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鋼結(jié)構(gòu)中厚板的焊接技術(shù)

發(fā)布時間:[2016-4-13]  查看次數(shù):4428

廣州鋼結(jié)構(gòu)中厚板的焊接技術(shù)

廣州鋼結(jié)構(gòu)訊:從20世紀(jì)80年代以來,中國建筑鋼結(jié)構(gòu)得到了空前的發(fā)展,建筑鋼結(jié)構(gòu)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有非常重要的地位。鋼結(jié)構(gòu)由于自身的諸多優(yōu)點,包括自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、造型美觀、維護(hù)方便等,其應(yīng)用越來越廣泛。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展與鋼產(chǎn)量緊密相關(guān)。我國已經(jīng)成為世界產(chǎn)鋼大國,2006年中國生產(chǎn)鋼已達(dá)4.1億t,其中鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)量高達(dá)1.4億t,能源、交通、冶金、機(jī)械、化工、電力、建筑及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的支柱。我國鋼鋼結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)等產(chǎn)業(yè)與民用建筑,如雨后春筍般涌現(xiàn),遍布全國。

與此同時,建筑鋼結(jié)構(gòu)中厚鋼板得到越來越大量的使用,如北京新保利大廈項目使用的軋制H型鋼翼板厚度達(dá)到125mm(ASTMA913Gr60),國家運動場(鳥巢)項目用鋼最大板厚達(dá)110mm(Q460E-Z35),大量鋼結(jié)構(gòu)項目采用厚鋼板,促進(jìn)了厚鋼板焊接技術(shù)的發(fā)展,同時也豐富了建筑用鋼的范圍。

厚板焊接

厚板、超厚板焊接時填充焊材熔敷金屬量大,焊接時間長,熱輸進(jìn)總量高,構(gòu)件施焊時焊縫拘束度高、焊接殘余應(yīng)力大,焊后應(yīng)力和變形大。焊接施焊過程中,易產(chǎn)生熱裂紋與冷裂紋。

厚板在焊接前,鋼板的板溫較低,在開始焊時,電弧的溫度高達(dá)1250~1300℃,厚板在板溫冷熱驟變的情況下,溫度分布不均勻,使得焊縫熱影響區(qū)輕易產(chǎn)生淬硬——馬氏體組織,焊縫金屬變脆,產(chǎn)生冷裂紋的傾向增大,為避免此類情況發(fā)生,厚板焊前必須進(jìn)行加熱。

在實際生產(chǎn)制造過程中,應(yīng)對焊接過程進(jìn)行控制,以防止焊接裂紋的產(chǎn)生。

1. 定位焊:定位焊是厚板施工過程中最輕易出現(xiàn)題目的部位。由于厚板在定位焊時,定位焊處的溫度被四周的“冷卻介質(zhì)”很快冷卻,造成局部過大的應(yīng)力集中,引起裂紋的產(chǎn)生,對材質(zhì)造成損壞。解決的措施是厚板在定位焊時,進(jìn)步預(yù)加熱溫度,加大定位焊縫長度和焊腳尺寸。

2. 多層多道焊:在厚板焊接過程中,堅持的一個重要的工藝原則是多層多道焊,嚴(yán)禁擺寬道。這是由于厚板焊縫的坡口較大,單道焊縫無法填滿截面內(nèi)的坡口,擺寬道焊接造成的結(jié)果是,母材對焊縫拘束應(yīng)力大,焊縫強(qiáng)度相對較弱,輕易引起焊縫開裂或延遲裂紋的發(fā)生。而多層多道焊有利的一面是:前一道焊縫對后一道焊縫來說是一個“預(yù)熱”的過程;后一道焊縫對前一道焊縫相當(dāng)于一個“后熱處理”的過程,有效地改善了焊接過程中應(yīng)力分布狀態(tài),利于保證焊接質(zhì)量。

3. 焊接過程中的檢查:厚板焊接不同于中薄板,需要幾個小時乃至幾十小時才能施焊完成一個構(gòu)件,因此加強(qiáng)對焊接過程的中間檢查,顯得尤為重要,便于及時發(fā)現(xiàn)題目,中間檢查不能使施工停止,而是邊施工、邊檢查。如在清渣過程中,認(rèn)真檢查是否有裂紋發(fā)生。及時發(fā)現(xiàn),及時處理。

4. 厚板對接焊后,應(yīng)立即將焊縫及其兩側(cè)各100~150mm范圍內(nèi)的局部母材進(jìn)行加熱,加熱時采用紅外線電加熱板進(jìn)行。加熱溫度到250~350℃后用石棉展蓋進(jìn)行保溫,保溫2~6h后空冷。這樣的后熱處理可使因焊前清潔工作不當(dāng)或焊劑烘焙不當(dāng)而滲透熔池的擴(kuò)散氫迅速逸出,防止焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)氫致裂紋。

厚鋼的超聲波檢測應(yīng)在焊后48h或更長時間進(jìn)行。如進(jìn)度答應(yīng),也可在構(gòu)件出廠前再次進(jìn)行檢測,確保構(gòu)件合格,以免延遲裂紋對工件的破壞。

厚板焊接變形與焊接應(yīng)力的控制

在焊接過程中,厚板對接焊后的變形主要是角變形。實際生產(chǎn)中,為控制變形,往往先焊正面的一部分焊道,翻轉(zhuǎn)工件,碳刨清根后焊反面的焊道,再翻轉(zhuǎn)工件,這樣如此往復(fù)。一般來說,每次翻身焊接三至五道后即可翻身,直至焊滿正面的各道焊縫。同時在施焊時要隨時觀察其角變形情況,留意隨時預(yù)備翻身焊接,以盡可能地減少焊接變形及焊縫內(nèi)應(yīng)力。另外,設(shè)置胎模夾具,對構(gòu)件進(jìn)行約束來控制變形,此類方法一般適用于異形厚板結(jié)構(gòu),由于厚板異形結(jié)構(gòu)造型奇異、斷面、截面尺寸各異,在自由狀態(tài)下,尺寸精度難以保證,這就需要根據(jù)構(gòu)件的外形,制作胎模夾具,將構(gòu)件處于固定的狀態(tài)下進(jìn)行裝配、定位、焊接,進(jìn)而來控制焊接變形。

選擇與控制公道的焊接順序,即是防止焊接應(yīng)力的有效措施,亦是防止焊接變形的最有效的方法之一。根據(jù)不同的焊接方法,制定不同的焊接順序,埋弧焊一般采用逆向法、退步法;CO2氣體保護(hù)焊及手工焊采用對稱法、分散均勻法;編制公道的焊接順序的方針是“分散、對稱、均勻、減小拘束度”。

構(gòu)件焊接時產(chǎn)生瞬時應(yīng)力,焊后產(chǎn)生殘余應(yīng)力,并同時產(chǎn)生殘余變形,這是客觀規(guī)律。一般在制作過程中重視的是控制變形,往往采取措施來增大被焊構(gòu)件的剛性,以求減小變形,而忽略與此同時所增加的瞬時應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力。對于剛性大、板材厚的構(gòu)件,固然殘余變形相對較小,但會產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力,甚至導(dǎo)致裂紋。在未產(chǎn)生裂紋的情況下,殘余應(yīng)力在結(jié)構(gòu)受載時內(nèi)力均勻化的過程中往往導(dǎo)致構(gòu)件失穩(wěn)、變形甚至破壞。因此焊接應(yīng)力的控制與消除構(gòu)件在制作過程中顯得十分重要。

控制應(yīng)力的目標(biāo)是降低應(yīng)力的峰值并使其均勻分布。

在焊接較多的組裝條件下,應(yīng)根據(jù)構(gòu)件外形和焊縫的布置,采取先焊收縮量較大的焊縫,后焊收縮量較小的焊縫;先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫,后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則。

在焊接過程中為了減少焊接熱輸進(jìn)流失過快,避免焊縫在結(jié)晶過程中產(chǎn)生裂紋,當(dāng)板厚達(dá)到一定厚度時,焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱,對焊縫周邊一定范圍內(nèi)進(jìn)行加熱,加熱溫度視板厚及母材碳當(dāng)量(CE)而定。

當(dāng)構(gòu)件上某一條焊縫經(jīng)預(yù)熱施焊時,構(gòu)件焊縫區(qū)域溫度非常高,伴隨著焊縫施焊的進(jìn)展,該區(qū)域內(nèi)必定產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象,而該區(qū)域僅占構(gòu)件截面中很小一部分,此外的部分母材均處于冷卻(常溫)狀態(tài),由此對焊接區(qū)域產(chǎn)生巨大的剛性拘束,造成很大應(yīng)力,甚至產(chǎn)生裂紋。若此時在焊縫區(qū)域的對稱部位進(jìn)行加熱,溫度略高于預(yù)熱溫度,且加熱溫度始終伴隨著焊接全程,則上述應(yīng)力狀況會大為減小,構(gòu)件變形亦會大大改觀。

廣州鋼結(jié)構(gòu)固然采取一定措施可控制焊接應(yīng)力,但是大多數(shù)厚板構(gòu)件焊完后仍然存在相當(dāng)大的應(yīng)力,需在構(gòu)件完工后在其焊縫背部或焊縫二側(cè)進(jìn)行烘烤以消除殘余應(yīng)力。

我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)已有了長足進(jìn)步和發(fā)展,在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計算機(jī)、自動控制等學(xué)科迅猛發(fā)展的今天,隨著新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝的不斷涌現(xiàn),我國建筑鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝焊接技術(shù),必將得到更快更好的發(fā)展。新型技術(shù)如:新型數(shù)字化智能化弧焊逆變電源,激光焊接與切割,超高壓電子束焊接,焊接機(jī)器人系統(tǒng),鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的4C控制技術(shù),即計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助加工(CAM)、計算機(jī)輔助檢測(CAT)、計算機(jī)輔助評價(CAE)等將逐步涉足建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,使建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)水平提升到一個新的層次。
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