殊情况，应采取后热保温措施，再次焊接时，重新预热且应高于初始预热温度。 三、焊后清理及外观检查

认真清除焊缝表面飞溅、焊渣、焊瘤等。焊缝表面不得有咬边、气孔、裂纹、焊瘤等缺陷，焊缝表面不得存在几何尺寸不足现象。不得在母材上留有擦头处及弧坑。焊缝外观自检合格后，方能打上焊工钢印号，并做到工完场清。 四、焊缝检验

1、焊缝的外观检查

焊缝外观检查质量标准（允许偏差）

焊缝 质量等级 检验 项目 未焊满 一级 三级 不允许 ≤0.2+0.04t，且≤2mm，每100mm焊缝内缺陷累积长≤25mm ≤0.2+0.04t，且≤2mm,长度不限 ≤0.1t，且≤1mm，长度不限 个别电弧擦伤允许存在 缺口深度≤0.1t，且≤1mm，每1m焊缝不得超过1处 每50mm长度焊缝内允许直径<0.4t，且≤3mm气孔2个；孔距≥6倍孔距 根部收缩 咬边 电弧擦伤 接头不良 不允许 不允许 不允许 / 表面气孔 不允许 2、焊缝无损检测

按设计要求全熔透焊缝进行超声波无损检测，其内部缺陷检验应符合下列要求：

一级焊缝应进行100％的检验，其合格等级应为现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法》（GB11345）B级检验的Ⅱ级及Ⅱ级以上。对不合格的焊缝，应根据超标缺陷的位置，采用碳刨、切除，砂磨等方法去除后，以与正式焊缝相同的工艺方法进行补焊，其检验标准相同。 五、焊接质量控制措施

焊接是钢结构安装施工中的关键工序，因此必须自始至终全面进行监控，且应把好焊前、焊中、焊后质量关。

对于安装焊接这一关系到整体安装质量的特殊工序，必须在施工前严格制定计划，在施工中组织专门的人力、物力，比预定正式施焊时间至少提前4—8小时进行专门防护。

1、防护要求

⑴上部稍透风、但不渗漏，兼具防一般物体击打的功能。

⑵中部宽松，能抵抗强风的倾覆，不致使大股冷空气透入，且应严防穿堂风。

⑶下部承载力足够4名以上作业人员同时进行相关作业，因此需稳定、无晃动，不因甲的作业给乙的正在作业造成干扰；可以存放必需的作业器具和预备材料且不给作业造成障碍，不可造成器具材料脱控坠落的缝隙,中部及下部防护采用阻燃材料遮蔽。

⑷作业平台四周应设置牢固的护栏以及上下的扶梯等。 2、焊条使用要求：

⑴对碱性焊条，严格按照有关规定进行使用前烘焙、发放、领用以及回收等。 ⑵对碱性焊条，焊工使用保温筒领取焊条，使用中切实执行随用随取的规定；由保温筒取出到施焊，暴露在大气中的时间严禁超过一小时；焊条的重复烘干次数不得超过两次。

⑶对碱性焊条，由保温箱领取的焊条，放置在保温筒中的时间应控制在四小时以内，如遇雨雪天气还应相应缩短。

⑷对于CO2气体保护焊焊丝，应切实采取禁止油污污染措施和防潮措施。当班未使用完的应拆卸下来放入包装盒保管。

⑸焊条、焊丝实行专人保管，专人烘烤，专人发放的管理制度，严禁私自开箱取用，保管员须建立烘烤保温记录台帐。