建筑钢结构焊接施工工艺

张 金

摘 要:焊接是钢结构的主要连接方法,在建筑钢结构的建设中发挥了重要的作用。文章详细分析了高强钢焊接、低温焊接和厚钢板焊接的施工工艺。

关键词:钢结构;焊接;施工

中图分类号:TU391文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)22-0147-01

1高强钢焊接施工工艺

1.1 焊材选配原则

①强匹配。强节点弱杆件:焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材标准规定的最低值。焊接接头(焊缝及热影响区)各项性能全面要求达到母材标准规定的最低值。②兼顾焊缝塑性。厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材,节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。③满足冲击韧性要求。必须重点选择焊材的韧性,使焊缝及热影响区韧性达到钢材的标准要求。

1.2 最低预热温度确定方法

①裂纹试验控制。根据斜Y坡口试样抗裂试验确定最低预热温度。②硬度控制。根据一定碳当量的钢材,其不同板厚T形接头角焊缝热影响区硬度达到350 HV对应的冷却速度(540℃时),查表确定焊接线能量。③根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温。④根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线图确定最低预热温度。

1.3 焊接质量控制

①控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800 ℃～500 ℃区间的冷却时间。②控制焊缝中碳/硫/磷/氮/氢/氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材,采用良好的操作手法充分保护熔池金属(短弧、限制摆动、倾角稳定)。③应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法,如气体保护焊;用小线能量,多层多道焊接;减小焊接坡口的角度和间隙,减少熔敷金属填充量;采用对称坡口,对称、轮流施焊;长焊缝应分段退焊或多人同时施焊;用跳焊法避免变形和应力集中。

总之,对于高强钢的焊接,应根据钢材本身的强化机理和供货状态,综合考虑其性能要求,合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性作出评价,制定合理的焊接工艺,以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂倾向。在焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量,防止接头出现弱化现象。

2低温焊接施工工艺

2.1焊材的选择

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。

2.2 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。

2.3焊接质量控制

①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100mm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)。②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。③采用合理的焊接方法。尽量使用窄摆幅,多层多道焊,严格控制层间温度。④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,利于扩散氢气的逸出,防止因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。

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,制作出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。另外,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 ℃。

3厚钢板焊接技术

建筑钢结构中厚钢板得到大量的使用,如北京新保利大厦工程使用的轧制H型钢翼板厚度达到125 mm,国家体育场(鸟巢)工程用钢最大板厚达110 mm。大量钢结构工程采用厚钢板,促进了厚钢板焊接技术的发展,同时也丰富了建筑用钢的范围。厚钢板焊接的关键是防止由于焊接而产生的裂纹和减少变形,应主要考虑以下几点:①选用合理的坡口形式。如尽量选用双U或X坡口,如果只能单面焊接,应在保证焊透的前提下,采用小角度、窄间隙坡口,以减小焊接收缩量、降低焊接残余应力。②合理的预热和层间温度。③后热和保温处理。

参考文献:

[1]JGJ81—2002,建筑钢结构焊接技术规程[S].