1、焊接技术第40卷增刊2011年9月中国工程建设焊接协会第十届年会 焊接技术交流文集CECWA文章编号：1002025X(2011)S0-0056-02二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 在 钢 结 构 施 工 中 的 应 用亓建国， 龚光宁， 周保平（中建钢构有限公司， 广东 深圳518040）关键词： 二氧化碳气体保护焊； 中厚板焊接； 钢结构中图分类号：TG444.73文献标志码：B2011西安世界园艺博览会四大标志性建筑分别为天人长安塔、 创意自然馆、 主入口大门及植物展览温室4个建筑单体， 其中除天人长安塔为钢框架结构外， 其余3个单体均为空间异型钢架体系。 钢材材质除主入口大门桥面钢
2、梁为Q345C之外， 其余均为Q345B， 焊接板厚为835mm的中厚板。 复杂的结构设计、新颖的建筑造型注定对焊接质量要求高； 焊接工程量大、 紧张的工期计划也对焊接效率提出了很高的要求。 针对此， 项目人员将焊条电弧焊与二氧化碳气体保护焊进行了分析对比， 结果表明，虽焊条电弧焊有设备简单、 操作方便、 适应性强、 应用广泛的特点， 但是由于它能耗高、 焊后焊接变形大、 焊接效率低等缺点，不能满足现场施工的需求， 因此项目在四大标建的施工中采用先进的二氧化碳气体保护焊来完成主体结构的焊接工作。1二氧化碳气体保护焊对本工程的适用性（1） 二氧化碳气体保护焊焊接质量好， 焊接变形小， 适合本工程
3、结构复杂， 造型新颖， 对安装精度要求高的焊接任务；本工程中4个单体结构各异， 尤其是植物展览温室， 节点外伸牛腿多， 且牛腿方向各不相同， 焊接变形过大势必会影响到节点牛腿与温室圆管钢柱的对接精度， 此不仅影响到现场的施工效率， 且对建筑美观有一定的影响。 但由于二氧化碳气体保护焊焊缝含氢量少， 焊接力学性能好， 且电弧热量集中， 焊接构件受热面积小， 造成的焊接变形也小， 因此可有效满足工程对焊接要求高的特点。（2） 焊接效率高， 适用本工程焊接工程量大、 工期紧张的特点。 西安世界园艺博览会四大标建工程总用钢量约10 000t， 且结构多为焊接连接或者栓焊连接的刚性节点。 尤其在天人长安
4、塔建筑中， 钢柱、 梁构件多达3 000余件，连接形式均为钢柱的对接焊接连接、 钢梁与钢柱的栓焊连接， 焊接工程量大； 四大标建施工周期为7个月， 且各单体开工时间均不同，因此单个单体的施工时间极为紧张。 但由于二氧化碳气体保护焊焊接电流密度大， 焊丝熔化率高， 可连续进行焊接作业， 因此其焊接效率是手工焊接的23倍， 可有效节约现场施工工期， 确保工程顺利完工。（3） 二氧化碳气体保护焊具有同焊条电弧焊同样的方便灵活、 操作简单、 可进行全位置焊接的优点， 极为方便地满足了项目焊接过程多样性的特点。 如： 可同时满足天人长安塔的对接焊缝横焊与立焊， 植物展览温室节点的相贯线焊接及仰焊， 主入
5、口大门桥面钢梁的平焊等多种焊缝和焊接方式。（4） 成本约占焊条电弧焊成本的4050， 一次性投入可长期使用。CO2气体来源广泛且价格低， 同时焊前对水、油渍等敏感强度比较低等特点也是现场广泛应用的主要原因。2焊接参数的选择合理地选择焊接参数可以达到焊接过程稳定， 飞溅小， 焊接质量无气孔、 夹渣、 裂纹等质量缺陷， 焊缝外观饱满等效果。 在焊接参数确定过程中本工程从以下几方面进行了确定。（1） 焊丝及焊丝直径选择本工程焊接板厚为835 mm，其中绝大多数板厚在25 mm以内， 少数为2535 mm， 在焊丝， 选择过程中结合原材化学成分分析报告、 车间制作焊接工艺评定报告并按照等强匹配与等韧性
6、匹配的原则以及现场所购置 的 焊 接 设 备 输 出 功 率 ， 确 定 了 现 场 使 用 的 焊 丝 型 号 为ER506， 焊丝品牌为天津大桥， 焊丝直径为12 mm。（2） 焊接电流、 电弧电压的选择现场焊接采用直流反接的接入方式， 即构件接电源负极， 焊丝接电源正极， 其特点是电弧稳定， 飞溅小， 熔深大。 焊接电流大小主要由焊接板厚、焊丝直径、 坡口形式等确定。 电弧电压会直接影响到焊接过程稳定， 对焊缝质量和力学性能有很大影响。 因此在选择焊接参数时候， 一定要做到焊接电流与电弧电压相匹配。 本项目根据所使用焊机， 对焊接电流和电弧电压的选择参数见表1，2。（3） 焊接速度焊接速
7、度对焊缝的焊接质量和外观质量均有一定的影响， 焊速过快， 会使熔深降低， 二氧化碳气体保护不严密， 容易产生未焊透等质量缺陷。 焊速过慢， 容易出现焊穿、 焊接变形大等缺陷。 按照焊丝熔化速度与焊接电流约成正比关系， 本工程焊接过程中送丝速度为555 mm/s， 焊接速度每道为4050 cm/min。（4） 焊丝伸出长焊丝伸出长与焊接电流、 焊丝直径等有56Welding Technology Vol40 S0Sep. 2011中国工程建设焊接协会第十届年会 焊接技术交流文集CECWA关， 一般控制在焊丝直径的1015倍。（5） 气体流量为了避免喷出气体受到空气的扰动和卷入， 二氧化碳气体必须
8、有一定的挺度。 本工程气体流量控制在3550 L/min（详见表1，2）， 且焊接过程必须采取防风措施。当气瓶压力低于1 MPa时， 需更换新的气瓶。3焊接工艺（1） 焊前检查。 选用的焊材强度和母材强度应相符， 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， 应修磨补焊合格后方能施焊。 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， 水泥灰渣等杂物。（2） 垫板、 引弧板、 引出板其材质应和被焊母材相同， 坡口形式应与被焊焊缝相同， 禁止使用其它材质的材料充当引弧板、 引出板和垫板。（3）CO2气体保护焊焊缝引出长度应50 mm。
9、其引弧板和引出板宽度50 mm， 长度50 mm， 厚度应8 mm。（4） 采取多层多道焊接， 焊接过程中应注意施焊的连续性， 每道焊接完成后， 应及时清理焊渣和飞溅， 发现有缺陷后， 应返修完成后再继续焊接未完成作业。（5） 焊接完成后， 应用火焰切割去除引弧板和引出板， 并修磨平整， 不得用锤击落。4焊接顺序本工程钢柱主要为箱型和H型截面， 钢梁主要为H型截面， 桁架截面为圆管， 针对不同的构件截面制定不同的焊接顺序， 具体如下：（1） 箱型柱子焊接： 先对称完成打底焊后， 割掉连接耳板； 再对称将另外2侧焊至1/3板厚或者一半板厚； 最后进行焊缝填充， 并完成焊接。（2）H型钢柱： 对称
10、完成翼缘板焊接后， 完成腹板焊接。（3）H型钢梁的焊接： 先完成下翼缘板的焊接， 其次完成上翼缘板的焊接， 最后完成腹板的焊接。（4） 钢架圆管对接焊： 该对接焊缝存在圆管对接处下部仰焊、 两侧立焊、 上部俯焊的情况， 故焊接时应从仰焊位置对称经由立焊位置焊接至俯焊部位， 并以此完成整道焊缝的焊接。5焊接质量控制（1） 焊工必须经考试合格并取得合格证书， 持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。（2） 焊前应进行焊接工艺评定， 并根据评定报告确定焊接工艺。（3） 针对本工程焊接节点的特点， 通过先焊收缩量较大节点， 后焊收缩量较小节点， 先单独后整体的合理焊接顺序， 使焊接应力得以有效
11、的散失。（4） 尽量控制焊缝表面的余高， 减少应力集中， 所有焊缝余高应控制在053 mm以内。6结语二氧化碳气体保护焊作为一种高效的焊接方法， 其在建筑钢结构领域的应用越来越广泛， 尤其在中厚板焊接中， 充分的彰显了其与焊条电弧焊不同的绝佳性能。西安世园会四大标建工程便成功地利用二氧化碳气体保护焊完成了4个结构形式各不相同的单体的主体结构的焊接工作， 充分利用了二氧化碳气体保护焊的优越性， 不但在一定的程度上节约了焊接成本，同时确保了焊接质量， 满足了建筑的整体造型要求。参考文献：1JGJ 812002 J2182002建筑钢结构焊接技术规程 S.2JB/T 91861999二氧化碳气体保护
12、焊工艺规程S.表1二氧化碳气体保护焊 （平焊） 参数选择表表2二氧化碳气体保护焊 （横、 立焊） 参数选择表参数位置电弧电压/V焊接电流/A焊丝伸出长/mm层厚/mm焊丝极性气体流量/（Lmin-1）层间温度/焊丝型号4040首层22241802002025303569阳4550ER506准12 mm中间层252923025020253056阳4045100150面层2224200230202056阳3540100150送丝速度：555 mm/s气体有效保护面积：1 000 mm2参数位置电弧电压/V焊接电流/A焊丝伸出长层厚/mm焊丝极性气体流量/（Lmin-1）层间温度/焊丝型号4040首层22241802002025303569阳5055ER506准12 mm中间层252923025020253056阳4550100150面层2225180200202056阳4045100150送丝速度：555 mm/s； 气体有效保护面积：1 000 mm257
