高強(qiáng)度鋼現(xiàn)場焊接工藝研究及應(yīng)用

黃紅剛

(武漢鋼鐵建工集團(tuán)有限責(zé)任公司　湖北　武漢：430081)

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高強(qiáng)度鋼現(xiàn)場焊接工藝研究及應(yīng)用

黃紅剛

(武漢鋼鐵建工集團(tuán)有限責(zé)任公司湖北武漢：430081)

摘要以某博物館工程鋼結(jié)構(gòu)焊接為例，從焊接工藝評定、焊接材料選用、焊接工藝流程、焊接工藝參數(shù)、焊接順序、焊后等幾個方面對高強(qiáng)度鋼Q420C的現(xiàn)場焊接技術(shù)進(jìn)行了研究，通過實踐，達(dá)到了預(yù)定的效果，總結(jié)出了高強(qiáng)度鋼Q420C現(xiàn)場焊接工藝，為今后高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用和焊接提供了參考。

關(guān)鍵詞Q420C鋼;焊接方法;工藝評定；高強(qiáng)度鋼；鋼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。因其施工周期短，造型能力強(qiáng)，各種大型公共建筑、各類高層建筑大多采用了鋼結(jié)構(gòu)形式，并且也都使用了高強(qiáng)度鋼。張之洞博物館是武漢市打造的漢陽泛月湖文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的重要的組成部分，其主體結(jié)構(gòu)是全鋼結(jié)構(gòu)形式。其中大部分鋼材采用了高強(qiáng)度鋼Q420C。該建筑造型復(fù)雜，構(gòu)件連接形式有焊接連接和栓焊連接，現(xiàn)場焊接要求高。而Q420C鋼碳當(dāng)量較高，有淬硬傾向，并且存在大量的箱型彎扭構(gòu)件現(xiàn)場需要高空焊接，質(zhì)量控制難度大。本文對Q420C高強(qiáng)鋼的焊接工藝進(jìn)行了總結(jié)。

1焊接方法及焊接材料的選擇

Q420C高強(qiáng)鋼含有一定的合金元素，在焊接過程中容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力大、沖擊韌性降低等不良影響及焊接裂紋、未焊透等焊接缺陷，如何合理的選擇焊接材料和焊接工藝是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.1Q420C高強(qiáng)鋼的焊接特點分析

Q420C鋼在焊后冷卻中，熱影響區(qū)易形成淬火組織，造成硬度升高,塑性降低,并形成冷裂紋，如采用高熱輸入焊接方法焊接高約束度接頭也會出現(xiàn)熱裂紋。因此，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧?焊縫與母材力學(xué)強(qiáng)度上要匹配，并采用堿性焊材；同時應(yīng)制定合理的焊接工藝參數(shù)和焊接順序。

1.2鋼材性能和焊材的選擇

Q420C鋼的化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。

1.3焊接材料及焊接方法的確定

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接鋼板較厚，且要求全熔透焊等特點，擬采用現(xiàn)場焊接的方法如下：(1) CO2氣體保護(hù)焊，焊絲選用ER50-6，Ф1.2mm；(2) 手工焊，焊條采用E5015(J507)規(guī)格Ф4.0mm。

表1　Q420C鋼材化學(xué)成分及鋼材力學(xué)性能

表2　Q420C鋼的力學(xué)性能

2Q420C鋼焊接工藝評定

按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》和《鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，遵循母材、焊材強(qiáng)度、焊機(jī)種類、焊接極性相匹配的原則。重點強(qiáng)調(diào)操作手法，模擬現(xiàn)場施工環(huán)境條件，進(jìn)行了焊接工藝評定，確定了工藝流程和技術(shù)措施。經(jīng)過多次研究和反復(fù)實驗確定常規(guī)條件下的CO2保護(hù)焊接參數(shù)見表3。

表3　常規(guī)條件下CO2保護(hù)焊接參數(shù)

3焊接工藝

本工程現(xiàn)場焊接主要有箱型柱和箱型梁連接，箱型柱對接，箱型柱與工字型梁三種連接方式。箱型柱的最大截面尺寸為1000mm×1000mm，箱型梁的最大截面尺寸為1200mm×600mm，鋼材最大板厚50mm。焊縫形式主要為：平焊、橫焊、立焊、全位置焊接，焊縫采用加內(nèi)襯墊板單邊坡口全熔透焊。焊接工程量較大，鋼板較厚，根據(jù)上述特點，確定CO2氣體保護(hù)半自動焊技術(shù)為主，手工電弧焊為輔，進(jìn)行焊接施工，焊接工藝參數(shù)見表4。

表4　焊接工藝指導(dǎo)參數(shù)

4焊接順序

本工程現(xiàn)場焊接以CO2氣體保護(hù)半自動焊為主，手工電弧焊為鋪。焊接施工要分層分區(qū)進(jìn)行，使每個空間單元都形成框架體系，保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的整體穩(wěn)定性，便于分區(qū)校正調(diào)整。對于整個框架體系，應(yīng)從結(jié)構(gòu)的中部開始焊接，形成框架后向四周擴(kuò)展。按照先柱后梁、先主梁后次梁的原則進(jìn)行施焊。柱子焊接時，必須兩人對稱同速焊接；梁的焊接應(yīng)先焊一端接頭，嚴(yán)禁兩頭同時焊接。

5焊后變形及焊接應(yīng)力控制措施

在焊接過程中，焊接應(yīng)力與變形控制極為重要。焊接應(yīng)力與焊接變形控制是一個綜合控制過程，與整個鋼結(jié)構(gòu)的安裝順序、測量控制、焊接工藝措施都密切相關(guān)。控制措施如下：

(1)鋼柱安裝時，先將上節(jié)鋼柱與下節(jié)鋼柱頂中心線對齊，后用螺栓將連接耳板臨時固定，然后在柱對接焊縫四周搭設(shè)操作平臺。再在柱對接焊縫中對稱焊接四條固定焊進(jìn)一步定位。然后進(jìn)行第一層打底焊，焊縫需將坡口內(nèi)母材與墊板的連接處封住，再進(jìn)行第二層填充焊，第二層焊接方向應(yīng)與第一層方向相反，依次類推，直至逐道逐層焊至填滿坡口。每道焊縫焊完后要清除焊渣及飛濺物，臨時連接耳板可在焊完1/3厚時割去，接著焊至坡口填滿。鋼柱焊接時必須保證兩名焊工對稱焊，焊接電流、速度應(yīng)保持一致。

(2)鋼柱焊接過程中要對柱頂?shù)淖鴺?biāo)變化進(jìn)行跟蹤測量，防止焊接變形過大造成柱頂偏移而影響下一節(jié)柱的安裝，如果出現(xiàn)偏差過大，則調(diào)整焊接工藝，為上部構(gòu)件的安裝創(chuàng)造有利的定位基礎(chǔ)。

(3)合理安排吊裝和焊接的順序，在時間和空間上各結(jié)構(gòu)單元盡量錯開，在不同構(gòu)件連接處安裝若干定位板，防止焊接過程中的附加變形。

(4)對構(gòu)件進(jìn)行焊前預(yù)熱、焊中層溫控制。在坡口兩側(cè)寬度為焊件施焊處厚度的1.5倍以上，且不小于100mm的范圍內(nèi)設(shè)置預(yù)熱加熱區(qū)域。在預(yù)熱的目的就是減少焊縫區(qū)與兩側(cè)母材的溫度差，降低焊接區(qū)的冷卻速度，減少焊接應(yīng)力。

(5)梁與柱接頭的焊接順序：先對梁下翼緣板進(jìn)行焊接，然后是上翼緣板，梁的兩端不能同時施焊，而應(yīng)分別錯開進(jìn)行焊接。當(dāng)腹板為高強(qiáng)螺栓連接時而翼緣板為焊接時，應(yīng)先栓后焊。

6焊后檢驗及焊縫返修工藝

根據(jù)規(guī)范及圖紙要求進(jìn)行焊縫的外觀檢驗及焊縫無損檢測，焊縫自檢合格后，簽上焊工鋼印號，如不合格必須進(jìn)行返修處理。

(1)檢查有缺陷的焊縫，應(yīng)清除缺陷兩端50mm范圍內(nèi)的焊縫。然后按與正式焊縫一樣的焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊，并采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行復(fù)檢。

(2)焊縫出現(xiàn)裂紋時，應(yīng)立即報告技術(shù)負(fù)責(zé)人，查明原因，并編制修補(bǔ)措施方案后方可處理，嚴(yán)禁焊工擅自處理。同一部位焊縫的返修次數(shù)，不宜超過兩次。

7實施效果

Q420鋼種是在工程上應(yīng)用較少，可參考的資料很少，特別是現(xiàn)場焊接受環(huán)境因素影響較大。通過焊接作業(yè)之前進(jìn)行焊接工藝評定和焊接過程中嚴(yán)格控制焊接工藝，充分考慮現(xiàn)場焊接實際情況，有針對性的制定一系列措施，完成了該工程鋼結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件的焊接，達(dá)到了預(yù)期的目的。所有焊縫超聲波探傷一次合格率98%以上，二次返修一次全部合格，為Q420鋼的推廣和應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任編輯：李文英)

Research and Application of Site Welding

Technology of High Strength Steel

HUANG Honggang

(Wuhan Industrial Construction Group Co. LTD of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

Abstract:Taking the steel structure welding of one museum as an example, the paper studies site welding technology of high strength steel Q420C from the aspects of welding procedure qualification, welding materials selection, welding process, welding parameters , welding sequence and post-weld inspection. Expected effect is achieved through practice, welding technology of high strength steel Q420C is summarized, providing valuable insight to the future application and welding of high strength steel.

Key words:Q420 steel; welding technology; welding procedure qualification; high strength steel; steel structure

作者簡介：黃紅剛(1976～)，男，工程師.E-mail： 164319741@qq.com

收稿日期：2015-09-30修回日期：2015-10-19

中圖分類號：TG457.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-3524(2015)04-0026-03