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、造型美觀、維護方便等，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4.1億t，其中鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)量高達1.4億t，能源、交通、冶金、機械、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型鋼翼板厚度達到125mm（ASTMA913Gr60），國家運動場（鳥巢）項目用鋼最大板厚達110mm（Q460E-Z35），大量鋼結(jié)構(gòu)項目采用厚鋼板，促進了厚鋼板焊接技術(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，厚板焊前必須進行加熱。
在實際生產(chǎn)制造過程中，應(yīng)對焊接過程進行控制，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)的局部母材進行加熱，加熱時采用紅外線電加熱板進行。加熱溫度到250～350℃后用石棉展蓋進行保溫，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或焊劑烘焙不當而滲透熔池的擴散氫迅速逸出，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或更長時間進行。如進度答應(yīng)，也可在構(gòu)件出廠前再次進行檢測，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)下進行裝配、定位、焊接，進而來控制焊接變形。
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流失過快，避免焊縫在結(jié)晶過程中產(chǎn)生裂紋，當板厚達到一定厚度時，焊前應(yīng)進行預(yù)熱，對焊縫周邊一定范圍內(nèi)進行加熱，加熱溫度視板厚及母材碳當量（CE）而定。
當構(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)已有了長足進步和發(fā)展，在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計算機、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，焊接機器人系統(tǒng)，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的4C控制技術(shù)，即計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助加工（CAM）、計算機輔助檢測（CAT）、計算機輔助評價（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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