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        高強(qiáng)特厚板焊接施工工藝監(jiān)造

        2014-11-18 12:38:00梁秋敏
        關(guān)鍵詞:監(jiān)造厚板坡口

        梁秋敏

        (廣州峻森投資有限公司,廣州 510620)

        隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的進(jìn)步,建筑鋼結(jié)構(gòu)特別是超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展越來越快——高度越來越高,結(jié)構(gòu)形式越來越多樣化,結(jié)構(gòu)受力越來越復(fù)雜,這使得高強(qiáng)特厚鋼板應(yīng)用越來越廣泛,如何保證高強(qiáng)特厚板的焊接質(zhì)量,已日益成為工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)[1].

        1 工程概況

        某超高層寫字樓工程中的構(gòu)件大量使用35 mm厚以上的特厚鋼板,厚度最大的為100 mm;≥35 mm 特厚鋼板材質(zhì)選為Q345GJC,厚度要求為Z15、Z25,如何保證高強(qiáng)度特厚板的焊接質(zhì)量,成為該工程鋼結(jié)構(gòu)工程成功的關(guān)鍵,也成為鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)造人員控制的目標(biāo).

        2 焊接難點(diǎn)及產(chǎn)生原因

        2.1 焊接淬硬傾向大

        Q345GJC 屬于低合金高強(qiáng)鋼,根據(jù)碳當(dāng)量公式:其中,C、Mn、Si、Ni、Cr、Mo、V 為該元素百分含量.Q345GJC 碳當(dāng)量的最高值在0.47 附近.根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》、《金屬材料焊接》中有關(guān)碳當(dāng)量和鋼材焊接性的關(guān)系:當(dāng)碳當(dāng)量=0.4%~0.6%時(shí),鋼材淬硬傾向逐漸增大;因此用碳當(dāng)量法來判斷焊接性,Q345GJC 鋼材的焊接性較差[2].

        2.2 熔合區(qū)冷裂紋突出

        由于焊接熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)和物理不均勻性、組織性能突變等性質(zhì),所以脆性斷裂和焊接冷裂紋易在該區(qū)域產(chǎn)生和發(fā)展[3],特別是高強(qiáng)鋼焊接時(shí),問題更為突出.

        2.3 特厚板焊接變形大、有層狀撕裂傾向

        特厚板焊接時(shí),由于鋼板厚度大,焊縫熔覆金屬多,焊接熱輸入量大,從而導(dǎo)致鋼板焊接時(shí)焊接收縮量大,焊接變形控制難度大;鋼板在壓制成型過程中,由于受設(shè)備限制,其Z 向性能比薄鋼板差,而且國(guó)產(chǎn)厚板多為熱軋正火鋼,因此均具有不同程度的層狀撕裂傾向.

        鋼材焊接性能主要應(yīng)考慮熱影響區(qū)的淬硬、冷裂紋和層狀撕裂,由以上幾項(xiàng)看出,Q345GJC 特厚鋼材焊接性能較差,需要對(duì)施工工藝流程進(jìn)行嚴(yán)格控制和驗(yàn)收.

        3 監(jiān)造人員控制流程

        本工程監(jiān)造控制流程如圖1 所示.

        圖1 監(jiān)造控制流程圖

        4 監(jiān)造人員控制辦法

        4.1 鋼材進(jìn)場(chǎng)檢查

        本工程中對(duì)Q345GJC 鋼材的要求為:應(yīng)符合規(guī)范中有關(guān)碳當(dāng)量CE 及化學(xué)成分的規(guī)定,如表1 所示;當(dāng)有厚度方向性能要求時(shí),尚應(yīng)符合《厚度方向性能鋼板》(GB/T5313-85)的要求,并應(yīng)保證硫、磷、碳含量符合要求.[4]

        監(jiān)造驗(yàn)收方法:材料進(jìn)場(chǎng)時(shí),仔細(xì)檢查鋼材質(zhì)量合格證明文件、中文標(biāo)志及檢驗(yàn)報(bào)告中材料化學(xué)成分應(yīng)符合上述要求.并按規(guī)范及本工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行復(fù)檢,審核復(fù)檢報(bào)告.符合則允許進(jìn)入下道工序.

        表1 Q345GJC 鋼板化學(xué)成分

        4.2 切割下料及裝配誤差

        由于厚板端面厚,坡口尺寸大,若精度超差,造成焊縫間隙、坡口角度偏大,加大焊接工作量,造成構(gòu)件變形及層狀拉裂;坡口角度偏小,會(huì)造成熔深不夠.并且在切割厚板時(shí),鋼板的上緣熔塌,下緣掛渣等情況.在切割完成后應(yīng)進(jìn)行端銑、打磨.

        監(jiān)造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):切割后鋼材應(yīng)保證端面光滑、平直、無缺口、無掛渣.

        嚴(yán)格控制裝配誤差,同樣為防止焊接量過大引起構(gòu)件變形及層狀拉裂或熔深不夠.裝配誤差控制流程在此不做敘述.

        4.3 定位焊的控制

        定位焊由于其操作簡(jiǎn)單容易被忽視,但實(shí)際上定位焊周圍都為冷介質(zhì),焊后迅速冷卻收縮,容易引起冷裂紋的產(chǎn)生及母材組織的破壞,并造成應(yīng)力集中.在進(jìn)行定位焊前,裝配工須用烘槍對(duì)點(diǎn)焊處及周圍鋼材進(jìn)行火焰預(yù)熱,一般預(yù)熱溫度比正式施焊的溫度高20℃.[5]

        監(jiān)造驗(yàn)收方法:用紅外測(cè)溫槍測(cè)點(diǎn)焊預(yù)熱溫度,控制在80℃~140℃之間;焊腳尺寸不應(yīng)大于焊縫設(shè)計(jì)尺寸的2/3,且不大于8 mm,但不應(yīng)小于4 mm;避免在焊縫的起始、結(jié)束和拐角處點(diǎn)焊,嚴(yán)禁在焊接區(qū)以外的母材上引弧和熄弧.

        4.4 機(jī)理討論

        監(jiān)造進(jìn)行焊前檢查主要包括兩個(gè)方面:(1)焊縫位置清理:高強(qiáng)特厚板焊接前,應(yīng)將鋼板的切割面進(jìn)行打磨處理,至切割面平滑且露出原始金屬光澤.在進(jìn)行焊前檢查時(shí),要保證母材的焊接坡口及兩側(cè)30 mm~50 mm 范圍內(nèi),徹底清除氣割氧化皮、熔渣、銹、油、涂料、灰塵、水分等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì);(2)坡口形狀檢查:焊前坡口檢查項(xiàng)目為間隙、錯(cuò):對(duì)焊縫坡口的形狀控制,如設(shè)計(jì)文件有明確要求的,按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行;設(shè)計(jì)文件沒有明確要求時(shí),一般按坡口角度35°~45°、間隙5mm~8 mm 處理;焊縫錯(cuò)邊控制在2mm~3 mm 以內(nèi).

        4.5 焊前預(yù)熱(消氫處理)

        鋼結(jié)構(gòu)焊接時(shí)氫致裂紋形成原因由以下四個(gè)方面組成:(1)敏感的微觀組織(硬度是敏感度其中一個(gè)指標(biāo));(2)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散氫含量;(3)合適的拘束度;(4)適宜的溫度.其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)是處于支配地位的,當(dāng)這四項(xiàng)條件都具備時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫致裂紋.在焊接過程中,防止氫致裂紋的實(shí)用方法就是預(yù)熱,就是設(shè)法控制這些因素中的一項(xiàng)或幾項(xiàng),故厚板的預(yù)熱顯得尤其重要,特別是空氣濕度大、氣溫低的情況下.

        厚板焊接預(yù)熱,是工藝上必須采取的工藝措施,對(duì)本工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工采用電加熱板預(yù)加熱的方法,根據(jù)規(guī)范加熱控制溫度如表所示,對(duì)于Q345GJC 一般控制在100℃~120℃,不能高于230℃.加熱時(shí)應(yīng)力求均勻,預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)至少2 t,且不小于100 mm 寬.

        監(jiān)造驗(yàn)收方法:預(yù)熱溫度測(cè)量用紅外測(cè)溫槍進(jìn)行測(cè)量.測(cè)量時(shí)應(yīng)距焊縫兩側(cè)各75 mm.[6]

        表2 Q345GJC 預(yù)熱溫度

        4.6 焊接線能量輸入

        不合理的焊接工藝參數(shù),是產(chǎn)生各種焊接缺陷的源頭.嚴(yán)格控制焊接線能量是防止厚板出現(xiàn)裂紋、和層狀撕裂的關(guān)鍵措施.

        根據(jù)焊接線能量的公式:

        式中:q-焊接線能量(J/cm),I-焊接電流(A),U-焊接電壓(V),v-焊接速度(cm/min).

        當(dāng)焊接速度過快,熔化溫度不夠,易造成未熔合、焊縫成形不良等缺陷;當(dāng)焊接速度過慢,高溫停留時(shí)間增長(zhǎng),熱影響區(qū)寬度增加,焊接接頭的晶粒變粗,力學(xué)性能降低,同時(shí)使焊件變形量增大.當(dāng)焊接電流過小,電弧不穩(wěn),造成未焊透、夾渣及焊縫成形不良等缺陷.焊接電流過大,易產(chǎn)生咬邊、焊穿、增加焊件變形和金屬飛濺量,同時(shí)會(huì)使焊接接頭的組織由于過熱而發(fā)生變化.當(dāng)焊接電壓過低,有粘連母材的傾向;當(dāng)焊接電壓過高,電弧現(xiàn)象明顯增加,飛濺增大.本工程焊接工藝評(píng)定中規(guī)定的相關(guān)焊接條件如表3 所示.

        表3 焊接參數(shù)[7]

        監(jiān)造檢查辦法:對(duì)焊接過程實(shí)行旁站,嚴(yán)格控制控制焊接設(shè)備上的焊接參數(shù)數(shù)據(jù)(電流、電壓),對(duì)焊后的焊縫表面質(zhì)量采用目測(cè)法檢查——如CO2氣體保護(hù)焊的焊縫出現(xiàn)棒狀、埋弧焊出現(xiàn)魚鱗線狀,可以判斷此焊縫是采用大電流快速焊接.

        4.7 焊接手法、焊接順序

        監(jiān)造旁站焊接時(shí)檢查項(xiàng)目:焊接過程應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行多道多層、窄焊道薄焊層的焊接方法;焊接時(shí)嚴(yán)格控制焊槍擺動(dòng)幅度,CO2焊應(yīng)控制在20 mm 范圍內(nèi),嚴(yán)禁擺寬道施焊;嚴(yán)禁焊接前隨意引弧,避免造成應(yīng)力集中;當(dāng)焊縫的焊接量較大時(shí),應(yīng)采取兩人或多人對(duì)稱焊接,防止因焊縫局部收縮后引起構(gòu)件變形.

        4.8 層間溫度及焊后保溫控制

        焊接時(shí)層間溫度的控制是為了防止焊縫區(qū)域出現(xiàn)多次熱應(yīng)變,造成殘余應(yīng)力對(duì)焊縫質(zhì)量不利,并可促使擴(kuò)散氫逸出焊接區(qū),防止氫致裂紋.層間溫度應(yīng)等于或略高于預(yù)熱溫度需預(yù)熱的構(gòu)件.

        監(jiān)造檢查辦法:用紅外測(cè)溫槍測(cè)量層間溫度,本工程的層間溫度控制在120℃~180℃之間;同一焊縫應(yīng)連續(xù)施焊,力求一次完成,不能一次完成的焊縫應(yīng)注意焊后的緩冷,再次焊接前必須重新進(jìn)行預(yù)熱.當(dāng)對(duì)厚板進(jìn)行長(zhǎng)焊縫焊接時(shí),因?yàn)楹附恿看螅瓿梢坏篮缚p后層間溫度可能比預(yù)熱溫度低,此種情況下需要在焊接過程中敷設(shè)保溫棉或設(shè)置加熱板,保持層間溫度在預(yù)熱溫度之上.

        5.結(jié)語

        此監(jiān)造控制流程及控制方法已經(jīng)應(yīng)用于某超高層鋼結(jié)構(gòu)制作工程中,結(jié)果表明:采用上述工藝控制手段,焊縫合格率達(dá)到100%,有效的保證了工程的質(zhì)量.

        [1]盧立香,陳才發(fā).國(guó)家體育場(chǎng)Q460 及Q345GJ-D 鋼厚板焊接工藝[J].工藝與新技術(shù),2007,36(2):26-28.

        [2]高樹棟,路克寬,李久林,等.高樹梁高強(qiáng)特厚板焊接施工技術(shù)[J].建筑技術(shù),2007,38(7):502-505.

        [3]曹曉春,甘國(guó)軍,李翠光.Q460 鋼在國(guó)家重點(diǎn)工程中的應(yīng)用[J].焊接技術(shù),2007(36):12-15.

        [4]方小丹,韓小雪,韋宏,等.廣州西塔巨型斜交網(wǎng)格平面相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).2010,31(1):56-61.

        [5]羅雄杰,周一塵,梁文鋒,等.廣州歌劇院鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)探討[J].工程質(zhì)量,2007,7(A):16-19

        [6]狄春良.厚板的預(yù)防措施[N].滬寧鋼機(jī)廠報(bào),2008.

        [7]GB50205-2001.鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2002.

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