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发表于 2009-4-11 12:16:30
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来自: 中国浙江温州
5铸钢及铸钢节点的焊接技术
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5 ^* j0 q. f. Q 铸钢节点因其具有良好的加工性能、复杂多样的建筑造型等性能,目标在一些大跨度空间管桁架钢结构中开始逐步推广使用,特别是在处理复杂的交汇节点上,铸钢节点有着得天独厚的优势,然而,由于铸钢一般碳当量较高,杂质尤其是S、P含量难以控制,同时铸态组织晶粒粗大,导致铸钢的焊接性较差,对焊接工艺的要求很高,主要是减少残余应力,防止焊接裂纹的产生。目前铸钢节点已在一些钢结构工程中成功使用,如广州会展中心巨型桁架铸钢支座,国家体育场(鸟巢)桁架柱铸钢节点,特别是天津经济技术开发区雕塑,创造了铸钢件焊接的板厚之最,该雕塑是为天津开发区建区20周年纪念而建造的标志性建筑,是天津开发区2004年重点工程之一。设计采用双螺旋线构成的直纹曲面板,主体标高50米,雕塑主体分为7段在现场进行拼装,铸钢材质采用GS-20Mn5N(DIN7182),板厚由下至上逐渐变薄,最厚150毫米,最薄20毫米,厚度变化处渐变处理,总用钢量达350吨,该工程在铸钢特种结构的设计、安装及焊接方面形成了一整套技术新工艺,填补了国内超厚板铸钢结构的空白,标志着我国在钢结构铸钢节点的焊接上达到了一个新的水平。
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/ q- v% ]1 Q) d6 z 6低温焊接技术. r# a, t& C% R" ]# m8 P
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目前,建筑钢结构的冬季施工越来越普遍,由于焊接作业环境对钢结构的焊接质量影响很大,冬季负温焊接技术对焊接质量的控制尤为重要。《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)规定:焊接作业区环境温度低于0摄氏度时,应根据钢材、焊材制定适当的措施;而日本建筑学会《钢结构工程》(JASS6)规定的最低施焊温度为零下5摄氏度。: t/ B- u" p( Z9 n: ^4 g
- d0 v' X+ |4 x( g (1)环境温度对焊接造成的影响有以下几点:
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9 ?( i% H/ S$ j1 |4 H) B2 M# Y ①焊接接头冷却速度增加,冷裂纹敏感性也增加;
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, |* \: b' ]2 j$ y9 ^ s ②预热效果变差,在低温环境下用相同的热源,相同的时间,不能达到应有的预热效果;
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. n5 w8 [5 C% S ③焊接残余应力的作用加剧; H l: ^# e' ]. M+ I+ X) f
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④环境温度对焊工的操作带来不利的影响。
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(2)低温焊接措施}) y; O- x, Q% B% `5 w% E4 n
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①优选焊材:在低温环境中,应尽量选择低氢或超低氢焊材,对焊材严格执行烘焙和保温措施;
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3 ?3 L- \4 b$ j5 G: e( f; U7 | ②焊前防护:在焊接作业区域搭防护棚,使焊接区域形成相对封闭的空间,减少热量的损失,若无条件搭设防护棚,应该采取其他有效措施对焊接区域进行防护;气体保护焊时,焊接气瓶也应采取相应措施进行保温;
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; L9 m$ [4 w9 ^: K9 R { ③预热与层间温度:低温环境下的预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度,加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100毫米范围内的母材,焊接层间温度不低于预热温度或标准(JGJ81-2002)规定的最低温度20℃(两者取高值);8 n: M, M M5 F' l
0 @# t" o0 R* d$ }/ p. q$ H1 [( J: V ④加大定位焊时的热输入:适当加大定位焊的热输入,增大焊缝截面和长度,并采用与正式焊接相同的预热条件,不在坡口以外的母材上打弧,熄弧时弧坑一定要填满,可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹;0 E$ X; [* E) ^3 K# P
/ o4 z- s0 C( S/ V5 @4 k( d ⑤采用合理的焊接工艺:尽量使用窄摆幅,多层多道焊,严格控制层间温度;* N6 M' q p% b1 e* F7 z
1 D/ i: W: u; m4 L0 x ⑥焊接后热及保温:焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理,可以有效控制t8/5,利于扩散氢气的逸出,防止由于冷速过快而引起的冷裂纹,同时适当的后热温度,还可以适当降低预热温度。$ n) k! V4 i- `$ Y1 Z% [* b
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总之,钢结构低温焊接施工前,一定要根据实际情况做好焊接工艺评定试验,必要时还要针对具体钢种进行低温焊接性试验,作出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。在低温环境下,对焊工操作的不良影响也应给予足够重视,一般环境温度不宜低于-15℃。2 X4 F. @0 M7 `5 L% c6 D4 j# `+ N
& o4 U" }' U% [( X m1 X5 o 近年来,低温焊接技术在国内尤其是北方建筑钢结构中得到广泛应用,从普通低碳钢(Q235)到低合金高强钢(如Q345,Q420)都有应用,也积累了相当丰富的经验,极大丰富了我国钢结构的焊接技术。
8 w4 v, J7 ] K7组合楼板栓钉穿透焊技术8 @. c$ p( K; m1 h
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高层建筑钢结构组合楼板的大量使用,使区别于普通栓钉焊的栓钉穿透焊技术得到了长足的发展,所谓穿透焊,就是焊接时通过电弧燃烧使栓钉穿透压型钢板焊于钢梁表面上,此时焊接栓钉起着两个作用,一是水平抗剪切,阻止组合楼板在钢梁上的水平位移;二是垂直抗掀起,阻止组合楼板脱离钢梁表面。因此在钢结构特别是高层、超高层钢结构的抗震破坏中起着非常重要的作用。其焊接质量的好坏是关乎整个钢结构施工质量的关键之一。由于栓钉穿透焊焊接受到很多因素影响,包括压型板镀锌层、板厚、与钢梁表面之间的间隙以及水、锈、渣、油漆等,而且在施工现场,各种因素互相交织又不确定,因此,要获得良好的焊接质量,对焊接的工艺及施工要求很高,中冶集团建筑研究总院通过大量试验研究,并在实际施工现场收集了国内外数种栓钉焊机的上万个焊接参数,通过波型分析和实际焊接质量的对比分析,第一次将栓钉穿透焊焊接过程分为四个阶段:起弧阶段、电弧不稳定燃烧阶段、电弧稳定燃烧阶段、熄弧顶锻阶段。并以此为基础提出了能量控制法,该方法在各大工程中已成功使用,如北京LG大厦,工程采用的闭口型镀铝锌压型板,镀层高达280克/平方米,板厚达1.5毫米,栓钉直径19毫米,使用能量控制法指导施工,一次合格率达95%以上,取得了良好的效果。9 U' M: X+ q: |- P1 L% [. ?
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8采用陶瓷衬垫的焊接技术9 K/ [ {3 A4 O7 q
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陶瓷衬垫强制成型单面焊,施焊方便,背面成型良好,焊接质量稳定、可靠,在一些领域的焊接生产中已逐步取代钢制衬垫。在双面焊中采用陶瓷衬垫,由于可使用较大的根部间隙和较强的焊接规范,背面无须清根,不仅大大提高了生产效率,而且焊缝根部质量也容易得到保证。由于陶瓷衬垫对坡口根部间隙不敏感,衬垫长度可任意接长、剪短,尤其适合于现场安装焊缝,因此近年来,在一些钢结构工程尤其是桥梁工程有所应用,由于在焊接时,衬垫也参与了焊缝熔敷金属的冶金反应,对根部焊缝熔敷金属化学成分及力学性能会产生一定的影响,尤其是对根部冲击韧性的影响,鉴于目前尚无相应的标准进行界定,因此在实际应用中应给予足够的重视。9 e. O" J I. U \
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9钢结构埋设件压力埋弧焊技术& l& R. M) V7 D7 k( V K4 U
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随着大跨度钢结构公共建筑的快速增加,其钢结构柱子埋设件(钢筋)应用越来越多,因而,钢结构埋设件压力埋弧焊技术在工程实践中不断得到应用。其关键技术措施是:
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2 x7 y! D& X* c$ Z+ L ①选定性能稳定安全适用的焊机或改造螺柱焊机;
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②认真进行焊接工艺评定试验,根据钢筋直径选择相应的焊接工艺参数;. E' V5 V8 J- u7 G
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③根据焊接接头与母材等强的原则,选用性能良好交直流两用的焊剂。
* M! _2 h, U7 h; ]6 o* [9 U9钢结构埋设件压力埋弧焊技术
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# w$ H3 v! [. f2 r# G8 b4 r 随着大跨度钢结构公共建筑的快速增加,其钢结构柱子埋设件(钢筋)应用越来越多,因而,钢结构埋设件压力埋弧焊技术在工程实践中不断得到应用。其关键技术措施是:
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①选定性能稳定安全适用的焊机或改造螺柱焊机;. W% ]: Q1 q1 p0 c' k- `- e4 M; _
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②认真进行焊接工艺评定试验,根据钢筋直径选择相应的焊接工艺参数;1 G1 G8 p: H" D. C
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③根据焊接接头与母材等强的原则,选用性能良好交直流两用的焊剂。* e& x& M5 o, O& V4 w4 ?, l
/ E X4 u) c; N; X 10大型钢结构构件制作中的焊接变形控制技术
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$ W) v6 t* [$ W4 y2 h& }7 T0 u 在大型钢结构制造加工中,定量地对构件焊接后的挠曲变形、角变形和横向收缩变形进行计算和分析是非常必要和重要的,根据计算和分析结果采取相应的控制措施和焊接工艺措施是有效降低和减少焊接变形,提高构件的加工效率,并确保大型构件的加工尺寸精度的关键。焊接变形控制一般有以下几种方法:
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(1)不对称构件挠曲变形控制
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) w8 Z- c) S9 u0 Z3 _ ①焊缝平衡控制法:合理分布焊缝的截面积,制定科学的焊接顺序,减少矫正工作量;- ?# ^5 [) d# _8 g2 H4 i1 o
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②辅助矫正控制法:进行不对称构件焊缝挠曲度变形计算,根据计算结果制定不对称构件焊接工艺。
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(2)焊接角变形的控制
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; l. L/ R. {; K h5 a$ N ①反变形控制法:计算T形接头焊后角变形值,根据计算结果制定箱形结构焊接加工工艺;; L3 q6 D. n/ W( M4 p; V) o9 G1 a
8 j( a: F4 n3 d ②角变形平衡控制法:采用平衡焊接法焊接坡口焊缝,用火焰加热方法进行相关矫正。0 k6 l) {/ _- V/ l' {; Y9 s
$ I) Y: q& G. e( }7 K (3)焊接收缩变形控制% D1 J! U* ]; N- s3 y3 }3 Q
0 G4 |; n2 E) ?1 A3 W& M8 i& R ①构件拼接收缩变形的控制:先对拼接时横向焊缝收缩余量进行计算,根据计算结果预留拼接收缩余量。
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②构件截面尺寸收缩变形的控制:计算对接或T形接头横向收缩变形值,装配前预留焊接收缩余量。' K# o" o, p2 A! X9 ~
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11超声波相控阵和TOFD检测技术
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. {7 B- L `9 ? 随着电子技术特别是微电子技术、计算机技术以及超声波换能技术的高速发展,近年来出现的超声波相控阵和TOFD检测技术已成为超声波探伤发展的趋势。' o3 o, q2 g* Y" g0 {' l" }$ U8 t/ g
4 n0 o/ X' i- M) X0 a 超声波相控阵,是在一个探头中集成了多个晶片(如32、64、128个),每个晶片的激发时间可以单独调节,通过控制声束轴线和焦点等参数组成换能器晶片阵列达到对焊缝全截面的扫查。/ ]* c) f% T7 \7 W- S2 Q+ i- E9 F
) I! f, O* ], c3 N' _1 T/ ~: u! A 而TOFD(衍射时差法)检测是一种依靠从待检试件内部结构(主要是指缺陷)的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法,采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测,探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中,其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收,部分波束经底面反射后被接收探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置和自身高度。
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2 \& y$ n) u; a* B 基于相控阵技术,可实现对焊缝的A、B、C以及S扫描,通过与TOFD检测相结合,可以得到焊缝缺陷比较完整的三维成像信息,典型的探伤界面。在一般的情况下,该方法的检测结果可以替代射线成像,而且定位更准确,国内航空及核工业已有使用,效果很好,在西气东输工程中,超声相控阵检测技术在输油管线连接焊缝的检测上发挥了重要作用,但由于设备价格昂贵,因此在建筑钢结构焊接检测中广泛应用,还有待时日。2 [9 w! k/ ^+ x1 C C
) O" [5 f) l" ^ 结束语/ ?) ~! [0 G. v/ i" `
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综上所述,我国建筑钢结构的焊接技术已有了长足进步和发展,在物理、化学、冶金、材料、电子、计算机、自动控制等学科迅猛发展的今天,随着新技术、新材料、新设备、新工艺的不断涌现,我国建筑钢结构制造与安装的焊接新技术,必将能够更快更好的发展,如:新型数字化智能化弧焊逆变电源,激光焊接与切割,超高压电子束焊接,焊接机器人系统,钢结构生产的4C控制技术,即计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助加工(CAM)、计算机辅助检测(CAT)、计算机辅助评价(CAE)等新技术逐步涉足建筑钢结构领域,其建筑钢结构的焊接技术水平,将会出现崭新的局面。 |
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