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焊接技术

建筑钢结构焊接的若干问题

时间:2020-01-06 21:37:18   作者:Jack.L   来源:   阅读:64   评论:0
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)EN10293,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

建筑钢结构焊接的若干问题


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%,最大厚度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

建筑钢结构焊接的若干问题


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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