建筑鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、建設(shè)周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、外形豐富、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用范圍廣泛。自20世紀(jì)80年代以來(lái),中國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)得到了空前的發(fā)展,高層鋼結(jié)構(gòu)、空間鋼結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)和住宅鋼結(jié)構(gòu)如雨后春筍。焊接作為構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)的一種主要連接方法,在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)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),在我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì),約50%以上的鋼材在投入使用前需要經(jīng)過(guò)焊接加工處理。因此,焊接水平的提高是實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)快速發(fā)展和確保建筑鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。
1高強(qiáng)鋼焊接施工工藝
1.1焊材選配原則
①?gòu)?qiáng)匹配。強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件:焊接材料熔敷金屬的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。焊接接頭(焊縫及熱影響區(qū))各項(xiàng)性能全面要求達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。
、诩骖櫤缚p塑性。厚板焊接時(shí)按厚度效應(yīng)后的強(qiáng)度選配焊材,節(jié)點(diǎn)拘束度大時(shí)可在1/4板厚以下配用低強(qiáng)焊材。
、蹪M足沖擊韌性要求。必須重點(diǎn)選擇焊材的韌性,使焊縫及熱影響區(qū)韌性達(dá)到鋼材的標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2高強(qiáng)鋼焊接性評(píng)價(jià)方法
、偬籍(dāng)量計(jì)算評(píng)定法。
、跓嵊绊憛^(qū)最高硬度試驗(yàn)評(píng)定法。
、鄄邃N試驗(yàn)臨界斷裂應(yīng)力評(píng)定法。
1.3最低預(yù)熱溫度確定方法
、倭鸭y試驗(yàn)控制。根據(jù)斜Y坡口試樣抗裂試驗(yàn)確定最低預(yù)熱溫度。
、谟捕瓤刂。根據(jù)一定碳當(dāng)量的鋼材,其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達(dá)到350HV對(duì)應(yīng)的冷卻速度(540℃時(shí)),查表確定焊接線能量。
③根據(jù)裂紋敏感指數(shù)、板厚范圍、拘束度等級(jí)、熔敷金屬擴(kuò)散氫含量確定最低預(yù)熱溫。
、芨鶕(jù)接頭熱輸入、冷卻時(shí)間和鋼材的特定曲線圖確定最低預(yù)熱溫度。
1.4焊接質(zhì)量控制
①控制熱輸入與冷卻速度?刂坪附与娏、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800℃~500℃區(qū)間的冷卻時(shí)間。
、诳刂坪缚p中碳/硫/磷/氮/氫/氧的質(zhì)量百分比。選用優(yōu)質(zhì)堿性低氫焊材,采用良好的操作手法充分保護(hù)熔池金屬(短弧、限制擺動(dòng)、傾角穩(wěn)定)。
、蹜(yīng)力與變形控制。選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法,如氣體保護(hù)焊;用小線能量,多層多道焊接;減小焊接坡口的角度和間隙,減少熔敷金屬填充量;采用對(duì)稱坡口,對(duì)稱、輪流施焊;長(zhǎng)焊縫應(yīng)分段退焊或多人同時(shí)施焊;用跳焊法避免變形和應(yīng)力集中。
總之,對(duì)于高強(qiáng)鋼的焊接,應(yīng)根據(jù)鋼材本身的強(qiáng)化機(jī)理和供貨狀態(tài),綜合考慮其性能要求,合理選擇焊接材料和試驗(yàn)方法對(duì)其焊接性作出評(píng)價(jià),制定合理的焊接工藝,以指導(dǎo)實(shí)際焊接生產(chǎn)。對(duì)該鋼種的焊接應(yīng)主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向。在焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度和焊接線能量,防止接頭出現(xiàn)弱化現(xiàn)象。
2低溫焊接施工工藝
2.1焊材的選擇
在低溫環(huán)境中,應(yīng)盡量選擇低氫或超低氫焊材,對(duì)焊材嚴(yán)格執(zhí)行烘焙和保溫措施。
2.2焊前防護(hù)
在焊接作業(yè)區(qū)域搭防護(hù)棚,使焊接區(qū)域形成相對(duì)封閉的空間,減少熱量的損失,若無(wú)條件搭設(shè)防護(hù)棚,應(yīng)該采取其他有效措施對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行防護(hù);氣體保護(hù)焊時(shí),焊接氣瓶也應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行保溫。
2.3焊接質(zhì)量控制
、兕A(yù)熱與層間溫度。低溫環(huán)境下的預(yù)熱溫度應(yīng)稍高于常溫下的焊接預(yù)熱溫度,加熱區(qū)域?yàn)闃?gòu)件焊接區(qū)各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100mm范圍內(nèi)的母材,焊接層間溫度不低于預(yù)熱溫度或標(biāo)準(zhǔn)(JGJ81—2002)規(guī)定的最低溫度20℃(兩者取高值)。
②加大定位焊時(shí)的熱輸入。適當(dāng)加大定位焊的熱輸入,增大焊縫截面和長(zhǎng)度,并采用與正式焊接相同的預(yù)熱條件,不在坡口以外的母材上打弧,熄弧時(shí)弧坑一定要填滿,可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋。
③采用合理的焊接方法。盡量使用窄擺幅,多層多道焊,嚴(yán)格控制層間溫度。
、芎附雍鬅峒氨亍:附雍蠹皶r(shí)對(duì)焊接接頭進(jìn)行后熱保溫處理,利于擴(kuò)散氫氣的逸出,防止因冷速過(guò)快而引起的冷裂紋,同時(shí)適當(dāng)?shù)暮鬅釡囟冗可以適當(dāng)降低預(yù)熱溫度。
總之,鋼結(jié)構(gòu)低溫焊接施工前,一定要根據(jù)實(shí)際情況做好焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。必要時(shí)還要針對(duì)具體鋼種進(jìn)行低溫焊接性試驗(yàn),制作出適合的焊接工藝指導(dǎo)書(shū)以指導(dǎo)實(shí)際焊接。另外,在低溫環(huán)境下,對(duì)焊工操作的不良影響也應(yīng)給予足夠重視,一般環(huán)境溫度不宜低于-15℃。
3厚鋼板焊接技術(shù)
建筑鋼結(jié)構(gòu)中厚鋼板得到大量的使用,如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達(dá)到125mm,國(guó)家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)工程用鋼最大板厚達(dá)110mm。大量鋼結(jié)構(gòu)工程采用厚鋼板,促進(jìn)了厚鋼板焊接技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)也豐富了建筑用鋼的范圍。
厚鋼板焊接的關(guān)鍵是防止由于焊接而產(chǎn)生的裂紋和減少變形,應(yīng)主要考慮以下幾點(diǎn):
①選用合理的坡口形式。如盡量選用雙U或X坡口,如果只能單面焊接,應(yīng)在保證焊透的前提下,采用小角度、窄間隙坡口,以減小焊接收縮量、提高工作效率、降低焊接殘余應(yīng)力。
、诤侠淼念A(yù)熱和層間溫度。
、酆鬅岷捅靥幚。