钢结构两种焊接成型工艺分析

高政，朱宝才，刘效辉，郝正旺，刘蕾

（山东莱钢建设有限公司济南分公司，山东济南 250107）

生产技术

钢结构两种焊接成型工艺分析

高政，朱宝才，刘效辉，郝正旺，刘蕾

（山东莱钢建设有限公司济南分公司，山东济南 250107）

在钢结构制造过程中，焊缝通常采用碳弧气刨反面清根和焊接陶瓷衬垫免清根两种工艺。从焊缝质量、焊接效率、焊接成本、环境影响等几个方面进行了分析比较，从而得出结论，焊接陶瓷衬垫免清根工艺优势明显。

钢结构；焊接工艺；碳弧气刨；陶瓷衬垫

1 前言

钢结构制造过程中，重要受力节点常有许多条焊缝要求熔透探伤。为保证该部分焊缝的背面质量，一般采用碳弧气刨反面清根和焊接陶瓷衬垫免清根两种工艺，前者为广泛使用的传统焊接工艺，而后者最早主要应用于造船等行业。近些年来，随着技术进步，陶瓷衬垫材料生产成本愈来愈低，钢结构行业也开始使用这种免清根的方法，在大多数焊接工况下，后者比前者的优势越来越明显，有逐渐大部分取代前者的趋势。从焊缝质量、焊接成本及焊接效率、环境影响等方面，对两种工艺进行了分析比较。

2 焊接工艺对比分析

2.1 工艺流程

碳弧气刨反面清根，即对焊缝正面进行部分或全部施焊后，在反面对焊缝根部进行气刨清理，去除气孔、杂质等焊接缺陷并刨出角度≮10°的U型坡口，再对焊缝反面进行施焊的过程，执行GB 50661—2011钢结构焊接规范。

焊接陶瓷衬垫免清根工艺，是在焊缝坡口反面敷设焊接陶瓷衬垫后在正面进行施焊，反面焊缝强制成型，使焊缝饱满、焊道整齐的焊接方法［1］。

2.2 焊缝质量

焊缝内部质量。因为气刨反面清根的焊接工艺比较成熟，焊接的焊缝内部质量优良。经过对陶瓷衬垫免清根工艺的深入研究，在焊接参数、坡口尺寸及间隙等各方面进行了优化（适当增大焊接电流将焊缝根部熔透等），最终经过对焊接试件的超声波检测、X射线检测及焊缝力学性能测试，证明此种免清根工艺均能满足各项规范要求。试验成功的GMAW陶瓷衬垫免清根打底焊接工艺参数：焊缝根部间隙3～5 mm，焊接电流230～240 A，电弧电压27 V，焊接速度120～150 mm/min，气体流量15～25 L/min，焊丝伸出长度10～15 mm。

外观质量。因为反面气刨清根的焊接工艺决定了焊缝双面均为手工焊接，所以焊缝外观质量的优劣取决于操作人员技能水平的高低。而陶瓷衬垫免清根工艺，因为陶瓷衬垫本身协助焊接工件形成熔池，并强制熔融金属根据陶瓷衬垫形状形成焊缝，与陶瓷衬垫接触的反面焊缝外观平顺美观、无缺陷、焊缝尺寸及焊缝余高尺寸稳定。陶瓷衬垫使用过程中需要与母材背面贴合良好，防止熔池金属从衬垫与母材间隙溢出。

2.3 焊接成本及焊接效率

以建筑钢结构累计1 m长的牛腿翼板与钢柱之间探伤焊缝为例（板厚25 mm，开单面坡口，焊缝等级一级），人工清根费10.00元/h，平均清根时间约25 min；碳棒含税单价0.95元/根，清根1 m平均用5根碳棒。陶瓷衬垫（90°角接型）批量采购单价5.00元/m。经计算，碳弧气刨清根成本总计11.38元，应用陶瓷衬垫成本总计5.00元，使用陶瓷衬垫免清根工艺的费用约为碳弧气刨清根费用的50%。而每米熔透焊缝清根工序需要比免清根工艺多付出约0.5个工时。

根据统计，一个年产4万t的中型钢结构企业，每年焊接的一级和二级探伤熔透焊缝均达数万米以上。以25 000 m此类焊缝计算，使用陶瓷衬垫可以节省约12 500个工时。

2.4 环境影响

传统的碳弧气刨反面清根工艺，因为需要使用碳弧气刨对焊缝反面实施清根操作，会产生大量烟尘污染环境，作业过程中还会产生极大的噪声和弧光，附带造成噪声污染和光污染。经调查，碳弧气刨作业过程中产生的噪声最高可达到110 dB。而陶瓷衬垫免清根工艺，因为省掉了碳弧气刨清根工序，上述烟尘、弧光和噪声污染问题得到了解决，能使钢结构加工车间内操作微环境得到极大改善。

3 结语

熔透焊缝陶瓷衬垫免清根工艺，通过对焊接参数的改进，可以确保焊缝背面质量满足规范要求。同时，与传统的反面碳弧清根工艺相比，背面焊缝具有外观质量稳定美观、同时减少了工件翻转或者仰焊及清根过程造成的操作效率损失、降低了焊接辅材成本、减少操作车间微环境的烟尘、弧光和噪声污染的显著优势。陶瓷衬垫免清根工艺，值得在绿色建筑钢结构制造行业大力推广和应用，国内尚无相关GB标准，有必要对该工艺进一步研究，为在钢结构行业推广绿色环保焊接工艺的应用提供可靠支持。

［1］杜学铭.陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊接工艺的研究［J］.船海工程，2002，144（1）：21-24.

Analysis of Two Kinds Welding Technology for Steel Structure

GAO Zheng,ZHU Baocai,LIU Xiaohui,HAO Zhengwang,LIU Lei

（Shandong Laigang Steel Construction Co.,Ltd.,Jinan 250107,China）

In the manufacture process of steel structure,the two kinds of processes for full penetrated welding usually are used:back gouging and ceramic backing.Analyzed and compared from the weld quality,welding efficiency,welding costs,environmental impact aspects,ceramic liner technology have obvious advantages.

steel structure;welding technology;carbon arc air gouging;ceramic liner

TG457

B

1004-4620（2015）01-0018-02

2015-01-06

高政，男，1970年生，1992年毕业于北方工业大学物理仪器及测量技术专业。现为山东莱钢建设有限公司济南分公司总经理，副高级工程师，从事管理工作。