第六节 焊 接

第10.6.1条

高层建筑钢结构的焊接与一般建筑钢结构的焊接有所不同,对焊工的技术水平要求更高,特别是几种新的焊接方法的采用,使得焊工的培训工作显得更为重要。因此,在施工中焊工应按照其技术水平从事相应的焊接工作,以保证焊接质量。

停焊时间的增加和技术的老化,都将直接影响焊接质量。因此,对焊工应每三年考核一次,停焊超过半年的焊工应重新进行考核。

 

第10.6.2条

首次采用是指本单位在此以前未曾使用过的钢材、焊接材料、接头形式及工艺方法,都必须进行工艺评定。工艺评定应对可焊性、工艺性和力学性能等方面进行试验和鉴定,达到规定标准后方可用于正式施工。在工艺评定中应选出正确的工艺参数指导实际生产,以保证焊接质量能满足设计要求。

 

第10.6.3条

高层建筑钢结构对焊接质量的要求比对其他结构要高,厚板较多、新的接头形式和焊接方法的采用,都对工艺措施提出更严格的要求。因此,焊接工作必须在焊接工程师的指导下进行,并应制定工艺文件,指导施工。

施工中应严格按照工艺文件的规定执行,在有疑义时,施工人员不得擅自修改,应上报技术部门,由主管工程师根据情况进行处理。

 

第10.6.4条

由于生产的各个焊条厂都有各自的配方和工艺流程,控制含水率的措施也有差异,因此本规程对焊条的烘焙温度和时间未做具体规定,仅规定按产品说明书的要求进行烘培。

低氢型焊条和烘焙次数过多,药皮中的铁合金容易氧化,分解碳酸盐,易老化变质,降低焊接质量,所以本规程对反复烘焙次数进行了控制,以不超过二次为限。

本条款的制定,参考了国家现行标准《焊条质量管理规程》(JB 3228) 、《建筑钢结构焊接规程》 (JGJ 81) 和美国标准《钢结构焊接规范》 (ANSI/AWS D1.1—88) 。

 

第10.6.5条

为了严格控制焊剂中的含水量,焊剂在使用前必须按规定进行烘焙。焊丝表面的油污和锈蚀在高温作用下会分解出气体,易在焊缝中造成气孔和裂纹等缺陷,因此,对焊丝表面必须仔细进行清理。

 

第10.6.6条

本条款选自原国家机械委员会颁布的《二氧化碳气体保护焊工艺规程》 (JB 2286—87) ,用于二氧化碳气体保护焊的保护气体,必须满足本条款之规定数值,方可达到良好的保护效果。

 

第10.6.7条

焊接场地的风速大时,会破坏二氧化碳气体对焊接电弧的保护作用,导致焊缝产生缺陷。因此,本规程给出了风速限值,超过此限时应设置防护装置。

 

第10.6.8条

装配间隙过大会影响焊接质量,降低接头强度。定位焊的施焊条件较差,出现各种缺陷的机会较多。焊接区的油污、锈蚀在高温作用下分解出气体,易造成气孔、裂纹等缺陷。据此,特对焊前进行检查和修整做出规定。

 

第10.6.9条

本条对一些较重要的焊缝应配置引弧板和引出板做出的具体规定。焊缝通过引板过渡升温,可以防止构件端部未焊透、未熔合等缺陷,同时也对消除熄弧处弧坑有利。为保证焊接质量稳定,要求引板的材质和坡口形式同于焊件,必要时可做试验确定。

 

第10.6.10条

在焊区以外的母材上打火引弧,会导致被烧伤母材表面应力集中,缺口附近的断裂韧性值降低,承受动荷载时的疲劳强度也将受到影响,特别是低合金结构钢对缺口的敏感性高于普通碳素钢,故更应避免”r;乱打弧”现象。

 

第10.6.11条

本条款的制定参考了现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 和部分国内高层钢结构制作的有关技术资料。钢板厚度越大,散热速度越快,焊接热影响区易形成组织硬化,生成焊接残余应力,使焊缝金属和熔合线附近产生裂纹。当板厚超过一定数值时,用预热的办法减慢冷却速度,有利于氢的逸出和降低残余应力,是防止裂纹的一项工艺措施。

本条款仅给出了环境温度为0℃以上时的预热温度,对于环境温度在0℃以下者未做具体规定,制作单位应通过试验确定适当的预热温度。

 

第10.6.12条

后热处理也是防止裂纹的一项措施,一般与预热措施配合使用。后热处理使焊件从焊后温度过渡到环境温度的过程延长,即降低冷却速度,有利于焊缝中氢的逸出,能较好地防止冷裂纹的产生,同时能调整焊接收缩应力,防止收缩应力裂纹。考虑到高层建筑钢结构厚板较多,防止裂纹是关键问题之一,故将后热处理列入规程条款中。因各工程的具体情况不同,各制作单位的施焊条件也不同,所以未做硬性规定,制作单位应通过工艺评定来确定工艺措施。

 

第10.6.13条

高层建筑钢结构的主要承力节点中,要求全熔透的焊缝较多,清根则是保证焊缝熔透的措施之一。清根方法以碳弧气刨为宜,清根工作应由培训合格的人员进行,以保证清根质量。

 

第10.6.14条

层状撕裂的产生是由于焊缝中存在收缩应力,当接头处约束度过大时,会导致板厚度方向产生较大的拉力,此时若钢板中存在片状硫化夹杂物,就易产生层状撕裂。厚板在高层建筑钢结构中应用较多,特别是大于 50mm 超厚板的使用,潜在着层状撕裂的危险。因此,防止沿厚度方向产生层状撕裂是梁柱接头中最值得注意的问题。根据国内外一些资料的介绍和一些制作单位的经验,本条款综合给出了几个方面可采取的措施。由于裂纹的形成是错综复杂的,所以施工中应采取那些措施,需依据具体情况具体分析而定。

碳当量法是将各种元素按相当于含碳量的作用总合起来,碳是各种合金元素中对钢材淬硬、冷裂影响最明显的因素,国际焊接学会推荐的碳当量为 (%),值越高,钢材的淬硬倾向越大,需较高的预热温度和严格的工艺措施。

焊接裂纹敏感系数是日本提出和应用的,它计入钢材化学成份,同时考虑板厚和焊缝含氢量对裂纹倾向的影响,由此求出防裂纹的预热温度。焊接裂纹敏感系数

+板厚/600(%) ,预热温度

 

第10.6.15条

消耗熔嘴电渣焊在高层建筑钢结构中的应用是一门较新的技术,由熔嘴电渣焊的施焊部位是封闭的,消除缺陷相当困难,因此要求改善焊接环境和施焊条件,当出现影响焊接质量的情况时,应停止焊接。

为保证焊接工作的正常进行,对垫板下料和加工精度应严格要求,并应严格控制装配间隙。间隙过大易使熔池铁水泄漏,造成缺陷。当间隙大于 1mm 时,应进行修整和补救。焊接时应由两台电渣焊机在构件两侧同时施焊,以防焊件变形。因焊接电压随焊接过程而变化,施焊时应随时注意调整,以保持规定数值。

焊接过程中应使焊件处于赤热状态,其表面温度在 800℃以上时熔合良好,当表面温度不足 800℃时,应适当调整焊接工艺参数,适量增加渣池的总热能。

 

第10.6.16条

栓钉焊接面上的水、锈、油等有害杂质对焊接质量有影响,因此,在焊接前应将焊接面上的杂质仔细清除干净,以保证栓焊的顺利进行。从事栓钉焊的焊工应经过专门训练,栓钉焊所用电源应为专门电源,在与其他电源并用时必须有足够的容量。

 

第10.6.17条

栓钉焊是近些年发展起来的特种焊接方法,其检查方法不同于其他焊接方法,因此,本规程将栓钉焊的质量检验作为一项专门条款给出。本条款的编制主要参考了日本的有关标准和资料。

栓钉焊缝外观应全部检查,其焊肉形状应整齐,焊接部位应全部熔合。

需更换不合格栓钉时,在去掉旧栓钉以后,焊接新栓钉之前,应先修补母材,将母材缺损处磨修平整,然后再焊新栓钉,更换过的栓钉应重新做弯曲试验,以检验新栓钉的焊接质量。

 

第10.6.18条

本条款对焊缝质量的外观检查时间进行了规定,这里考虑延迟裂纹的出现需要一定的时间,而高层建筑钢结构构件采用低合金结构钢及厚板较多,存在延迟断裂的可能性更大,对构件的安全存在着潜在的危险,因此应对焊缝的检查时间进行控制。考虑到实际生产情况,将全部检查项目都放到 24h 后进行有一定困难,所以仅对 24h 后应对裂纹倾向进行复验做出了规定。

本条款在严禁的缺陷一项中,增加了熔合性飞溅的内容。当熔合性飞溅严重时,说明施焊中的焊接热能量过大,由此造成施焊区温度过高,接头韧性降低,影响接头质量,因此,对焊接中出现的熔合性飞溅要严加控制。

焊缝质量的外观检验标准大部分均由设计规定,设计无规定者极少。本规程给出的表 10.6.18 仅用于设计无规定时。该表的编制,参考了现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 、日本《建筑工程钢结构施工验收规范》以及国内部分有关资料。

 

第10.6.19条

高层建筑钢结构节点部位中,有相当一部分是要求全熔透的,因此,本规程特将焊缝的超声波检查探伤作为一个专门条款提出。

按照现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》 (GB 50205) 的规定,焊缝检验分为三个等级,一级用于动荷载或静荷载受拉,二级用于动荷载或静荷载受压,三级用于其他角焊缝。本条款给出的超检数量,参考了该规范的规定。在《钢焊缝手工超声波检验方法和探伤结果分级》 (GB 11345—89) 中,按检验的完善程度分为A、B、C三个等级。 A 级最低,B级一般, C级最高。评定等级分为 Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级, Ⅰ 级最高、Ⅳ级最低。根据高层钢结构的特点和要求以及施工单位的建议,本条款比照《钢焊缝手工超声波检验方法和探伤结果分级》 (GB 11345—-89)的规定,给出了高层建筑钢结构受拉、受压焊缝应达到的检验等级和评定等级。

本条款给出的超声波检查数量和等级标准,仅限于设计文件无规定时使用。

 

第10.6.20条

为保证焊接质量,应对不合格焊缝的返修工作给予充分重视,一般应编制返修工艺。本规程仅对几种返修方法做出了一般性规定,施工单位还应根据具体情况做出返修方法的规定。

焊接裂纹是焊接工作中最危险的缺陷,也是导致结构脆性断裂的原因之一。焊缝产生裂纹的原因很多,也很复杂,一般较难分辨清楚。因此,焊工不得随意修补裂纹,必须由技术人员制定出返修措施后再进行返修。

本条款对低合金结构钢的返修次数做出了明确规定,因低合金结构钢在同一处返修的次数过多,容易损伤合金元素,在热影响区产生晶粒粗大和硬脆过热组织,并伴有较大残余应力停滞在返修区段,易发生质量事故。