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新技術(shù)在鋼結構焊接中的應用(三)

作者:鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間:2009-12-23 10:01:40 [收藏]

    新技術(shù)在鋼結構焊接中的應用

    3 低合金高強鋼焊接技術(shù)

      2004年,低合金高強鋼ASTMA913Gr60(相當于Q420)在北京新保利大廈工程成功使用,經(jīng)過(guò)兩年的發(fā)展,目前,國內已有數個(gè)鋼結構工程使用高強鋼,如國家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)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,高強鋼在建筑鋼結構中的廣泛應用,帶動(dòng)了高強鋼焊接技術(shù)的發(fā)展。

     ?。?) 建筑鋼結構用高強鋼獲得良好性能的途徑:

     ?、俸辖饛娀和ㄟ^(guò)微合金元素的細晶強化、析出強化,提高鋼板的強度和韌性;通過(guò)正火細化晶粒、均勻組織,進(jìn)一步提高鋼板的塑性和韌性。國產(chǎn)高強鋼(中厚板)主要是通過(guò)這種方法制造的;

    ②組織強化(如淬火+回火):軋后加熱溫度超過(guò)相變重結晶溫度30~50℃,經(jīng)水冷后生成的淬火過(guò)飽和固溶體為不穩定組織,強度和硬度都很高。隨后進(jìn)行600℃高溫回火則可使淬火固溶體分解軟化,達到塑性和韌性的要求,也稱(chēng)為調質(zhì)處理。

    ③控軋控冷工藝(TMCP):嚴格控制鋼板冷卻及厚度下降的過(guò)程,并在接近或低于鐵素體開(kāi)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量下獲得較高的強度且焊接性好;

    ④淬火+自回火控制軋制(QST):盧森堡鋼廠(chǎng)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。其強度高同時(shí)焊接性好。

     ?。?) 高強鋼用焊材選配原則

     ?、購娖ヅ?,強節點(diǎn)弱桿件:焊接材料熔敷金屬的強度、塑性、沖擊韌性高于母材標準規定的最低值。焊接接頭(焊縫及熱影響區)各項性能全面要求達到母材標準規定的最低值;

     ?、诩骖櫤缚p塑性:厚板焊接時(shí)按厚度效應后的強度選配焊材,節點(diǎn)拘束度大時(shí)可在1/4板厚以下配用低強焊材;

     ?、蹪M(mǎn)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韌性達到鋼材的標準要求。

     ?。?) 高強鋼焊接性評價(jià)方法

    ①碳當量計算評定法;

    ②熱影響區最高硬度試驗評定法;

    ③插銷(xiāo)試驗臨界斷裂應力評定法。

    (4) 最低預熱溫度確定方法

     ?、倭鸭y試驗控制:根據斜Y坡口試樣抗裂試驗確定最低預熱溫度;

     ?、谟捕瓤刂疲焊鶕欢ㄌ籍斄康匿摬?,其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區硬度達到350HV對應的冷卻速度(540攝氏度時(shí))查表確定焊接線(xiàn)能量;
     ?、鄹鶕鸭y敏感指數、板厚范圍、拘束度等級、熔敷金屬擴散氫含量確定最低預熱溫④根據接頭熱輸入、冷卻時(shí)間T8/5和鋼材的特定曲線(xiàn)圖確定最低預熱溫度

     ?。?) 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攝氏度區間的冷卻時(shí)間(t8/5)(預熱、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熔池金屬(短弧、限制擺動(dòng)、傾角穩定);

     ?、蹜εc變形控制:選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法,如氣體保護焊;用小線(xiàn)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(chēng)坡口,對稱(chēng)、輪流施焊;長(cháng)焊縫應分段退焊或多人同時(shí)施焊;用跳焊法避免變形和應力集中。

      總之,對于高強鋼的焊接,應根據鋼材本身的強化機理和供貨狀態(tài),綜合考慮其性能要求,合理選擇焊接材料和試驗方法對其焊接性作出評價(jià),制定合理的焊接工藝,以指導實(shí)際焊接生產(chǎn),如國家體育場(chǎng)工程應用的Q460E-Z35鋼采用的是微合金強化,其碳當量Ceq高達0.47%,因此,對該鋼種的焊接應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工藝強化的高強鋼,該鋼種的碳當量Ceq僅為0.36%,焊接性相當好,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)應嚴格控制層間溫度和焊接線(xiàn)能量,防止接頭出現弱化現象。

      4 厚板焊接技術(shù)

      建筑鋼結構中厚鋼板得到越來(lái)越大量的使用,如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達到125毫米(ASTMA913Gr60),國家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)工程用鋼最大板厚達110毫米(Q460E-Z35),大量鋼結構工程采用厚鋼板,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,目前國內現行標準如GB/T1591-94《低合金高強度結構鋼》和YB4104-2000《高層建筑結構用鋼板》規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標準的修訂奠定了基礎。

      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、降低焊接殘余應力;

    ②選擇合理的預熱及層間溫度;

    ③對稱(chēng)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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