人防薄钢板圆形风管焊接施工工法

-1-人防薄钢板圆形风管焊接施工工法广东省工业设备安装有限公司黄汝真曾勇泉林奕周赵创鑫叶永成1.前言为了提高人防工程的施工水平，降低工程造价，保证工程质量。战时人民防空区通风系统工程安装中，人防区除尘滤毒室的各设备与风管的连接，以及设备与设备之间的连接，风管管段之间的连接，必须采用焊接，焊缝应饱满、均匀、严密，其抗空气冲击波压力和密闭防毒性能必须满足战时的防护需要。我司针对薄钢板圆形通风管道安装质量等要求，以薄钢板圆形风管焊接质量控制为课题，组织技术骨干对薄钢板圆形风管的焊接进行深入研究，如何更好地提高薄钢板风管焊接工艺质量，克服薄钢板圆形风管焊后变形。通过在多个人防通风工程施工中的技术经验总结和技术创新，逐渐形成了“人防薄钢板圆形风管焊接技术”这一国内先进的新成果，并于2015年11月通过广东省住房与城乡建设厅的鉴定，同时，形成了人防薄钢板圆形风管焊接新颖的施工工法。在人防通风系统工程安装中，该工法技术先进，安全实用，经济效益显著，值得大力推广。2.工法特点2.1利用焊接工艺流程进行焊接质量控制，针对人防通风管道技术质量特点，为提高圆形风管焊接质量而制定的工艺流程图。从焊接固定平台建立到工艺评定再到焊接焊缝检测，一道工序接一道工序，层层把关，使得工艺质量得到更好好的控制。2.2采用平焊专用施焊固定平台，该平台适用于薄钢板卷圆后长缝平焊。薄钢板圆形风管直管段的焊接通过采用平焊施焊平台后，利用角钢法兰和内支撑的双重固定，使焊后的风管圆形度得到很好的保证。并且通过伸缩平台架上的四只螺栓调整直径尺寸来适用各种规格尺寸的薄钢板圆形风管焊接。2.3采用对接焊专用施焊固定平台，该平台适用于圆形风管管段间对接焊，利用平台左右两条角钢通过螺栓与槽钢底座固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也就保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。同时焊接工人只需要在同一个方位通过滚动轴承旋转风管就能完成管段的对接焊焊接，提高施工工艺质量和施工进度。-2-2.4针对薄钢板圆形风管焊接要求制作的专用施焊平台，工作原理简单，操作简便，施工工艺质量得到提高，材料损耗得到降低，减少返工修复的费用，并且可循环应用于不同的工程项目。3.适用范围人防薄钢板圆形风管焊接技术适用于人防工程通风系统安装。4.工艺原理4.1平焊专用施焊平台工作原理：将薄钢板卷圆置于固定平台内支撑件上，利用两个角钢法兰固定住钢板，角钢法兰尺寸与圆形风管尺寸一致。通过旋转内支撑件上四支螺丝螺纹长度，使圆头螺丝顶紧与钢板的接触。从而能够保证管道尺寸的正确，避免施焊过程中，管道变形走位，保证焊后风管的圆柱度。此外，根据需要焊接圆形风管的尺寸，只需要调整四支螺丝螺纹的旋转长度即可，所以该施焊平台能适用各种规格尺寸的薄钢板圆形风管焊接。4.2对接焊专用施焊平台工作原理：四个滚动轴承架通过利用角钢连接在一起，螺栓固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也相应地保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。将平焊完成的风管放置于对接焊专用施焊平台上，通过滚动轴承旋转风管进行接驳缝焊接。5．施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程-3-图5.1薄钢板圆形风管焊接工艺流程图在制定本课题之前，我司也完成不少人防通风系统安装工程。由于没有按照正确的施工工艺控制流程，焊条选用不合理，电流电压控制不合理，焊接顺序错误等，往往会出现焊缝不均匀饱满、管道出现严重变形等质量问题。针对人防通风管道技术质量特点，为提高圆形风管焊接质量而制定的工艺流程图。从焊接固定平台建立到工艺评定再到焊接焊缝检测，一道工序接一道工序，层层把关，使得工艺质量得到非常好的控制。5.2操作要点5.2.1圆形风管平焊专用施焊平台制作-4-平台组件1平台组件2平台组件3平台组件4如上图所示，组件1：为圆形∠40角钢法兰，角钢法兰固定卷圆后风管，角钢法兰尺寸与圆形风管尺寸一致。组件2：为圆头螺丝M20，根据焊接风管尺寸调整螺丝的螺纹长度，利用圆头螺丝顶紧与钢板的接触。螺丝头的自身强度及压缩强度满足到支撑人防薄钢板圆形风管施焊时不变形。组件3：为平焊施焊平台的支撑支架，其支撑起人防薄钢板圆形风管使其悬空，避免圆形风管和地面及外部环境的接触，防止由于外部接触、碰撞、挤压造成的圆形风管变形。组件4：为通用规格内支撑架。DN50钢管做中心轴，DN25钢管分别向四个对称方向做内支撑垂直于中心轴焊接固定；另外内支撑钢管尾部带内螺纹与圆头M20螺丝组-5-合而成。工作原理：将薄钢板卷圆置于固定平台内支撑件上，利用两个角钢法兰固定住卷圆后风管，角钢法兰卡箍尺寸与圆形风管尺寸一致。通过旋转内支撑件上四支螺丝螺纹长度，使圆头螺丝顶紧与钢板的接触。从而能够保证管道尺寸的正确，避免施焊过程中，管道变形走位，保证焊后风管的圆柱度。此外，根据需要焊接圆形风管的尺寸，只需要调整四支螺丝螺纹的旋转长度即可，所以该施焊平台能适用各种规格尺寸的薄钢板圆形风管焊接。5.2.2圆形风管平焊专用施焊平台应用图5.2图5.3-6-该平台适用于薄钢板卷圆后长缝平焊。薄钢板圆形风管直管段的焊接通过采用平焊施焊平台后，利用角钢法兰和内支撑的双重固定，使焊后的风管圆形度得到很好的保证，大大提高施工工艺质量。5.2.3圆形风管对接焊专用施焊平台制作图5.4图5.5图5.6如上图所示，对接焊专用施焊平台由滚动外径130mm轴承、［12#槽钢、∠30角钢等组合而成。工作原理：四个滚动轴承架通过利用角钢连接在一起，螺栓固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也相应地保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。将平焊完成的风管放置于对接焊专用施焊平台上，通过滚动轴承旋转风管-7-进行接驳缝焊接。5.2.4圆形风管对接焊专用施焊平台应用图5.7该平台适用于圆形风管段间对接焊。薄钢板圆形风管管段间的焊接通过采用对接焊施焊平台后，利用平台左右两条角钢通过螺栓与槽钢底座固定，从而保证四个轴承架的中心线对称，也相应地保证两段圆形风管的中心线对正，避免管段间焊口错位。使焊后的风管圆形度得到很好的保证，同时焊接工人只需要在同一个方位就能完成管段的对接焊提高施工工艺质量，大大提高施工进度。5.2.5薄钢板圆形风管焊接试验和工艺评定焊接工艺评定是在产品正式焊接前，对初步拟定的焊接工艺细则卡或其他规程中的焊接工艺进行的验证性焊接试验。即按准备采用的焊接工艺，在接近实际生产条件下，制成材料、工艺参数等均与产品相同的模拟焊接试板，并按产品的技术条件对试板进行检验。本工程考虑到对3mm厚热轧钢板进行卷圆焊接，焊缝细长，钢板较薄，为防止焊接变形。在焊接试验前，对拟定的焊接方式，需要考虑的因素如下：（焊条型号、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等）1焊条选择：低氢型普通结构钢焊条¢3.5mm。理由是普通结构钢焊条的熔敷金属抗拉强度与母材强度相近，母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高，焊缝易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。-8-2焊接方式选择：采用氩弧焊。理由是氩气能充分而有效地保护金属熔池不被氧化，焊缝致密，机械性能好。明弧焊，观察方便，操作容易。穿透性好，成形美观。电弧热集中，热影响区小，焊件变形小。3焊接电流电压初步设定为380V、110A,焊接电源为交流弧焊变压器，反接法，焊接层数一层一道，检验方法采用外观检测和探伤检测。按照以上拟定的初步工艺进行试件制备，焊接，焊缝检验，取样加工，检验试样。取400mm长薄板卷圆，按照上述拟定的参数条件，进行施焊，通过检验，发现焊缝宽度过厚，焊后应力过大，造成焊缝处两边钢板出现轻微变形。根据初步试验结果，将电流下调到75A，将焊条改用2.5mm,再进行焊接试验，此次焊接结果为焊缝饱满、均匀、严密。组织焊接工程师是对焊缝及外观进行综合评定。焊接参数如下表5.1所示：焊条型号直径焊接电流焊接电压焊接电源种类极性接法焊接层数检验方法普通结构钢Φ2.5mm65-85A380V交流弧焊变压器反接法一层外观+超声波探伤检测根据最后试验结果，整理焊接记录、试验报告，编制焊接工艺评定报告，详细记录薄钢板圆形风管焊接工艺程序、焊接参数、检验结果、试验数据和评定结论。以焊接工艺评定报告为依据，结合焊接施工经验和实际焊接条件，制定焊工作业指导书，以此来指导本工程人防薄钢板圆形风管焊接施工。5.2.6薄钢板圆形风管焊接残余应力控制措施焊接过程中由于温度场的变化及焊件间的约束，在焊缝及附近区域产生的应力称为焊接应力。当应力超过材料的弹性极限，以致冷却后在焊件中留有未能消除的应力称为焊接残余应力。残余应力易造成结构脆性断裂，影响结构的疲劳强度，影响结构的刚度和稳定性。应力区易产生应力腐蚀和开裂，影响构件精度和尺寸稳定性。本工程对薄钢板焊接过程中降低焊接应力的措施有：1采用较小的焊接线能量，既焊接时由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量。线能量综合了焊接电流、电弧电压和焊接速度三大焊接工艺参数对焊接热循环的影响。线能量的计算公式：q=IU/v式中：I—焊接电流AU—电弧电压V-9-v—焊接速度cm/sq—线能量J/cm根据焊接试验参数，对薄钢板焊接应采用380V电压,68A电流，焊接速度5cm/s,得出线能量值为5168J/cm。这样能更有效地减少焊缝热塑变得范围和温度梯度的幅度，从而降低焊接应力。2合理安排焊接顺序，本工程对薄钢板焊接时先采用点焊将需要焊接的风管板材进行成型固定，然后采用间断跨越焊形式，间距为100mm-150mm，焊缝长度为30mm-50mm,依次循环。从而焊缝能有有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力。3采用整体预热，将薄钢板进行焊前预热处理，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。4层间进行锤击，焊后用小锤轻敲焊缝及邻近区域，使金属晶粒间的应力得以释放，减小焊接残余应力。5.2.7薄钢板圆形风管焊接变形控制措施焊接热输入引起材料局部加热，使焊缝区融化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，受压产生变形。在冷却过程中，已发生变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又拉伸而产生变形。焊接变形影响外观质量，降低装配质量，增加矫正工序，提高施工成本。本工程对薄钢板焊接过程中降低焊接变形的措施有：1预留收缩余量法，为了防止薄钢板卷圆焊接后发生尺寸缩短，在焊接试验时，得出焊接3mm薄钢板需要预留多5mm的长度来满足焊后收缩量，从而能保证管道尺寸准确。2反变形法，为了抵消焊接变形，在焊前装配时，先将薄钢板向焊接变形相反的方向进行人为的变形。只要预计准确，反变形控制得当，就能取得良好的效果。3采取合理的焊接工艺措施，本工程对薄钢板焊接时先采用点焊将需要焊接的风管板材进行成型固定，然后采用间断跨越焊形式，间距为100mm-150mm，焊缝长度为30mm-50mm,依次循环。从而焊缝能有有自由收缩的余地，降低焊接中的残余变形。6.材料与设备6.1材料本工法制作施焊平台所用的钢管、槽钢、角钢等都为施工现场常用材料，无需特-10-别说明。6.2设备本工法用的设备如表6.1。表6.1主要设备明细表序号名称型号单位数量用途1电焊机M600D台2安装2手提角向砂轮机GWS6-125把2安装3手锤1磅把2安装4超声波检测仪UFD-X5台1检测7.质量控制7.1工程质量控制标准本工程人防通风系统安装工程施工执行《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002，《人民防空工程施工及验收规范》GB50134-2004，钢板焊接执行《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》，所有焊接人员必须持证上岗，具体操作遵循GC52003标准书的要求7.2质量保证控制7.2.1认真详细的给施工班组做好施工交底。7.2.2对施焊平台制作及操作做出规范性的技术要求。7.2.3针对薄钢板焊接试验确定的参数等内容进行重复检查确认。7.2.4组织质量检查员对重点内容进行针对性检查。8.安全措施8.1本工法遵循的安全规程8.1.1《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33－20018.1.2《建筑施工安全检查评分办法》JGJ59-888.2安全措施-11-