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    详细内容

    鋼結構制造中厚板的焊接技術

      從20世紀80年代以來,中國建筑鋼結構得到了空前的發展,建筑鋼結構在國民經濟建設中占有非常重要的地位。鋼結構由于自身的諸多優點,包括自重輕、建設周期短、適應性強、造型美觀、維護方便等,其應用越來越廣泛。鋼結構的發展與鋼產量緊密相關。我國已經成為世界產鋼大國,2006年中國生產鋼已達4.1億t,其中鋼結構的產量高達1.4億t,能源、交通、冶金、機械、化工、電力、建筑及基礎設施建設等領域的鋼結構產業已成為國民經濟建設的支柱。我國輕鋼鋼結構、空間鋼結構、高層鋼結構、橋梁鋼結構和住宅鋼結構等產業與民用建筑,如雨后春筍般涌現,遍布全國。

      與此同時,建筑鋼結構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型鋼翼板厚度達到125mm(ASTMA913Gr60),國家運動場(鳥巢)工程用鋼最大板厚達110mm(Q460E-Z35),大量鋼結構工程采用厚鋼板,促進了厚鋼板焊接技術的發展,同時也豐富了建筑用鋼的范圍。

      厚板焊接

      厚板、超厚板焊接時填充焊材熔敷金屬量大,焊接時間長,熱輸進總量高,構件施焊時焊縫拘束度高、焊接殘余應力大,焊后應力和變形大。焊接施焊過程中,易產生熱裂紋與冷裂紋。

      厚板在焊接前,鋼板的板溫較低,在開始焊時,電弧的溫度高達1250~1300℃,厚板在板溫冷熱驟變的情況下,溫度分布不均勻,使得焊縫熱影響區輕易產生淬硬——馬氏體組織,焊縫金屬變脆,產生冷裂紋的傾向增大,為避免此類情況發生,厚板焊前必須進行加熱。

      在實際生產制造過程中,應對焊接過程進行控制,以防止焊接裂紋的產生。

      1. 定位焊:定位焊是厚板施工過程中最輕易出現題目的部位。由于厚板在定位焊時,定位焊處的溫度被四周的“冷卻介質”很快冷卻,造成局部過大的應力集中,引起裂紋的產生,對材質造成損壞。解決的措施是厚板在定位焊時,進步預加熱溫度,加大定位焊縫長度和焊腳尺寸。

      2. 多層多道焊:在厚板焊接過程中,堅持的一個重要的工藝原則是多層多道焊,嚴禁擺寬道。這是由于厚板焊縫的坡口較大,單道焊縫無法填滿截面內的坡口,擺寬道焊接造成的結果是,母材對焊縫拘束應力大,焊縫強度相對較弱,輕易引起焊縫開裂或延遲裂紋的發生。而多層多道焊有利的一面是:前一道焊縫對后一道焊縫來說是一個“預熱”的過程;后一道焊縫對前一道焊縫相當于一個“后熱處理”的過程,有效地改善了焊接過程中應力分布狀態,利于保證焊接質量。

      3. 焊接過程中的檢查:厚板焊接不同于中薄板,需要幾個小時乃至幾十小時才能施焊完成一個構件,因此加強對焊接過程的中間檢查,顯得尤為重要,便于及時發現題目,中間檢查不能使施工停止,而是邊施工、邊檢查。如在清渣過程中,認真檢查是否有裂紋發生。及時發現,及時處理。

      4. 厚板對接焊后,應立即將焊縫及其兩側各100~150mm范圍內的局部母材進行加熱,加熱時采用紅外線電加熱板進行。加熱溫度到250~350℃后用石棉展蓋進行保溫,保溫2~6h后空冷。這樣的后熱處理可使因焊前清潔工作不當或焊劑烘焙不當而滲透熔池的擴散氫迅速逸出,防止焊縫及熱影響區內出現氫致裂紋。

      厚鋼的超聲波檢測應在焊后48h或更長時間進行。如進度答應,也可在構件出廠前再次進行檢測,確保構件合格,以免延遲裂紋對工件的破壞。

      厚板焊接變形與焊接應力的控制

      在焊接過程中,厚板對接焊后的變形主要是角變形。實際生產中,為控制變形,往往先焊正面的一部分焊道,翻轉工件,碳刨清根后焊反面的焊道,再翻轉工件,這樣如此往復。一般來說,每次翻身焊接三至五道后即可翻身,直至焊滿正面的各道焊縫。同時在施焊時要隨時觀察其角變形情況,留意隨時預備翻身焊接,以盡可能地減少焊接變形及焊縫內應力。另外,設置胎模夾具,對構件進行約束來控制變形,此類方法一般適用于異形厚板結構,由于厚板異形結構造型奇異、斷面、截面尺寸各異,在自由狀態下,尺寸精度難以保證,這就需要根據構件的外形,制作胎模夾具,將構件處于固定的狀態下進行裝配、定位、焊接,進而來控制焊接變形。

      選擇與控制公道的焊接順序,即是防止焊接應力的有效措施,亦是防止焊接變形的最有效的方法之一。根據不同的焊接方法,制定不同的焊接順序,埋弧焊一般采用逆向法、退步法;CO2氣體保護焊及手工焊采用對稱法、分散均勻法;編制公道的焊接順序的方針是“分散、對稱、均勻、減小拘束度”。

      構件焊接時產生瞬時應力,焊后產生殘余應力,并同時產生殘余變形,這是客觀規律。一般在制作過程中重視的是控制變形,往往采取措施來增大被焊構件的剛性,以求減小變形,而忽略與此同時所增加的瞬時應力與焊接殘余應力。對于剛性大、板材厚的構件,固然殘余變形相對較小,但會產生巨大的拉應力,甚至導致裂紋。在未產生裂紋的情況下,殘余應力在結構受載時內力均勻化的過程中往往導致構件失穩、變形甚至破壞。因此焊接應力的控制與消除構件在制作過程中顯得十分重要。

      控制應力的目標是降低應力的峰值并使其均勻分布。

      在焊接較多的組裝條件下,應根據構件外形和焊縫的布置,采取先焊收縮量較大的焊縫,后焊收縮量較小的焊縫;先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫,后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則。

      在焊接過程中為了減少焊接熱輸進流失過快,避免焊縫在結晶過程中產生裂紋,當板厚達到一定厚度時,焊前應進行預熱,對焊縫周邊一定范圍內進行加熱,加熱溫度視板厚及母材碳當量(CE)而定。

      當構件上某一條焊縫經預熱施焊時,構件焊縫區域溫度非常高,伴隨著焊縫施焊的進展,該區域內必定產生熱脹冷縮的現象,而該區域僅占構件截面中很小一部分,此外的部分母材均處于冷卻(常溫)狀態,由此對焊接區域產生巨大的剛性拘束,造成很大應力,甚至產生裂紋。若此時在焊縫區域的對稱部位進行加熱,溫度略高于預熱溫度,且加熱溫度始終伴隨著焊接全程,則上述應力狀況會大為減小,構件變形亦會大大改觀。

      固然采取一定措施可控制焊接應力,但是大多數厚板構件焊完后仍然存在相當大的應力,需在構件完工后在其焊縫背部或焊縫二側進行烘烤以消除殘余應力。

      我國建筑鋼結構的焊接技術已有了長足進步和發展,在物理、化學、冶金、材料、電子、計算機、自動控制等學科迅猛發展的今天,隨著新技術、新材料、新設備、新工藝的不斷涌現,我國建筑鋼結構制造與安裝焊接技術,必將得到更快更好的發展。新型技術如:新型數字化智能化弧焊逆變電源,激光焊接與切割,超高壓電子束焊接,焊接機器人系統,鋼結構生產的4C控制技術,即計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助加工(CAM)、計算機輔助檢測(CAT)、計算機輔助評價(CAE)等將逐步涉足建筑鋼結構領域,使建筑鋼結構的焊接技術水平提升到一個新的層次。返回搜狐,查看更多


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