廣州鋼結構中厚板的焊接技術(shù)
廣州鋼結構訊：從20世紀80年代以來(lái)，中國建筑鋼結構得到了空前的發(fā)展，建筑鋼結構在國民經(jīng)濟建設中占有非常重要的地位。鋼結構由于自身的諸多優(yōu)點(diǎn)，包括自重輕、建設周期短、適應性強、造型美觀(guān)、維護方便等，其應用越來(lái)越廣泛。鋼結構的發(fā)展與鋼產(chǎn)量緊密相關(guān)。我國已經(jīng)成為世界產(chǎn)鋼大國，2006年中國生產(chǎn)鋼已達4.1億t，其中鋼結構的產(chǎn)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(lǐng)域的鋼結構產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟建設的支柱。我國鋼鋼結構、空間鋼結構、高層鋼結構、橋梁鋼結構和住宅鋼結構等產(chǎn)業(yè)與民用建筑，如雨后春筍般涌現，遍布全國。
與此同時(shí)，建筑鋼結構中厚鋼板得到越來(lái)越大量的使用，如北京新保利大廈項目使用的軋制H型鋼翼板厚度達到125mm（ASTMA913Gr60），國家運動(dòng)場(chǎng)（鳥(niǎo)巢）項目用鋼最大板厚達110mm（Q460E-Z35），大量鋼結構項目采用厚鋼板，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。
厚板焊接
厚板、超厚板焊接時(shí)填充焊材熔敷金屬量大，焊接時(shí)間長(cháng)，熱輸進(jìn)總量高，構件施焊時(shí)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(guò)程中，易產(chǎn)生熱裂紋與冷裂紋。
厚板在焊接前，鋼板的板溫較低，在開(kāi)始焊時(shí)，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(chǎn)生淬硬——馬氏體組織，焊縫金屬變脆，產(chǎn)生冷裂紋的傾向增大，為避免此類(lèi)情況發(fā)生，厚板焊前必須進(jìn)行加熱。
在實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程中，應對焊接過(guò)程進(jìn)行控制，以防止焊接裂紋的產(chǎn)生。
1. 定位焊：定位焊是厚板施工過(guò)程中最輕易出現題目的部位。由于厚板在定位焊時(shí)，定位焊處的溫度被四周的“冷卻介質(zhì)”很快冷卻，造成局部過(guò)大的應力集中，引起裂紋的產(chǎn)生，對材質(zhì)造成損壞。解決的措施是厚板在定位焊時(shí)，進(jìn)步預加熱溫度，加大定位焊縫長(cháng)度和焊腳尺寸。
2. 多層多道焊：在厚板焊接過(guò)程中，堅持的一個(gè)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(wú)法填滿(mǎn)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(kāi)裂或延遲裂紋的發(fā)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(lái)說(shuō)是一個(gè)“預熱”的過(guò)程；后一道焊縫對前一道焊縫相當于一個(gè)“后熱處理”的過(guò)程，有效地改善了焊接過(guò)程中應力分布狀態(tài)，利于保證焊接質(zhì)量。
3. 焊接過(guò)程中的檢查：厚板焊接不同于中薄板，需要幾個(gè)小時(shí)乃至幾十小時(shí)才能施焊完成一個(gè)構件，因此加強對焊接過(guò)程的中間檢查，顯得尤為重要，便于及時(shí)發(fā)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(guò)程中，認真檢查是否有裂紋發(fā)生。及時(shí)發(fā)現，及時(shí)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(jìn)行加熱，加熱時(shí)采用紅外線(xiàn)電加熱板進(jìn)行。加熱溫度到250～350℃后用石棉展蓋進(jìn)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(cháng)時(shí)間進(jìn)行。如進(jìn)度答應，也可在構件出廠(chǎng)前再次進(jìn)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(guò)程中，厚板對接焊后的變形主要是角變形。實(shí)際生產(chǎn)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(lái)說(shuō)，每次翻身焊接三至五道后即可翻身，直至焊滿(mǎn)正面的各道焊縫。同時(shí)在施焊時(shí)要隨時(shí)觀(guān)察其角變形情況，留意隨時(shí)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(jìn)行約束來(lái)控制變形，此類(lèi)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(tài)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(tài)下進(jìn)行裝配、定位、焊接，進(jìn)而來(lái)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(chēng)法、分散均勻法；編制公道的焊接順序的方針是“分散、對稱(chēng)、均勻、減小拘束度”。
構件焊接時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)應力，焊后產(chǎn)生殘余應力，并同時(shí)產(chǎn)生殘余變形，這是客觀(guān)規律。一般在制作過(guò)程中重視的是控制變形，往往采取措施來(lái)增大被焊構件的剛性，以求減小變形，而忽略與此同時(shí)所增加的瞬時(shí)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(huì )產(chǎn)生巨大的拉應力，甚至導致裂紋。在未產(chǎn)生裂紋的情況下，殘余應力在結構受載時(shí)內力均勻化的過(guò)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(guò)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(guò)程中為了減少焊接熱輸進(jìn)流失過(guò)快，避免焊縫在結晶過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，當板厚達到一定厚度時(shí)，焊前應進(jìn)行預熱，對焊縫周邊一定范圍內進(jìn)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(jīng)預熱施焊時(shí)，構件焊縫區域溫度非常高，伴隨著(zhù)焊縫施焊的進(jìn)展，該區域內必定產(chǎn)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(tài)，由此對焊接區域產(chǎn)生巨大的剛性拘束，造成很大應力，甚至產(chǎn)生裂紋。若此時(shí)在焊縫區域的對稱(chēng)部位進(jìn)行加熱，溫度略高于預熱溫度，且加熱溫度始終伴隨著(zhù)焊接全程，則上述應力狀況會(huì )大為減小，構件變形亦會(huì )大大改觀(guān)。
廣州鋼結構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(jìn)行烘烤以消除殘余應力。
我國建筑鋼結構的焊接技術(shù)已有了長(cháng)足進(jìn)步和發(fā)展，在物理、化學(xué)、冶金、材料、電子、計算機、自動(dòng)控制等學(xué)科迅猛發(fā)展的今天，隨著(zhù)新技術(shù)、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(shù)，必將得到更快更好的發(fā)展。新型技術(shù)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(chǎn)的4C控制技術(shù)，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(jià)（CAE）等將逐步涉足建筑鋼結構領(lǐng)域，使建筑鋼結構的焊接技術(shù)水平提升到一個(gè)新的層次。
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