鋼結構柱接頭現場焊接工藝的實施及控制

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有關焊接工藝的一點資料

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鋼結構柱接頭現場焊接工藝的實施及控制

+ s( x4 O/ z/ _  k河北定洲發電廠一期工程2×600MW機組的主廠房鋼結構由河北電力設計院設計，三門峽水工機械廠制造。主廠房鋼結構分為：除氧煤倉間、加熱器平臺、汽機房A0-A列柱。鋼架的主立柱、梁、垂直支撐全部采用"H"型鋼，母材材質為Q345C（屬低合金結構鋼），鋼架主立柱采用分段對接方式連成一體，其中"H"型鋼的腹板采用高強螺栓連接，翼緣板之間的連接采用對口焊接方式。
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一、材料介紹
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1. Q345化學成分如下表（%）：
5 q, d. h9 w! ~+ I$ J1 F( k& ]! \
元素C≤MnSi≤P≤S≤Al≥VNbTi
7 e  P0 u1 r* F9 Q5 g, }4 z" c7 `含量0.21.0-1.60.550.0350.0350.0150.02-0.150.015-0.060.02-0.2
2 V8 k: O" S5 k
Q345C力學性能如下表（%）：
: x& c, a: j9 K) q
機械性能指標伸長率（%）試驗溫度0℃抗拉強度MPa屈服點MPa≥
9 H& z. R2 F& ^1 e* Z數值δ5≥22J≥34σb（470-650）σs（324-259）

其中壁厚介于16-35mm時，σs≥325Mpa；壁厚介于 35-50mm時，σs≥295Mpa
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$ N3 _' s9 v8 I9 ~+ d5 a0 {2. Q345鋼的焊接特點

2.1 碳當量(Ceq)的計算

$ w( [; r8 P3 PCeq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5

計算Ceq=0.49%，大于0.45%，可見Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時制定嚴格的工藝措施。
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9 \( a+ w1 Z8 W& k/ f5 o% R9 a  t2.2 Q345鋼在焊接時易出現的問題
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2.2.1 熱影響區的淬硬傾向

7 U% C6 }  f  u8 L! C+ E! CQ345鋼在焊接冷卻過程中，熱影響區容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區的硬度提高，塑性下降。結果導致焊后發生裂紋。
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2.2.2 冷裂紋敏感性

9 X$ |- u$ e/ V$ BQ345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。

  P! ?1 m+ Q5 u, o" v二、焊接施工流程

0 r/ b, N  M. y* [# W: j" D坡口準備→點固焊→預熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊 →里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗（焊縫質量一級合格）
' W1 E9 r; }) a
三、焊接工藝參數的選擇
1 a; T5 `' e4 ]* j
0 f4 z/ s0 f; R* v, ]/ ~7 s8 G) w. [通過對Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：

: `  w7 Y# p* F/ M* {1. 焊接材料的選用
/ N; v, E5 L& |: K0 L
( r9 u) g# s; @* G' t由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應選用低氫型的焊接材料，同時考慮到焊接接頭應與母材等強的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。

化學成分見下表（%）：

元素C，Mn，Si，S，P，Cr，Mo，V，Ti
含量0.0711.110.530.0090.0160.020.010.010.01

力學性能見下表：
% ]6 S6 ~  s  f7 {% e# F$ a' a
0 H( I$ d/ Z- E機械性能指標σb（Mpa）σs（Mpa）δ5（%）Ψ（%）AkvJ-30℃
2 l$ W6 ~  c5 ?& c/ e- e$ V1 j3 z數值440，540，31，79，164 114 76

2. 坡口形式：（根據圖紙和設備供貨）

  X6 Q9 H- c- U/ G' N8 X3. 焊接方法：采用手工電弧焊（D）。

- a' [9 k  c/ z% N4. 焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用 Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。
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3 x7 X' G$ ~  Z2 X& f  i5. 預熱溫度：由于Q345鋼的Ceq＞0.45%，在焊接前應進行預熱，預熱溫度T0=100-150℃，層間溫度Ti≤400℃。
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6. 焊后熱處理參數：為了降低焊接殘余應力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應對焊縫進行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時間為2小時（板厚40mm時），升降溫速度為125℃/h 。

$ H) D/ W3 M  a四、現場焊接順序：

0 R5 W/ N: R* `$ D; J2 e; d1. 焊前預熱

在翼緣板焊接前，首先對翼緣板進行預熱，恒溫30分鐘后開始焊接。 焊接的預熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動控制，采用遠紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動設定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預熱時熱電偶的測點距離坡口邊緣15mm-20mm。

2. 焊接

3 R( z  L- j6 X, P& Z2.1 為了防止焊接變形，每個柱接頭采用二人對稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規范操作，因為它的焊接是影響焊接變形的主要原因。在焊接一至三層結束后，背面進行清根。在使用碳弧氣刨清根結束后，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴重造成裂紋。外口焊接應一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。
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9 D6 n( G0 P8 o1 J# s/ _7 i: Z! p) c) X2.2 當焊接第二層時，焊接方向應與第一層方向相反，以此類推。每層焊接接頭應錯開15-20mm。
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3 A+ Z# w" R6 @" _2.3 兩名焊工在焊接時的焊接電流、焊接速度和焊接層數應保持一致。
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2.4 在焊接中應從引弧板開始施焊，收弧板上結束。焊接完成后割掉并打磨干凈。
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) S. M2 r4 R/ w% [7 o. H3. 焊后熱處理：焊口焊接完成后應在12小時內進行熱處理。如不能及時進行熱處理應采取保溫、緩冷措施。在進行熱處理時，應采用兩根熱電偶測溫，熱電偶點焊在焊口的里外側。

Q345鋼的焊接溫度曲線如下圖
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/ E& Y" N$ U3 e3 o1 t+ n' c8 C7 ^1 A2 J4. 焊接檢驗
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* {4 g  a- W9 F* c6 S根據《鋼結構工程施工及驗收規范》的要求，焊口采用超聲波探傷法進行檢驗，檢驗比例為100%。

8 T! g7 y; d4 i& e9 X$ U五、現場技術管理

1. 編制詳細的焊接施工作業指導書。
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2. 全過程控制焊接工藝是確保質量的核心。
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每個柱接頭的焊接時，應有專人監控焊接工藝，如焊工不按作業指導書施工應立即終止焊接。在焊接過程中，熱處理人員應全程監控層間溫度，如超標應立即通知焊工暫停。

# ?& Z7 ^2 j/ Y0 y% ?4 @8 K9 w" Z6 S3. 提高施工人員質量意識是貫徹焊接工藝的關鍵

7 X9 _: S! L; n$ ~1 _' [在施工前，進行全員交底，并且開取施工工藝卡。交底中詳細講解焊接工藝特點及嚴格控制現場焊接工藝的必要性和控制要點。
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六、結論

( H4 |+ c: f' N0 ^; p5 `: y按此焊接工藝措施施工，在現場共焊焊口102道，經無損檢驗一次合格率達到100%。經過實際施工的驗證，此焊接工藝措施不僅能在現場指導對Q345鋼的焊接，而且能夠保證焊接質量。

franks2008

學了不少東西

星星忘記密碼

以前做技術員時，一直在與Q345的材料打交道，因為有合金成份在內，該材料的焊接性能相當的不錯。

chenjie627

很實用，對搞焊接技術的人員非常有用，謝謝

memory922

謝謝分享,正在找有關資料呢