电厂平台钢结构焊接施工工法.docx
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电厂平台钢结构焊接施工工法
内蒙古新丰电厂空冷平台钢结构拼装、焊接施工工法
(中铁十八局集团金属结构工程有限公司)
主题词:
新丰电厂钢结构拼装、焊接工法
一、前言
内蒙古新丰电厂2X300MW锅炉机组空气冷却冷凝系统平台钢结构主体钢构在设计上采用高强度螺栓连接。
主要连接节点均设在钢柱和钢梁上,因此钢柱及钢梁在结构上相对比较复杂,再加上零部件间大多采用坡口焊接。
因此钢构件的制作难点都集中在厂内钢构件节点的拼装、焊接上。
从而也就对本套钢结构的拼装、焊接工艺方面提出了更高要求。
为解决本工程中的拼装、焊接难点,我们根据本工程的工程特点,制定了符合本工程的拼装、焊接施工工法。
本文主要论述了在拼装、焊接方面所采用的拼装方法、焊接材料、焊接设备、坡口形式以及焊接方法等。
二、工法特点及适用范围
操作工艺简单、详实,容易掌握,且具体典型性,特别适用主材为普通碳钢材料的钢结构产品的拼装、焊接施工。
三、施工工艺
(一)工艺总则
1、本工艺采用的标准及规范:
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001。
《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002。
《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98。
《焊接标准汇编》。
2、本工程所采用的焊接方法:
手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊。
(二)典型钢柱拼装工艺
1说明:
本套钢结构的钢柱结构复杂且主杆件之间的连接均为螺栓连接形式,又由于螺栓连接节点板、牛腿均与钢柱采用焊接形式,因此控制钻孔精度和控制拼装公差就成为了本套钢结构制作的重点和难点。
另外,为减小钻孔的难度,要求钢柱上牛腿及节点板上的孔均在拼装前完成。
对钢柱盖、腹板上的孔不作强行规定,按照工艺要求进行钻孔即可。
2内容
2.1一拼焊接(H型钢)
2.1.1依据图纸及钢柱排版图对待拼钢柱盖、腹板的尺寸进行核对。
2.1.2核对无误后,按图纸及排版图将钢柱盖、腹板进行拼装。
2.1.3拼装完毕后,应符合以下公差要求:
截面高度:
h≤500mm±2.0mm;
500<h<1000:
接合部位±1mm,其它部位±3.0mm
垂直度:
b/100且不大于2.0mm
盖、腹板间隙<1.0mm
腹板局部平面度:
连接部位≤1.0mm;其它部位≤3.0mm
中心偏移:
2.0mm
截面宽度:
±3.0mm
扭曲度:
h/250且不大于3mm
弯曲度:
不大于5mm
2.1.4检验合格后,按焊接工艺要求进行H型的焊接。
2.2矫正及探伤
2.2.1矫正
2.2.1.1矫正弯曲、扭曲,盖板、腹板不平度及盖板、腹板垂直度。
2.2.1.2采用机械矫正或火焰矫正,火焰矫正温度低于900℃。
压力机
2.2.2探伤
2.2.2.1板拼H型钢的四条主角焊缝进行MT探伤,每条焊缝的检查长度不小于
50%。
2.2.2.2无损检验按GB11345-89的规定进行,磁粉探伤缺陷显示不大于Ⅱ级。
2.3二拼焊接(腹板上纵向加筋板)
2.3.1依据图纸对一拼焊接合格后的钢柱部件(H型钢)及待拼通长加筋板的尺寸进行核对。
2.3.2核对无误后,按图纸划出腹板上纵向加筋板的位置线。
2.3.3按图纸将腹板上纵向加筋板与H型钢进行拼装。
2.3.4拼装完毕后,拼装公差符合如下要求;
加筋板对H型钢中心线偏移量:
±1mm
加筋板对H型钢腹板的垂直度:
≤2mm
2.3.4检验合格后,按焊接工艺要求进行腹板上通长加筋板的手工焊接。
2.4矫正:
矫正合格后尺寸公差应符合附件中2.3.4中的内容要求
2.5、端铣
2.5.1对钢柱底部端面进行端铣,铣平面要求:
表面粗糙度应达到Ra25;
柱子长度偏差:
≥20mm。
铣平面平面度为0.3,铣平面对轴线垂直度<0.5。
2.5.2端铣后,确保柱与柱底板上表面相接触的部分至少有70%紧贴,用0.3mm塞尺检查,插入深度的面积之和不得大于总面积的30%,边缘最大间隙不得大于0.8mm。
2.6检查
检查钢柱端铣的平面度、垂直度、钢柱长度等是否符合要求。
2.7三拼焊接
2.7.1依据图纸对二拼焊接合格后的钢柱及待拼零部件(除所有牛腿及牛腿连接件、柱顶板以外的零部件)的尺寸进行核对。
2.7.2核对无误后,按图纸的标高尺寸划出各零部件在钢柱上的位置线。
(说明:
由于钢柱连接节点比较复杂,焊接量相当大,因此在画钢柱位置线时,自柱底第二个节点在原标高或位置线尺寸的基础上再加上1mm;第三个节点加3mm。
)
2.7.3将钢柱柱底板与钢柱底部端铣面进行拼装。
2.7.4以柱底铣平面为基准,依次将钢柱待拼零部件按标高位置与钢柱拼装好。
2.7.5检查合格后,方可进行焊接,焊接严格执行本工程“焊接工艺”。
2.8矫正
按上述要求进行矫正,矫正后符合公差要求。
2.9四拼焊接(牛腿的拼装)
2.9.1依据图纸对三拼焊接合格后的钢柱及待拼零部件(所有牛腿及牛腿连接件,除柱顶板外)的尺寸进行核对。
2.9.2核对无误后,按图纸的标高尺寸划出各牛腿及牛腿连接件在钢柱上的位置线。
2.9.3以柱底板上表面为基准,依次将钢梁连接牛腿、垂撑连接牛腿以及牛腿连接件与钢柱进行拼装。
2.9.4拼装允差:
铣平面到第一个安装孔的距离:
±1.0mm
牛腿端孔到柱轴线距离:
±1.0mm
柱底面到每节点牛腿最下面安装孔的距离:
±2.0mm
2.9.5检查合格后,方可进行焊接,焊接严格执行本工程“焊接工艺”,并做好记录。
2.10矫正
按上述要求进行矫正,矫正后符合公差要求。
2.11二次切割(柱顶)
2.11.1二次切割前,检查杆件尺寸。
2.11.2检查无误后,划出二次切割位置线。
2.11.3切割要求及允差:
柱子长度偏差:
±1mm;
切割面平面度:
<0.3mm;
切割面对轴线垂直度:
<0.5mm。
2.12五拼焊接
2.12.1依据图纸对二次切割合格后的钢柱及柱顶板的规格尺寸进行核对。
2.12.2核对无误后,按图纸将柱顶板与钢柱进行拼装。
2.12.3柱顶板拼装完毕,检验合格后,按标识规定进行成品标识打钢号。
2.12.4按焊接工艺要求进行焊接。
(三)焊工条件
无论是手工电弧焊焊工、埋弧自动焊焊工还是定位焊焊工,均应为按现行国家标准《建筑钢结构焊接进规程》JGJ81的规定考试并取得合格证的焊工。
同时还应熟悉该本工程的施工图纸、特点及焊接的工艺内容。
(四)焊接材料
1、焊接材料选用:
表
(一)焊接材料牌号及适用范围
焊材名称
规格
符合国标
选用牌号
适用范围
焊条
Φ4.0
GBE4303
E4303
母材Q235
Φ5.0
气保焊丝
Φ1.2
GBER50-6
ER50-6
母材Q235
焊丝
Φ5.0
GBH08A
H08A
母材Q235
焊剂
HJ431
母材Q235
表
(二)焊接材料熔敷金属机械性能
机械性能
E4303
ER50-6
H08A+HJ431
屈服强度
(MPa)
≥330
≥330
≥330
抗拉强度
(MPa)
≥420
≥420
≥420
延伸率(%)
≥22
≥22
≥22
2、焊材的检验:
焊接材料(焊条、焊丝、焊剂)按《碳钢焊条》GB5117、《熔化焊用钢丝》GB/T14957、《气体保护焊用钢丝》GB/T14958中的相关规定验收。
3、焊材保管及发放的要求:
焊接材料的保管、烘干和发放必须由专人负责,并有详细的过程控制记录;
焊材必须存放在较干燥的焊材库内,库内温度10℃以上,相对湿度小于60%,且焊条必须离地面300mm,离墙壁300mm以上存放,以免受潮;
焊材必须分类、分牌号堆放,避免混乱,手工电弧用焊条堆放层数量不宜过多(一般1至3层),以避免焊条在烘干时受热不均匀或潮气不易排出;
手工电弧焊所用焊条及埋弧自动焊所使用的焊剂在使用前必须按说明书中的规定进行烘干。
一般酸性焊条烘干温度150至250℃之间,保温1小时;焊剂烘干温度300至500℃,保温2小时,使用时注意保持干燥。
焊工领用焊条时,必须仔细检查,凡发现有药皮脱落、污损、变质、结块的
现象的焊条不得领用,以避免焊接缺陷和焊接质量事故。
酸性焊条暴露在空气中的时间不宜超过4小时,若超过4小时,应重新进行烘干,但只能重新烘干一次。
每次应用保温筒领取焊条,并尽量做到根据工作量领取半个工时所用的焊条。
埋弧自动焊所使用的焊丝,在使用前应仔细检查,有油污、生锈等现象,施焊前必须清除干净。
埋弧自动焊所使用的焊剂必须随用随取,不允许焊剂隔夜使用。
埋弧焊过程中未熔化的焊剂可回收再利用。
(五)焊接设备
焊接设备均应检查合格,处于良好运行状态,并具有参数稳定,调节灵活和安全可靠的性能,同时要求按有关规程操作,焊接设备上的仪表应定期检查。
表(三)埋弧自动焊和半自动焊主要参数表
设备名称
型号
额定焊接电流
(A)
送丝速度范围
(mm/min)
适用焊丝直径
(mm)
适用板厚
(mm)
自动埋
弧焊机
MZ-1250
1250
200~2000
φ3~φ6
所有板厚
半自动
弧焊机
NB-500
500
1.5~15
φ1.2、φ1.4
φ1.6
2~35
表(四)可控硅整流弧焊机主要参数表
设备名称
型号
空载电压
(V)
额定电流
(A)
电流调节范围
(A)
适用板厚
(mm)
可控硅整
流弧焊机
ZX5-400
65
400
50~410
所有板厚
可控硅整
流弧焊机
ZX5-630
65
630
71~630
所有板厚
(六)施焊环境
出现下列任一情况,不得施焊:
1、雨雪天的露天作业;
2、施焊场所风速大于8m/s;
3、相对湿度大于80%;
(七)焊前准备
1、坡口形式的选用:
对接坡口型式:
角接坡口型式:
2、坡口的加工
采用自动切割机、半自动切割机或刨边机预制坡口。
切割后,坡口两侧应平滑整齐,采用切割机加工的坡口,局部不得有深度大于1mm的割痕,若超出以上规定时应按规定进行修补。
3、坡口清理及坡口检查:
在待焊零部件焊接前,须将坡口及其两侧30至50mm范围内影响焊接质量的气割氧化皮、熔渣、铁锈、油污、水等杂质清除干净,并打磨至露出金属光泽,并与相邻表面齐平,做到精致光洁,对钢柱及板拼钢梁的对接焊缝的坡口2δ+30mm的区域内作超声波检查或对加工好的焊接坡口作磁粉检查。
对机械加工或采用切割机加工的坡口表面存在的由轧制造成的夹渣、杂质以及脱氧化物、夹渣等内部缺陷,其长度大于25mm,深度大于0.4mm,应全部清除,并用φ4.0的焊条补焊,但累计长度不得超过该边缘的20%。
4、引、熄弧板的设置
在采用手工电弧焊和埋弧焊焊接对接焊缝以及板拼H型钢的四条主焊缝时,在焊缝延长部位的两端必须加引、熄弧板。
引、熄弧板的材质、厚度、坡口形式与焊件相同,其规格为100*80mm。
手工电弧焊和气体保护焊焊接时的焊缝引出长度应大于25mm,埋弧焊焊接的焊缝引出长度应大于80mm。
对接焊缝以及主角焊缝焊接完毕后,引、熄弧板须采用气割或气刨的方法去除,并用砂轮机磨平,严禁用锤击落引熄弧板,以避免焊缝端部的缺陷。
5、定位焊:
当板厚δ≥36mm时,在定位焊之前,要对定位焊部位进行预热。
预热范围:
焊接坡口两侧,宽度为:
焊件施焊处板厚的1.5倍以上,且不小于100mm。
长度为:
定位焊缝长度左右各加上2倍板厚,且不小于50mm。
当环境温度低于常温高于0℃时,全部板厚应预热至30℃以上;低于0℃时,预热温度应高于常温下的预热温度。
定位焊时的焊接电流应比施焊电流大10~15%,点焊必须考虑反变形。
定位焊缝应距设计焊缝端部30mm以上(但转角处不得有定位焊缝)。
定位焊缝的长度为大于40mm,间距为500至600mm,厚度不宜大于设计焊缝的2/3,且不大于8mm。
定位焊缝不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷,如有裂纹在正式施焊前必须刨去,经打磨后再施焊。
定位焊后若有零部件开裂、崩开等现象,必须重新拼焊,并检验合格后,再进行焊接。
6、焊前预热:
定位焊及正式焊接时,均参照表(五)中的相关规定对待焊部位及其两侧2倍板厚且不小于100mm范围内进行预热。
表(五)预热最低温度及层间温度表
材料牌号
焊接方法
厚度范围(mm)
最低预热温度及层间温度
Q235B
手工焊
埋弧焊
气体保护焊
40<δ≤60
预热温度:
60℃
层间温度:
400℃
60<δ≤80
预热温度:
80℃
层间温度:
400℃
当钢板厚度小于表(五)规定时,若环境温度低于0℃时,全部板厚的钢板的连接焊缝,焊前也要进行预热,预热温度不小于30℃,在焊接期间要始终保持不低于此温度。
对于板厚大于等于表(五)规定的板厚的钢板连接焊缝,在进行定位焊的部位也要进行预热,预热温度见表(五),预热范围在定位焊缝长度左右各加上2倍板厚,且不小于50mm。
)
7、预热方法:
电阻加热或火焰加热,预热温度用测温仪控制。
(八)焊接:
基本要求:
焊接时,焊工应严格执行焊接工艺,严禁在非焊接部位的母材上引弧、试电流等,由引弧、试电流造成的裂纹或表面缺陷,要按规定进行修复并打磨光滑,并进行磁粉探伤(MT)。
多层多道焊时,宜连续施焊,每一层、每一道的熔渣、飞溅物应及时清理,发现影响焊接质量的缺陷时,应清除后方可施焊。
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、下限符合工艺要求。
遇有中断施焊的情况,应采取适当的后热、保温措施,再次焊接时,重新预热温度应高于初始预热温度。
全熔透焊缝,δ≤40mm焊完坡口面一侧后,背面用碳弧气刨清根至正面金属,再焊满;δ>40mm先焊至大坡口中的一半,背面用碳弧气刨清根至正面金属,再焊满,然后再焊满正面坡口。
如果采用碳弧气刨的方法加工的焊接坡口,其根部半径应不小于6mm,边缘斜度不小于20°。
2、本工程已进行了焊接工艺评定,并制定了相应的焊接工艺规程,用以指导生产过程中的焊接,具体的工艺规格有:
WPS2004-12、WPS2004-13、WPS2004-16、WPS90-13、WPS92-03、WPS92-07、WPS97-22。
WPS97-20WPS97-23WPS97-19WPS97-21WPS98-17
3、焊接完毕后,焊工应仔细清理表面的熔渣及两侧飞溅物,并检查外观质量,必要时作局部修补,焊缝按要求合格后,焊工做好记录,在距焊缝50mm位置打焊工号,以保证每条焊缝的可追塑性。
4、在施焊过程中使用的工卡具,焊后必须用气刨或气割方法去除,不得伤及母材,去除后应将残留痕打磨平整。
5、焊接方法选择及要求:
①手工电弧焊及CO2气体保护焊:
适用于部分板拼钢梁的主角焊缝;钢柱、钢梁上的加筋板、连接板以及其它次要的非熔透焊缝的连接件的焊接。
焊接电流应在焊条厂家推荐的控制范围内。
焊接时,应采用短弧焊接,弧长约为焊条直径。
焊缝长度在0.5m至5m左右时,应采用从中间向两端的直通焊;焊缝长度大于5m时,则可采用对称的分段退焊法,由偶数个焊工同时向两端分段退焊。
表(六)手工电弧焊的焊接参数
焊接方式
焊条直径(mm)
焊接电流(A)
手工电弧焊
Φ3.2
90-140
Φ4.0
140-180
Φ5.0
190-240
CO2气体保护焊
Φ1.2
260-280
②埋弧自动焊:
适用于大部分板拼梁的主角焊缝和全部板拼钢柱的主角焊缝以及中厚板的对接焊缝。
埋弧自动焊时:
除角焊缝外,所有埋弧焊都应在平焊位置进行,角焊缝采用船形位置施焊,焊接顺序如下页示意图:
角焊缝焊接顺序图
埋弧自动焊在焊接过程中不应断弧,如有断弧则必须将停弧处刨成1:
5坡度,并搭接50mm再引弧施焊,焊后搭接处应修磨匀顺。
埋弧自动焊在焊接过程中,焊剂覆盖厚度不应小于20mm。
表(七)埋弧自动焊的焊接参数:
焊接方式
焊材
(焊丝直径)
焊接电流(A)
电压
(V)
速度
(cm/min)
埋弧自动焊
Φ5.0
600-700
35-40
30-65
(九)焊后矫正:
焊件的矫正可采用机械矫正和火焰矫正。
当采用火焰矫正时,加热温度不允许大于900℃,且在不低于400℃时,不能进行激冷。
也可以使用压力矫正机进行矫正,矫正地点的环境温度应不低于-12℃。
(十)焊缝及钢材缺陷的修补:
焊缝上出现不允许的表面缺陷(除裂纹外)允许焊工自检后进行修补;
焊缝经无损探伤发现的内部缺陷和裂纹,须分析原因,并制订出返修方案后,由经验丰富的焊工进行焊缝的修补。
焊缝缺陷(如焊瘤或过高的焊缝)可用碳弧气刨、风铲、砂轮或其它机械方法清除,清除焊缝不合格部分时不得损伤母材。
补焊焊缝应采用手工电弧焊,焊缝同一位置修补次数不应超过两次。
补焊必须避免短焊缝,焊条选用E4303型焊条,焊条直径φ≤4.0,修补后应按原焊缝的质量要求进行质量检测。
修补焊接结束后应清除毛刺、焊瘤、飞溅物和熔渣。
表(八)焊缝及钢材缺陷的修补方法
序号
缺陷
修补方法
1
钢材表面局部麻坑刮痕
深0.3至1mm的磨修匀顺,深超过1mm的补焊后修磨匀顺
2
钢材边缘局部层状裂纹
深度在δ/4且不超过3mm的刨槽补焊后修磨匀顺
3
气割边缘的切口(崩坑)
深度在2mm以内用砂轮磨去,超过2mm的磨出坡口补焊后修磨匀顺
4
弯曲加工时的边缘裂纹
查明原因,除掉裂纹,提出防止措施,进行补焊修
四、焊后热处理
板厚δ≥36mm的碳钢对接焊缝,在焊接完毕后,应立即进行焊后热处理,采用链条式加热的方式进行。
1、退火前准备
准备经调试完好且符合使用要求的自动温度控温箱、退火用自动记录仪表、热电偶、退火专用记录纸、红墨水、准备链条式加热器、保温岩棉以及加热垫块等必须的工具设备。
2、退火
按照图一所示的布置方法,将退火零件、链条式加热器、热电偶等设备布置好。
加热部位为:
焊缝两侧各100mm。
热电偶中心距离焊缝中为50mm。
加热器必须紧贴工件,加热器严禁重叠使用。
退火过程中,保温岩棉必须盖严退火部位,禁止破烂岩棉直接接触加热器,以防烧坏加热器。
另外,必须严格按照退火曲线进行退火。
在升温和降温阶段,必须严格控制自300℃升至600℃的升温时间自600℃降至300℃的降温时间。
在保温阶段,除严格控制保温时间以外,还应将保温温度严格控制在550℃至600℃之间,不得超出此范围.(见退火曲线图及退火温度和保温时间表)
退火结束后,在记录纸上记好工件编号、操作人员姓名、退火日期以及工程名称。
五、焊接过程检验
(一)施焊前检验:
1、焊接设备、仪表是否正常。
2、焊材、工件是否符合图纸和工艺要求。
3、焊工资格是否符合要求。
4、焊接工艺与实际是否相符。
5、坡口及两侧打磨是否平整。
6、装配是否符合要求。
(二)焊接过程中检验:
1、焊接参数是否符合工艺规程要求。
2、焊接接头是否符合要求。
3、执行焊接工艺的情况。
4、执行图样规定的情况。
(三)焊后检验:
1、所有工件焊完后,自然冷却至环境温度即可进行目检。
2、所有焊缝按下列要求进行100%目视检查及测量工具进行抽检。
(1)焊脚高度按图纸规定。
(2)对接焊缝应略有余高,但最大不应超过3mm且焊缝与母材应平滑过渡。
(3)焊缝外表整洁、均匀、无溢瘤、凹陷和凸起。
(4)焊缝表面不得有裂纹。
(5)焊缝金属与母材及层间应完全熔合,弧坑必须填满。
(6)任意长度焊缝或热影响区上的咬边,咬边深度不得超过0.5mm,对于任意300mm焊缝内累计咬边长度不大于50mm。
(7)全焊透结构的坡口焊缝不应有可见的管状气孔。
(8)对于腹板和翼缘板、加强板之间的焊缝在每25mm焊缝内,累计气孔尺寸不得大于9.5mm,且长度在任意300mm焊缝内不得超过19mm。
(9)角焊缝尺寸即焊脚尺寸应满足产品图样规定,两焊脚应均等,偏差不得超过焊缝总长的10%
(10)任意单条连续角焊缝,其焊脚尺寸下偏差不得大于1.6mm,其长度不得超过焊缝总长的10%。
(四)无损探伤检测
本工程构件中所有全熔透对接焊缝均要求100%UT探伤。
板拼钢柱及钢梁的主角焊缝进行50%的MT探伤。
采用UT探伤时,依据GB11345-89中相关规定进行探伤,II级合格。
六、结束语
截止目前,内蒙古新丰电厂2X300MW锅炉机组#1炉空气冷却冷凝系统平台钢结构产品已全部完工,并且所有产品质量经过检验均已达到图纸设计要求。
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