建筑钢结构焊接的若干问题
http://www.weld21.com 2017-01-11 13:56 来源:焊接之家

1.新型钢结构材料

  由于钢铁材料技术的发展,目前建筑钢结构用钢向超洁净度、高均匀性的细晶钢方向发展。对建筑钢结构常用的中厚板而言,细晶钢一般指钢材晶粒尺寸为5~10μm,此时钢材强度翻一番,塑性良好,屈强比≤0.8。
  就焊接而言,细晶钢与普通低合金高强度钢比较,由于强化机理的改进,钢材焊接的碳当量降低,焊接性能较好,但是细晶钢经焊接热循环作用后,焊接热影响区会发生明显的晶粒长大倾向,长大程度随焊接热输入增长而迅速增长。
  从焊接工艺角度出发,低焊接热输入能降低HAZ 的高温停留时间,减小晶粒长大的程度. 相同焊接热输入条件下,能量越集中,温度梯度越大,对晶粒长大的阻碍也越大,应该据此选择合适的焊接方法及工艺参数。
  此外伴随大型、异形建筑钢结构的不断出现,铸钢在复杂的交汇节点上具有明显的优点,而得到应用。
  目前国内铸造接点常用的牌号是;铸钢GS-20Mn5(DIN7182) EN 10293,其碳当量CEIIW=0.597%,常用热处理状态为;正火。由于其碳当量较高、铸态组织晶粒粗大、杂质(S、P)分布不均匀,但S、P含量较低(甚至低于B/T1591-1994 低合金高强度结构钢),因此综合焊接性虽然较差。但优于相应国产牌号铸钢(ZG275-485H)的焊接性能。

2.钢结构材料焊接性评定

  由于焊接是建筑钢结构制造主要方法,因此采用新钢种常常需要应用“钢材焊接性”评定方法,此时应注意现有评定方法的适用范围。目前在有关标准与设计规范如;GB/T19879-2005《建筑结构用钢板》,JGJ81-2002 《建筑钢结构焊接技术规程》中, 规定仍按CEIIW作为钢材的判据似已不尽适宜。相对而言,焊接冷裂纹敏感指数Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%),该公式适用钢材含碳量W(C)范围为0.07%~0.22%,则在相应范围内仍有适用性。

3.低温焊接技术

  建筑钢结构焊接中的“低温焊接技术”是行业用语,其确切含义应该是;“低环境温度下的焊接”,一般产生于北方冬季的现场安装。
  主要需要解决二个问题:
  1)工件初始温度低,
  2)必要的工人及设备操作环境条件。
  提高工件初始温度可以采用预热的方法,对于体量较大的建筑钢结构一般采用局部加热的方式,如;移动式电加热装置、气体火焰加热,这些在国内焊接领域已有几十年的成熟应用经验。电加热预热;具有温度均匀、控制方便、准确、安全等优点,比较适合于规则的表面及近于水平的位置,气体火焰加热;则在空间各个位置设置灵活、方便,但均匀度较差。
  实际上,国内外的焊接规范对焊接的环境温度一般并不作出强制性规定,在常温条件下所作的焊接工艺评定原则上都可适用,在实际焊接时可适当增加预热温度和加大预热区域并及时后热。

4. 厚钢板焊接技术

  大型建筑钢结构中,厚钢板得到大量的使用。在工厂制作中根据材料、结构、接头形式、接头要求等已有多种成熟的焊接方法可以选择,如;埋弧焊(SAW)、气电焊(EGW)、电渣焊(ESW)等等;
  对于大型建筑钢结构的现场焊接方法,可分两方面;
  1)人工操作;采用焊条电弧焊(SMAW);实芯焊丝熔化极气体保护焊(GMAW);药芯焊丝熔化极气体保护焊(FCAW-G)。
  大型建筑钢结构厚钢板现场人工焊接有以下特点;高空、室外操作、全位置焊接、焊接的工作量较大、焊工体能要求高。
  人工焊接的方法中;因为焊条电弧焊具有操作灵活、易于控制熔合比、易于深入厚板坡口、抗风强等优点,采用较为普遍。
  但熔化极气体保护焊(GMAW、FCAW-G)效率高,应于优先采用。仰焊时目前因飞溅等原因,行业内仍以焊条电弧焊(SMAW)为主,实际上,由于数字化焊机的出现,如;脉冲实芯焊丝熔化极气体保护焊实现一脉一滴的射滴过渡方式,冷金属过渡(CMT)等焊接工艺方式进行焊接,飞溅几乎没有,完全可以推广使用。
  2)机器操作;采用移动式机器人。
  采用移动式机器人能提高生产率、提高焊接品质并使其均一化、降低焊工技能的要求。但是现场焊接时由于受到接头形式、装配质量、空间位置等的影响,移动式机器人还不十分成熟,有待于进一步完善。

5. 异种钢的焊接技术

  由于建筑钢结构材料的多样化,焊接时会出现不同种类钢相焊接的情况。异种钢的焊接性主要取决于两种材料的化学成分、金相组织、物理性能、力学性能等,两种材料的这种差异越大,焊接性越差。
  建筑钢结构所用不同种类的钢材(包括铸钢),基本上都属于珠光体类的碳素钢,其化学成分、金相组织、物理性能比较接近,相互焊接的性能较好,一般只须遵循;焊接材料按强度较低的钢材选择,如果需要预热,则按强度较高的钢材焊接预热温度选择,就可以得到满意的效果。
  铸钢接点材质为GS-20Mn5N其CEIIW=0.597%,其焊接性能虽然较差,但与建筑钢结构用钢材焊接并非十分困难。机械行业仅一个单位从80年代开始焊接耐热铸钢GS-17CrMoV511,其碳当量高达0.96%,****厚度250mm,工艺评定(SEW110)试板厚度100mm,其本身及与异种钢的焊接的累计质量至今已达到千吨数量级。

6. 焊接自动化

  由于焊接自动化能稳定和提高焊接质量、提高劳动生产率、改善工人劳动强度、可在有害环境下工作、降低了对工人操作技术的要求、缩短了产品改型换代的准备周期,减少相应的设备投资。建筑钢结构焊接实现自动化是必然趋势,而采用焊接机器人则是自动化的主要发展方向。
  焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。
  焊接机器人的组成 ;主要包括机器人和焊接设备两部分。
机器人由机器人本体和控制柜(硬件及软件)组成。而焊接装备,以MIG焊为例,则由焊接电源,(包括其控制系统)、送丝机、焊枪等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统,如激光或摄像传感器及其控制装置等。
  建筑钢结构用焊接机器人按结构形式可分两大类;固定式焊接机器人(大型门式焊接机器人、多关节焊接机器人等),移动式机器人。前者适于工厂制作,后者主要应用于安装现场。

7. 单面焊全焊透技术

  建筑钢结构部分焊接接头因无法两面施焊或者为了提高效率等原因,要求从一面焊接得到全焊透的焊缝,其分为带熔化垫板和单面焊双面成形两类,建筑钢结构焊缝中前者应用较多。
  带熔化垫板的单面焊全焊透技术比较简单,只要注意垫板材质、适当的尺寸、及装配质量,便可以得到满意的全焊透的焊缝。
  单面焊双面成形技术又分有、无衬垫两大类。
  1)单面焊双面成形(无衬垫)技术;核心是坡口根部的打底焊道,必须熔透并成型良好。要实现这一要求除了坡口准备、装配质量等要严格控制外,重点是焊工要掌握在全位置(平、横、立、仰)焊接的操作技能。当然新的焊接方法、设备、材料亦在降低焊工的操作难度,如打底焊条、脉冲熔化极气体保护焊的出现,都降低了焊接难度。
  2)单面焊双面成形(有衬垫)技术
  单面焊双面成形(有衬垫)技术是在坡口背面放置衬垫的焊接方法。按衬垫种类分: 热固化焊剂衬垫(RF),铜衬垫(FCB),焊剂石棉衬垫 ( FAB),陶瓷衬垫,玻璃纤维及石英砂衬垫等。有衬垫的焊接,施焊方便, 背面成型良好, 焊接质量稳定、可靠,可使用较大的根部间隙和较强的焊接规范,背面无需清根, 大型工件不需翻身, 大大提高了生产效率, 而且焊缝根部质量也容易得到保证。部分方法的衬垫长度可任意接长、剪短, 尤其适合于现场安装焊缝, 因此近年来在一些钢结构工程尤其是桥梁工程有所应用,并局部取代了钢制熔化垫板。


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