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新技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用(三)

作者:鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間:2009-12-23 10:01:40 [收藏]

    新技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用

    3 低合金高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)

      2004年,低合金高強(qiáng)鋼ASTMA913Gr60(相當(dāng)于Q420)在北京新保利大廈工程成功使用,經(jīng)過兩年的發(fā)展,目前,國內(nèi)已有數(shù)個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程使用高強(qiáng)鋼,如國家體育場(鳥巢)使用國產(chǎn)Q460E-Z35鋼,最大板厚110mm,國家游泳中心(水立方)工程使用國產(chǎn)Q420C鋼,中央電視臺新臺址工程使用了Q390D、Q420D-Z25、Q460E-Z35級別鋼,高強(qiáng)鋼在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用,帶動了高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)的發(fā)展。

      (1) 建筑鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼獲得良好性能的途徑:

     ?、俸辖饛?qiáng)化:通過微合金元素的細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化,提高鋼板的強(qiáng)度和韌性;通過正火細(xì)化晶粒、均勻組織,進(jìn)一步提高鋼板的塑性和韌性。國產(chǎn)高強(qiáng)鋼(中厚板)主要是通過這種方法制造的;

    ②組織強(qiáng)化(如淬火+回火):軋后加熱溫度超過相變重結(jié)晶溫度30~50℃,經(jīng)水冷后生成的淬火過飽和固溶體為不穩(wěn)定組織,強(qiáng)度和硬度都很高。隨后進(jìn)行600℃高溫回火則可使淬火固溶體分解軟化,達(dá)到塑性和韌性的要求,也稱為調(diào)質(zhì)處理。

    ③控軋控冷工藝(TMCP):嚴(yán)格控制鋼板冷卻及厚度下降的過程,并在接近或低于鐵素體開始生成的溫度(Ar3910攝氏度)下完成終軋。其顯微組織及力學(xué)性能不可由熱處理獲得。這種軋制方式可在較低的碳當(dāng)量下獲得較高的強(qiáng)度且焊接性好;

    ④淬火+自回火控制軋制(QST):盧森堡鋼廠的軋制H型鋼(Gr60鋼曾在新保利大廈工程中使用),淬火后利用截面中部溫度散熱進(jìn)行自回火,是TMCP的特殊應(yīng)用。如Gr65鋼的淬火溫度為871攝氏度,自回火溫度為593攝氏度。其強(qiáng)度高同時(shí)焊接性好。

      (2) 高強(qiáng)鋼用焊材選配原則

     ?、購?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;

      ③滿足沖擊韌性要求: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。

     ?。?) 高強(qiáng)鋼焊接性評價(jià)方法

    ①碳當(dāng)量計(jì)算評定法;

    ②熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)評定法;

    ③插銷試驗(yàn)臨界斷裂應(yīng)力評定法。

    (4) 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;

     ?、谟捕瓤刂疲焊鶕?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對應(yīng)的冷卻速度(540攝氏度時(shí))查表確定焊接線能量;
     ?、鄹鶕?jù)裂紋敏感指數(shù)、板厚范圍、拘束度等級、熔敷金屬擴(kuò)散氫含量確定最低預(yù)熱溫④根據(jù)接頭熱輸入、冷卻時(shí)間T8/5和鋼材的特定曲線圖確定最低預(yù)熱溫度

     ?。?) 焊接質(zhì)量控制

     ?、倏刂茻彷斎肱c冷卻速度:控制焊接電流、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800攝氏度~500攝氏度區(qū)間的冷卻時(shí)間(t8/5)(預(yù)熱、后熱);

     ?、诳刂坪缚p中碳/硫/磷/氮/氫/氧含量: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、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;采用對稱坡口,對稱、輪流施焊;長焊縫應(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)方法對其焊接性作出評價(jià),制定合理的焊接工藝,以指導(dǎo)實(shí)際焊接生產(chǎn),如國家體育場工程應(yīng)用的Q460E-Z35鋼采用的是微合金強(qiáng)化,其碳當(dāng)量Ceq高達(dá)0.47%,因此,對該鋼種的焊接應(yīng)主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向,而在新保利大廈工程中采用的是QST工藝強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼,該鋼種的碳當(dāng)量Ceq僅為0.36%,焊接性相當(dāng)好,但是由于它使用的是淬火加自回火的工藝,因此在焊接時(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。

      4 厚板焊接技術(shù)

      建筑鋼結(jié)構(gòu)中厚鋼板得到越來越大量的使用,如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達(dá)到125毫米(ASTMA913Gr60),國家體育場(鳥巢)工程用鋼最大板厚達(dá)110毫米(Q460E-Z35),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,目前國內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)如GB/T1591-94《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》和YB4104-2000《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》規(guī)定的鋼板厚度最大僅為100毫米,因此超厚鋼板的使用也為相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的修訂奠定了基礎(chǔ)。

      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)采取以下措施:

     ?、龠x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;

    ②選擇合理的預(yù)熱及層間溫度;

    ③對稱施焊,科學(xué)安排焊接順序;

    ④做好后熱及保溫處理。

    (未完)


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