哈尔滨地铁工地极低气温盾尾焊接工艺及措施

哈尔滨地铁工地极低气温盾尾焊接工艺及措施

周喜龙

北京铁城建设监理有限责任公司北京市100089

摘要：哈尔滨地铁盾构机在2017年11月份安装，根据气象统计，11月份气温约为-15℃~0℃，平均气温较低，极端温度可达到-25℃，工程所在地冬季经常有风，风力一般为3-4级，因此焊接环境恶劣，焊接质量保证困难。焊接开始前由专业技术人员对焊接进行工艺评定实验，焊接开始前要在盾构机顶部搭设防风棚，焊接开始前2小时要进行预热和焊接完成后要做好保温措施。

关键词：低温防风保温

1、工地焊接工艺评定试验

根据工期安排，哈尔滨地铁3号线TJ-10标右线盾构机在2017年11月份初安装，根据气象统计，11月份气温约为-15℃~0℃，平均气温较低，白天极端温度可达到-25℃，工程所在地冬季经常有风，风力一般为3-4级，因此焊接环境恶劣，焊接质量保证困难。焊接开始前由专业技术人员对焊接进行工艺评定实验。焊接开始前要在盾构机顶部搭设防风棚:焊接开始前2小时要进行预热和焊接完成后要做好保温措施。

1.1焊接方法

工地焊接采用药芯焊丝CO2气保焊，保护气体纯度99.5%CO2，含水量不得超过0.005%，以保证焊接接头的抗裂性。

1.2母材及焊接材料

母材均为Q345B钢，板厚为60mm。根据GB/T714-2008，盾尾化学成分和力学性能符合标准。试验前需进行母材化学成分和力学性能复验，复验合格后用于焊接试验本次焊接选用的焊材为江苏昆山天泰牌药芯焊丝TWE-711，焊丝TWE-711为碳钢及490MPa级高强度钢用之气体保护药芯焊丝。采用直流反接，穿透深、可用于要击特性之场合，全位置焊接作业性佳、烟尘量少、弧光柔和而稳定、焊渣薄而易除、Ⅹ光检测性能优良，可全位置焊接立角焊下进。盾尾和药芯焊丝的化学成分和熔敷金属力学性能见表1、表2表3和表4，

表1Q345B化学成分（国标）

表2Q345B力学性能（国标）

表3TWE-711熔敷金属化学成分

表4TWE-711熔敷金属力学性能

1.3焊缝质量检验

1)外观质量检查

项目部派专人对焊接完成的焊缝进行检査。所有焊缝不得有裂纹、未熔合、焊瘤、烧穿、夹渣、未填满弧坑及焊漏等缺陷。外观质量符合有关规范要求。

2)焊缝无损检测

焊接完成24小时后，经外观检验合格，进行超声波探伤和射线探伤。超声波探伤判断为裂纹、未熔合、未焊透等危害性缺陷者，应判断为不合格。射线探伤应符合《金属熔化焊焊接接头的射线照相》(GB3323-2005)B级。

2、工地焊接工艺及措施

钢结构低温环境下焊接对焊缝金属的危害直接表征为焊缝裂纹和工作状态下的脆断，主要原因是由于冷却过程中t8/5(800℃-500℃)区间内的冷却速度引起晶体组织的变化带来结晶裂纹及游离氢析出引起的延迟裂纹。因此，为防止冷裂纹的产生，保证低温焊接的工程质量，在施工前进行相应的工艺评定试验，焊接过程中对焊材的防潮及焊工的技术交底及培训是至关重要的。

2.1焊接环境及防护措施

1)焊接坏境

本工程盾构机工地焊接的环境温度极端最低可达-25℃，平均气温为-10℃，当环墳温度低于-15℃应立即停止焊接。焊接作业全部在白天进行

2)防护措施

工地盾体对接为防止焊绛错台及配合全盾线形调整的要求，需设置简单的锁紧装置。锁紧装置环形布置，全环布置8套

工地现场盾构机顶部搭设防风保暖棚，其能完全遮罩焊缝;焊接完成得部分采用防火保温棉覆盖进保温。由于工地风力一般能达3-5级，甚至更大，棚内保暖层采用阻燃的石棉布包裹。本处主要利用车站四周墙壁阻挡风，施焊期间未出现较大的风。

2.2工地焊接材料的保管

本次焊接采用药芯焊丝，药芯焊丝为天泰TWE-711，药芯焊丝不同于焊条，开封后受潮，不能进行烘干处理，最好一次性使用完毕，所以在使用过程中应采取防潮措施，焊机上的焊丝防护罩必须保持完好，未用完的焊丝不再使用。防止受潮打底焊可选于工焊条E5015(J507)。

严格焊材库的管理，保持库内的干燥保温。焊条按标准进行烘干，烘干次数不超过2次，在空气中暴露时间不超过2h。

2.3焊接设备防护

为保证焊接时焊接设备能正常工作设备防护应有如下要求：

①焊机放在可移动的焊机防护棚内，防护棚应对焊机进行加热，使焊机在正温(>0℃)状态下工作（盾构机下部内圈焊接时使用2000w钠灯照射，外圈焊接时焊机未采取其他措施)。

②使用前，气瓶应尽可能集中存放，气瓶存放棚应设有加热装置，确保气体随用随有;气瓶在使用时，应放置在焊机棚内，实现正温(>0℃)管理，单机使用时，气瓶必须采用加热保温措施，采用电加热毯外包石棉或其他保温耐火材料进行保温，保证液态气正常气化，使保护气体稳定通畅。

2.4低温焊接工艺及措施

2.4.1焊接工艺参数

根据已评定合格的工地焊接工艺评定试验进行工地焊接施工，在各种防护措施和前期工作已经到位的前提下，严格采用评定试验合格的焊接工艺参数进行工地焊接施工，见表3，实际焊接参数见下图

2.4.2预热和后热保温措施

a预热

加热方法采用电加热板提前加热2小时，焊前结合乙炔烤枪火焰均匀加热的方式进行预热。根据要求针对此类板厚及材质的钢板焊接需保证钢板温度不低于80℃，山于焊接是在盾体整体拼装完成后进行，所以壳体间有一定的拘束度，预热温度需提高15-30℃，另外板材较厚，哈尔滨11月份气温已经长期稳定在零下10℃，最终确定预热温度为80~120℃，预热时长不少于2小时。如若减少预热时长，可在开始预热时，提高温度，然后调低加热板温度，再配合火焰加热坡口的方式，使得钢板受热均匀，及时测量焊接坡口温度，达到条件允许要求后，及时进行焊接施工。预热范围为焊缝两侧≥150mm。根据每日的焊接工作量，焊前预热焊缝长度单人次均为3m左右。采用两人对称焊接，预热位置也对称。

b.层间温度控制

严格控制层间温度，根据工艺评定试验确定为100-150℃。现场人员对温度进行实时检测并做好记录。

c后热及保温

焊接完成后应进行后热和保温。本地铁工地环嬑气温铰低，盾休对接板厚为60mm，降温速度快焊接完成后，需电加热板继续加热保温，使之受热均匀，保温温度为200~250℃，配合石棉覆盖焊缝的方法进行保温，保温时长为2小时，然后调整加热板温度至80~-100℃，同时配合石棉及阻燃保温棉覆盖焊缝的方法继续保温，待约2小时后，关闭加热板电源，待钢板白然缓冷。焊后采用锤击钢板以及火焰加热焊缝区域的方式降低焊接残余应力。

因现场气温较低，如果焊后焊缝已降温至室温，则需进行后热处理，后热温度为250~300℃，后热时间为2-3小时，测温人员实时测温，记录然后采用石棉及阻燃保温棉保温缓冷。

d测温方法

现场用红外测温仪和接触式测温仪监测温度，在焊縫原始边缘两側各30-50mm处各设置一个测温点。使用远红外测温仪时，应注意测温仪要垂直于测温表面，距离不得大于200mm。层间温度测温点应在焊道起点，距离焊道熄弧端300mm以上。后热温度测温点应设在焊道表面。

2.5焊后探伤及返修

焊缝焊接完成后，根据TB10212-2009要求，焊缝完成后24小时对焊缝进行超声波探伤与磁粉探伤。为防止冷裂纹的产生，现要求按接头数量的20%，进行48h后的焊缝超声波探伤抽查当焊缝检测査。

岀有缺陷时，应采用碳弧气刨或其他杋楲方法清除焊接缺陷，在清除缺陷时应刨岀有利于返修焊的坡口，坡口表面的氧化皮要用砂轮打磨掉，至露出金属光泽，碳刨面根部及两端磨成圆弧状，裂纹前后端各应多除50mm。进行返修焊时预热温度相应提高30~50℃，焊接过程严格按照已评定合格的焊接工艺参数进行，后热和保温措施均按工地焊接工艺规范施行。

2.6焊工防护及培训

在正式焊接前对焊工进行焊接适应性训练，因现场气温非常低，焊工在焊接前要做好防护防寒用品，安全生产等准备工作。具体有如下要求:

①焊工在进行低温焊接前，现场焊接工程师需对其进行技术交底及理论、安全教育培训，然后进行焊接适应性训练，如现场试焊等。

②焊工在正式上盾体焊接前，必须具备个人防寒用品，穿戴好棉鞋、帽子、护膝、手套等，同时系好安全带。保证长时间抗寒并可防滑。

③低温焊接工人体力消耗较大，需适当调整倒班时。

④现场设置专人监护，对焊工状态、焊机工作状态、焊接温度、加热板温度等进行监控判断，保证焊接顺利进行、。

⑤如遇雪后在盾体上进行焊接时，应先清扫棚顶积灰，防止雨雪、灰尘污染焊缝坡口，焊工通道及时清扫，以便安全通行。

3、结束语

为保证现场焊接工作的安全、顺利进行，为保证现场焊接的焊缝质量，现场工程师、探伤人员、焊接工人需多交流多沟通，共同处理遇到的相关难题。项目部派岀人员随时査看焊接温度及加热板加热温度，对焊接完成后的焊缝保温温度也同时记录。

焊缝最终由专业人员用超声波探伤仪进行探测，从下到上探测圈，最终探测结果正常。

参考文献

[1]中华人民共和国标准，钢结构设计规范(GB50017-201X)(送审稿).2012

[2]中华人民共和国标准，桥梁用结构钢(GBT714-2008)，2008

[3]中华人民共和国标准，碳钢药芯焊丝(GB/T10045-2001)，2001

[4]中华人民共和国标准，金属烙化焊焊接接头的射线照相(GB3323-2005).2005

[5]戴为志，芦广平，建筑钢结构工程低温焊接技术.金属加工(热加工).2008，10