·新技术在钢结构焊接中的应用

2009-03-06

技术在钢结构焊接中的应用

    5 铸钢及铸钢节点的焊接技术

  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。

  6 低温焊接技术

  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。

  (1)环境温度对焊接造成的影响有以下几点:

  ①焊接接头冷却速度增加,冷裂纹敏感性也增加;

  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;

  ③焊接残余应力的作用加剧;

  ④环境温度对焊工的操作带来不利的影响。

    (2)低温焊接措施}

  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;

  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;

  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);

  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;

  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;

  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。

  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℃。

  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。

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