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國家體育場(chǎng)鋼結構埋設件壓力埋弧焊新工藝的開(kāi)發(fā)與應用

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    孫煉彬 蘆廣平 李海斌
    （北京城建精工鋼結構工程有限公司）
    摘要：在埋設件鋼筋T型接頭的焊接方法中，通常采用壓力埋弧焊技術(shù)，目前沒(méi)有專(zhuān)用的壓力埋弧焊機，用螺柱焊機取代壓力埋弧焊接設備，是我們工作的基本思路。實(shí)踐中我們對螺柱焊機進(jìn)行了改造，同時(shí)對焊接工藝進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)，并且成功的把此項技術(shù)應用于國家體育場(chǎng)的結構埋設件制作上，保證了焊接質(zhì)量和工期。
    關(guān)鍵詞：結構埋設件 焊機改造 焊接工藝 金相分析 工藝參數


    1．工程簡(jiǎn)介
    國家體育場(chǎng)位于北京市成府路南側，奧林匹克公園中心區內，是北京2008年奧運會(huì )的主體育場(chǎng)。主桁架?chē)@屋蓋中間的開(kāi)口放射形布置，與屋面及立面的次結構一起形成了"鳥(niǎo)巢"的特殊建筑造型。大跨度屋蓋支撐在周邊的24根桁架柱之上。在主桁架柱之間有不規則分布的次結構柱，主桁架柱與次結構柱下部埋設件共有568個(gè),焊接接頭約有12000個(gè)，由于工作量大，焊接環(huán)境狹小，出于保證焊接質(zhì)量和工期的要求，設計院規定：柱子埋設件在鋼筋與地腳板和鋼錨板之間采用壓力埋弧焊焊接，實(shí)現鋼筋全截面焊接。為達到設計要求，在保證質(zhì)量的前提下加速工程進(jìn)展，決定改造螺柱焊機，并研究開(kāi)發(fā)一種新的焊接工藝。
    1.1 鋼結構埋設件圖如下所示：

    1.2 鋼板材料全部為Q345B，鋼筋為HRB400級鋼筋。

    2．焊機改造
    由于普通鋼筋沒(méi)有鋁制引弧結并且瓷套保護套只適用于較小直徑（≤12mm）栓釘，所以不能直接用于鋼筋的焊接，同時(shí)也不滿(mǎn)足設計要求。為此做了以下改造。


    3．焊接工藝評定
    根據JGJ81-2002《建筑鋼結構焊接技術(shù)規程》的有關(guān)規定對本次工藝評定作如下設計：
    3.1 焊接工序設計
    　　鋼筋下料→鋼筋端口打磨及倒角→鋼板定位→焊機電壓及電流的調整→鋼筋上槍→調整鋼筋伸出長(cháng)度→調整提升高度→中心對正→焊劑填充→焊接→空冷→焊渣清除→力學(xué)實(shí)驗（與母材等強為合格）
    3.2 焊接工藝參數的選擇
    　?。?） 焊接材料的選用
    由于是Q345B鋼板與HRB400的鋼筋對焊，要求焊縫的抗裂良好，同時(shí)考慮到焊接接頭應與母材等強的原則，選用堿性焊劑CHF101。
    CHF101是氟堿型燒結焊劑，堿度約1.8，呈球形顆粒，粒度10-60目，具有優(yōu)良的焊接工藝性能，電弧燃燒穩定，焊縫具有成型美觀(guān)，脫渣容易，焊縫具有較高的低溫沖擊韌性，可交流直流兩用。
    (2)焊接方法：
    本焊接工藝參數主要為：電流、通電時(shí)間、鋼筋伸出長(cháng)度及提升高度。根據鋼筋的直徑不同以及被焊鋼材表面狀況選定不同的工藝參數。焊機進(jìn)線(xiàn)為鋼芯不得小于25?2,長(cháng)度小于100m，長(cháng)度大于100m應用35?2，φ20的鋼筋選用以下焊接工藝參數。

    焊后平均縮短約9.4mm。

    焊接過(guò)程結束，維持4秒以上時(shí)間等待焊縫成型后方可打開(kāi)焊劑盒，將T型螺紋釘的錨板移出焊槍夾持部位后方可打開(kāi)焊劑盒，移開(kāi)焊槍?zhuān)厥蘸竸ㄇ謇砗冈┐麓沃貜褪褂?。整個(gè)焊接過(guò)程約2分鐘。
    4．拉伸實(shí)驗


    根據拉伸實(shí)驗結果可知完全符合設計規范要求，達到與母材等強。
    5．焊縫宏觀(guān)金相、金相組織分析
    為了近一步證實(shí)我們試驗的可靠性，進(jìn)行了宏觀(guān)和微觀(guān)金相。

    5.1 宏觀(guān)金相：
    采取與焊接方向垂直的截面為試驗面，將該試面冷加工磨削后，再手工精磨拋光，用硝酸水溶液腐蝕，經(jīng)過(guò)觀(guān)察焊縫與鋼板之間無(wú)缺陷。

    5.2 微觀(guān)金相組織：
    （1）焊縫區:大多為粒狀貝氏體和針狀鐵鐵素體交叉混合分布，還有部分方向性分布的粒狀貝氏體和少量側板貝氏體，所有的粒狀貝氏體中的島狀相和側板條貝氏體多數已分解。

    （2）鋼筋側熱影響區
    精晶區：晶內多數為粒狀貝氏體和針狀鐵素體交叉混合分布，還有一些自晶界向晶內生長(cháng)分布的粒狀貝氏體和側板條貝氏體。粒狀貝氏體中的島狀相和側板條貝氏體大多都已分解。

    細晶區：組織沒(méi)有根本變化，只是晶粒明顯小于粗晶區。
    不完全重結晶區：鐵素體、珠光體及少量保留有方向性粒狀貝體和側板條貝氏體的形貌組織，粒貝和側板條貝氏體形貌的組織基本全部分解。
    （3）鋼板側熱影響區
    粗晶區：晶內多數為方向性分布的粒狀貝氏體和側板條貝氏體，還有一些粒狀貝氏體、針狀鐵素體交叉混合分布的組織；粒貝中的島狀相部分已分解。

    細晶區：晶粒明顯細化，組織為鐵素體、珠光體和仍保持方向分布的粒狀貝氏體，粒貝中島狀相已全部分解。
    不完全重結晶區：多數為鐵素體和珠光體組織呈帶狀分布，還殘留有方向性粒狀貝氏體形貌的組織，其中島狀相全部分解。
    6．工程應用：
    根據試驗的結果，我們對焊接工藝進(jìn)行了總結。

    國家體育場(chǎng)有500多個(gè)埋設件1萬(wàn)多接頭全部按此焊接工藝進(jìn)行指導焊接，施工過(guò)程中對T型接頭進(jìn)行抽檢40多件，全部試驗合格。目前國家體育場(chǎng)鋼結構柱已經(jīng)全部安裝完畢，每根柱重量達700多噸，沒(méi)有發(fā)生因埋設件焊接質(zhì)量而引起柱子安裝變形。
    7．結束語(yǔ)
    國家體育場(chǎng)埋設件壓力埋弧焊速度快質(zhì)量好說(shuō)明了我們改造后的焊機和工藝是可靠的，經(jīng)過(guò)本工程的驗證，此焊接工藝能夠保證T型焊的焊接質(zhì)量而且工藝簡(jiǎn)單易操作，焊接速度快，適宜推廣應用。后續工程大量埋設件將采用這項技術(shù)，建議生產(chǎn)廠(chǎng)家根據這次設備改造的經(jīng)驗生產(chǎn)出定型產(chǎn)品，以此來(lái)進(jìn)一步推廣應用鋼結構埋設件壓力埋弧焊新工藝。
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