Технология сварки и контроль качества при строительстве металлоконструкций в Урумчи

1. Основное применение сварочных технологий при строительстве стальных конструкций в Урумчи.

Стальные конструкции широко используются в инженерных областях, таких как сверхвысотные здания, мосты с большими пролетами и промышленные предприятия, благодаря их высокой прочности, легкому весу и отличным сейсмическим характеристикам. Сварка является основным методом соединения стальных конструкций, и ее технический уровень напрямую определяет несущую способность и безопасность конструкции. Современные основные технологии сварки включают ручную дуговую сварку, сварку в защитной среде (GMAW/FCAW), дуговую сварку под флюсом (SAW) и электрошлаковую сварку (ESW). Выбор различных технологий должен быть всесторонне определен с учетом инженерных потребностей, материалов компонентов и условий строительства.

Ручная дуговая сварка отличается высокой гибкостью и подходит для сложных узлов или ремонта на месте, однако эффективность невысока, а стабильность качества зависит от квалификации сварщика; Редактор журнала Xinjiang Steel Structure сказал, что при сварке в защитных газах (например, при сварке в углекислом газе) для изоляции воздуха используется инертный газ, и форма сварного шва прекрасна. Его часто используют для тонкостенных деталей или сварки с проплавлением полного плавления; сварка под флюсом защищает дугу посредством слоя флюса, который подходит для сварки толстых листов и длительных непрерывных операций сварки, а эффективность может достигать 5-10 раз по сравнению с ручной сваркой; Электрошлаковая сварка подходит для вертикальной стыковой сварки тяжелых компонентов, таких как Н-образные стальные и коробчатые колонны, и позволяет за один раз выполнить сварку толщиной 30–100 мм. Кроме того, постепенно становятся все более популярными интеллектуальные сварочные технологии, такие как роботизированная сварка и сварка под флюсом в узкий зазор, повышающие точность сварки и снижающие человеческие ошибки за счет автоматического управления.

2. Ключевые звенья контроля качества сварки

(1) Этап подготовки перед сваркой

Контроль материалов и оборудования

Сталь и сварочные материалы (сварочные прутки, сварочная проволока, флюсы) должны иметь заводские сертификаты и протоколы испытаний сторонних организаций. После входа на объект необходимо провести испытания механических свойств (таких как растяжение и удар) и анализ химического состава в соответствии со спецификациями. Редактор журнала Xinjiang Steel Structure рассказал, что при сварке низколегированной стали особое внимание следует уделять углеродному эквиваленту (CEV). При CEV>0,45% следует принять меры по предварительному нагреву для предотвращения холодных трещин. Хранение сварочных материалов должно быть защищено от влаги и иметь постоянную температуру. Температура сушки кислых электродов составляет 150-200°С, щелочных - 350-400°С. После 1-2 часов сохранения тепла поместите его в изоляционный цилиндр с температурой 80-100°C для дальнейшего использования. Сварочное оборудование (например, сварочные аппараты, регуляторы температуры) необходимо регулярно калибровать, чтобы гарантировать стабильность таких параметров, как ток, напряжение, скорость подачи проволоки и т. д.

Совместное проектирование и обработка фасок

Форма сварного шва (стыковое соединение, угловое соединение, Т-образное соединение) и размер разделки (угол, тупая кромка, зазор) должны соответствовать проектным требованиям. В сварных швах с полным проплавлением обычно используются V-образные, X-образные или U-образные канавки. Производитель стальных конструкций из Урумчи сообщил, что обработка фасок может производиться с помощью механической резки (плазменная, газовая резка) или кромкофрезерного станка. После резки необходимо удалить окалину, масляные пятна и ржавчину, чтобы появился металлический блеск. При сварке толстых листов, если это не предусмотрено проектом, при толщине листа ≥ 25 мм и температуре окружающей среды ниже 0°С необходим предварительный подогрев в пределах 100 мм с обеих сторон разделки, а температура предварительного подогрева контролируется на уровне 80-150°С (контролируется термометром).

(2) Контроль процесса сварки

Оптимизация параметров процесса

Сварочный ток, напряжение и скорость сварки представляют собой «три элемента сварки», и наилучшее сочетание необходимо определить с помощью квалификационного испытания процесса (PQR). Например, когда сталь Q355B сваривается сплошной проволокой диаметром 1,2 мм в среде защитного газа, рекомендуемые параметры для плоского положения сварки: ток 200–250 А, напряжение 28–32 В, скорость 30–40 см/мин и расход защитного газа 15–20 л/мин (смесь газов Ar+CO₂). Производитель стальных конструкций из Урумчи заявил, что во время многослойной и многопроходной сварки толщина каждого сварного валика не должна превышать диаметр сварочной проволоки в 1,5 раза, а межслойную температуру следует контролировать на уровне 150-200°C (время межслойного охлаждения <5 минут), чтобы избежать чрезмерной межслоевой температуры, вызывающей появление крупных зерен.

Эксплуатационные технические характеристики

Сварщики должны иметь действующий квалификационный сертификат для работы и проведения имитационных занятий перед сваркой. При вертикальной сварке используйте метод транспортировки прутка «зигзаг». При горизонтальной сварке наклоняйте снизу вверх на 10-15°. При сварке над головой уменьшите длину дуги (2–3 мм), чтобы расплавленный чугун не падал. Для сложных деталей, таких как соединения балок и колонн, следует соблюдать принцип «сначала сваривать швы с большой усадкой, затем сваривать швы с малой усадкой». Например, при сварке коробчатых колонн сначала сваривают продольные основные швы, а позже - поперечные перегородочные, чтобы уменьшить сварочные остаточные напряжения.

Контроль экологических факторов

Сварочные работы должны соответствовать экологическим требованиям: при скорости ветра >8 м/с (сварка в защитных газах) или >11 м/с (остальные виды сварки) должен быть установлен ветрозащитный навес; сварка запрещена при относительной влажности >90% или в дождливые дни без принятия защитных мер; для низкотемпературной сварки (температура окружающей среды <0 ℃) температуру предварительного нагрева необходимо увеличить на 20–30 ℃ и принять меры по изоляции после нагрева (изоляция 250–350 ℃ в течение 1–2 часов).

(3) Проверка после сварки и обработка дефектов

Неразрушающий контроль (NDT)

Уровни качества сварных швов подразделяются на первый, второй и третий уровни. Сварные швы первого уровня требуют неразрушающего контроля, а 20% сварных швов второго уровня подвергаются выборочному контролю (и не менее одного). Общие методы обнаружения включают в себя:

Проверка внешнего вида: с помощью увеличительного стекла (5–10 раз) осмотрите усиление сварного шва (0–3 мм), подрезы (глубина ≤ 0,5 мм, длина ≤ 10 % длины сварного шва), поры, трещины и другие поверхностные дефекты;

Ультразвуковой контроль (УЗК): выявляет внутренние дефекты (например, непровары, шлаковые включения) с чувствительностью до φ2 мм плоскодонных отверстий;

Радиографический контроль (RT): производитель стальных конструкций из Урумчи заявил, что он подходит для стыковых сварных швов и может визуально отображать форму и расположение дефектов. Сварочный шов первого уровня относят к I классу, сварной шов второго уровня – ко II классу;

Магнитопорошковый контроль (MT)/капиллярный контроль (PT): используется для обнаружения поверхностных или приповерхностных дефектов ферромагнитных материалов, таких как трещины и отверстия.

Ремонт дефектов

При обнаружении нестандартных дефектов необходимо проанализировать причины и составить план ремонта. Ремонт трещин требует сначала просверливания отверстий для разгрузки трещин (диаметром 8-10 мм) на обоих концах трещины и использования строжки угольной дугой для удаления дефектов до тех пор, пока не проявится металлический блеск. Количество ремонтов не должно превышать 2 раз (низколегированная сталь ≤ 3 раз), а после ремонта необходимы повторные испытания.

3. Система контроля качества и инновации в области управления.

Отслеживаемость качества всего процесса

Создайте журнал качества сварки для записи номеров партий сварочных материалов, номеров сварщиков, параметров сварки, протоколов испытаний и другой информации для обеспечения «отслеживаемости каждого сварного шва». Используйте технологию BIM для создания трехмерной модели, связывания информации о сварном шве (местоположение, тип, результаты контроля) с моделью и визуального управления данными о качестве.

Управление персоналом и обучением

Продвигать систему «найм на основе сертификатов + аттестация» для сварщиков, а также регулярно проводить конкурсы навыков и обучение новым процессам (например, роботизированным сварочным работам). Внедрить квалификационную сертификацию инспекторов по качеству сварки для обеспечения достоверности результатов испытаний.

Интеллектуальный контроль качества

Производители стальных конструкций из Урумчи заявляют, что они применяют системы мониторинга сварочного процесса (такие как датчики дуги, инфракрасные тепловизионные камеры) для сбора данных о токе, напряжении, температуре и других данных в режиме реального времени, а также используют алгоритмы искусственного интеллекта для выявления аномальных колебаний и раннего предупреждения. Цифровое обнаружение лучей (DR) используется для замены традиционных пленочных лучей для реализации цифрового хранения изображений контроля и удаленной оценки пленки, что повышает эффективность контроля.

4. Инженерные кейсы и практический опыт

В проекте сверхвысотной стальной конструкции (высота 368 м) в стальной колонне из стальных труб используется стальная пластина Q460GJC-Z35 (толщина 80 мм), а сварка сталкивается с проблемами «контроля сварочной деформации толстой пластины» и «предотвращения холодных трещин при низкотемпературном строительстве». Обеспечьте качество, приняв следующие меры:

Применить композитный процесс «сварка под флюсом в узкий зазор + электрошлаковая сварка» для снижения тепловложения (линейная энергия ≤35 кДж/см);

Внедрить «послойную и сегментированную симметричную сварку» и использовать удары молотком для устранения напряжений после завершения каждого слоя сварки;

Производитель металлоконструкций из Урумчи сообщил, что во время зимнего строительства был построен сварочный цех с постоянной температурой (температура ≥15°C), для предварительного нагрева использовались электрические нагревательные листы (температура предварительного нагрева 120°C), а для контроля межслойной температуры на протяжении всего процесса использовались инфракрасные термометры. Процент первой проходки сварных швов стальных конструкций в этом проекте достиг 99,2%, что намного превышает средний показатель по отрасли.

5. Заключение и перспективы

Контроль качества сварки стальных конструкций в Синьцзяне должен быть сосредоточен на «прежде всего профилактике, контроле процесса» в качестве основы и создании всесторонней системы управления «людьми, машинами, материалами, законами и окружающей средой» посредством строгого контроля материалов, оптимизации параметров процесса, интеллектуального мониторинга и других средств. В будущем, с развитием технологий 5G и цифровых двойников, контроль качества сварки будет повышен в направлении «восприятие, интеллектуальное принятие решений, замкнутый цикл управления в реальном времени», что будет способствовать переходу проектов стальных конструкций к более высокому качеству и более высокой эффективности. Строительным компаниям необходимо продолжать внедрять инновации в технологии и модели управления, чтобы обеспечить надежную гарантию безопасности и надежности зданий со стальными конструкциями.