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新技術在鋼結構焊接中的應用（三）

作者：鋼結構網    
時間：2009-12-23 10:01:40 [收藏]

    新技術在鋼結構焊接中的應用

    3 低合金高強鋼焊接技術

    　　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，經過兩年的發展，目前，國內已有數個鋼結構工程使用高強鋼，如國家體育場（鳥巢）使用國產Q460E-Z35鋼，最大板厚110mm，國家游泳中心（水立方）工程使用國產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，帶動了高強鋼焊接技術的發展。

    　　（1） 建筑鋼結構用高強鋼獲得良好性能的途徑：

    　　①合金強化：通過微合金元素的細晶強化、析出強化，提高鋼板的強度和韌性；通過正火細化晶粒、均勻組織，進一步提高鋼板的塑性和韌性。國產高強鋼（中厚板）主要是通過這種方法制造的；

    ②組織強化（如淬火+回火）：軋后加熱溫度超過相變重結晶溫度30～50℃，經水冷后生成的淬火過飽和固溶體為不穩定組織，強度和硬度都很高。隨后進行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，也稱為調質處理。

    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。其強度高同時焊接性好。

    　　（2） 高強鋼用焊材選配原則

    　　①強匹配，強節點弱桿件：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；

    　　②兼顧焊縫塑性：厚板焊接時按厚度效應后的強度選配焊材，節點拘束度大時可在1/4板厚以下配用低強焊材；

    　　③滿足沖擊韌性要求：必須重點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。

    　　（3） 高強鋼焊接性評價方法

    ①碳當量計算評定法；

    ②熱影響區最高硬度試驗評定法；

    ③插銷試驗臨界斷裂應力評定法。

    （4） 最低預熱溫度確定方法

    　　①裂紋試驗控制：根據斜Y坡口試樣抗裂試驗確定最低預熱溫度；

    　　②硬度控制：根據一定碳當量的鋼材，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）查表確定焊接線能量；
    　　③根據裂紋敏感指數、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、冷卻時間T8/5和鋼材的特定曲線圖確定最低預熱溫度

    　　（5） 焊接質量控制

    　　①控制熱輸入與冷卻速度：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間（t8/5）（預熱、后熱）；

    　　②控制焊縫中碳/硫/磷/氮/氫/氧含量：選用優質堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護熔池金屬（短弧、限制擺動、傾角穩定）；

    　　③應力與變形控制：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；長焊縫應分段退焊或多人同時施焊；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，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，制定合理的焊接工藝，以指導實際焊接生產，如國家體育場工程應用的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，因此在焊接時應嚴格控制層間溫度和焊接線能量，防止接頭出現弱化現象。

    　　4 厚板焊接技術

    　　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125毫米（ASTMA913Gr60），國家體育場（鳥巢）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，促進了厚鋼板焊接技術的發展，同時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。

    　　厚鋼板焊接的關鍵是防止由于焊接而產生的裂紋和減少變形，應采取以下措施：

    　　①選用合理的坡口形式，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對稱施焊，科學安排焊接順序；

    ④做好后熱及保溫處理。

    （未完）


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