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关于钢结构窄间隙焊接技术的分析

2015-04-16孙海洋

建材与装饰 2015年33期
关键词:厚板错位坡口

孙海洋

(身份证号:133029198111182136)

关于钢结构窄间隙焊接技术的分析

孙海洋

(身份证号:133029198111182136)

本文从窄间隙焊接技术入手,结合建筑钢结构焊接的实际情况,阐明了我国建筑钢结构应用窄间隙焊接技术的基本思路,明确提出了窄坡口焊接技术新观点,指明了技术路线的方向,制定了应用技术研究的新课题。

窄间隙焊;焊接接头;窄坡口焊;技术

1 窄间隙焊的技术关键

实现高质量、高效率、高可靠性的窄间隙焊并非易事,因为在窄而深的坡口内进行电弧焊接,传统坡口下的传统焊接工艺难以保证焊接质量,如果不采用多层多道焊技术,焊缝金属的一次结晶极易产生区域偏析,进而产生热裂纹。除此之外,在技术上尚有如下困难:

(1)在窄间隙焊接条件下,若采用传统焊接技术,电弧轴线基本与坡口面(坡口侧壁)平行,一般情况下连能量密度很低的电弧周边也难以作用到坡口侧璧,更不用说能量密度最高的电弧中心了,这就导致了侧璧均匀熔合的可靠性差,在线能量低时这种情况尤为突出,这是窄间隙焊的最大困难。

(2)在窄而深的坡口内进行气体保护焊明弧焊接时,焊接的飞溅对工艺可靠性影响极大。当飞溅聚集到喷嘴端口和导电嘴出口处,会影响气体的保护效果和送丝稳定性;飞溅若粘合或焊在侧璧上,将直接导致焊枪运行困难甚至短路。

(3)对工艺参数的稳定和电弧空间作用位置的控制要求极高。因为工艺参数的稳定精度和电弧作用的位置精度直接影响到层、道间以及与侧璧之间的熔合质量(中、低线能量时尤为突出);窄而深的坡口内清渣极为困难,且保护气体的送达和层流状态的保持直接决定对焊接区的冶金保护,焊枪运行不畅直接影响气体保护。

2 建筑钢结构应用窄间隙焊的大致情况

目前,国外已研制多种气保焊的窄间隙焊接方法,并成功地用在钢结构构件的制作中。其中,多数的方法是具有摆动功能的,可以自由地调节摆动幅度、角度及周期。为达到良好的保护效果,有的采用双重保护(内、外)。由国外生产的窄间隙焊接专用设备也已经在国内经销,目前尚无应用实例,不过,在西气东输的工程中,窄间隙全位置焊接技术得到了成功的应用。

在建筑钢结构领域中,无论是工厂制作还是现场安装焊接工程,推广应用窄间隙焊技术是有一定困难的。主要有两个方面的困难:

(1)高精度的坡口加工是建筑钢结构焊接工程推广窄间隙焊接技术的主要障碍单从焊接的角度上,坡口可以大大地降低焊接成本,但同时也相应地增加了坡口机械加工成本;由于建筑钢结构焊接量大、焊缝多且长,用机械加工十分困难且成本很高,估计加工成本远远大于焊接成本,特别是在安装现场由于焊接接头的复杂性、位置的多样性,机械加工几乎不能进行。

(2)特殊的焊接工艺、专用焊接设备是建筑钢结构焊接工程推广窄间隙焊接技术的又一难关。

首先,要解决高精度坡口加工的机械设备;然后,解决焊接设备。有了上述两项基础工作,就有希望开展窄间隙焊技术。

在建筑钢结构领域内,窄间隙焊接技术有没有推广的必要呢?回答是肯定的。由于窄间隙焊接技术固有的优点,在建筑钢结构领域内其应当得到相应的肯定。特别是在钢结构焊接接头拘束度很大、存在层状撕裂危险的丁字和十字接头,窄间隙焊接技术大有用武之地。

用常规的设备进行窄间隙焊接,必须对工艺进行研究,并对坡口作适当的改进,同时还要培训焊工,否则所谓的窄间隙焊接就难以实现。改进后的焊缝坡口成形系数可能大于等于1,不是真正意义上的窄间隙焊。

3 窄坡口焊接技术

窄间隙焊接技术的核心是减少焊缝金属的截面积,因此,暂时定义为“窄坡口焊接技术”。

由于钢结构厚板焊接工程量大、难度高,技术界十分重视坡口的设计:坡口小易形成窄而深的形式,焊缝成形系数偏小,影响一次结晶,容易产生区域偏析;在拘束应力大的前提下进而导致焊接热裂纹的产生,因此,在坡口减少的同时要采用多层多道焊接技术和组合焊接新工艺。

3.1 组合焊接新工艺

在厚板焊接中,常规焊接是从打底、填充到盖面一种方式全部完成。这种方式由于管理简便而大量使用,但这种方式也有其局限性。以GMAW为例,在厚板打底焊接中,由于坡口小干丝伸出过长,气体保护不好而使焊缝金属产生不应有的缺陷造成返工,产生直接经济损失。

3.2 多层多道接头错位焊接新工艺

在钢板焊接中,多层焊的焊缝质量比单层焊好,而多层多道焊的焊缝质量又比多层焊好,特别是板厚超过25mm时效果最明显,因此,在厚板焊接时,首选多层多道焊技术。所谓多层焊技术,不是一次成形,而是多层成形,焊接运条手法允许摆动,焊接厚度一般不控制,适合低碳钢厚板焊接。多层多道焊就是在多层焊的基础上,焊接手法不允许摆动,焊接厚度要明确规定,以限制焊缝的热输入量。多层多道错位焊接技术就是在多层多道焊接技术的基础上,加入焊接接头每一道次错位连接,即接头不在一个平面内,通常错位50mm以上。这种技术特别适合于高强钢厚板的焊接。多层多道错位焊接技术的显著优点就是上一层次对下一层次进行了有效的热处理。

4 结语

综上所述,理窄坡口焊接技术的实现的有待我们进一步深入研究解决,相信不久的将来会有满意的答案。

TU391

A

1673-0038(2015)33-0008-01

2015-7-25

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