高强度钢现场焊接工艺研究及应用

高强度钢现场焊接工艺研究及应用

广东安恒铁塔钢构有限公司

摘要:本文研究了某博物馆钢结构的焊接。从多个方面介绍了高强度钢Q420C的现场焊接工艺,通过实践及效果分析,总结出了Q420C现场焊接工艺的特点,为以后高强度钢的应用提供质量保障。

关键词:焊接工艺;Q420C钢;高强度钢;钢结构

最近,高强度钢引起了许多行业的高度关注,今后材料业将大力发展高强钢。张之洞博物馆的主体结构采用了全钢结构形式。而它的大部分钢材都使用了高强度钢Q420C。它的建筑造型非常复杂,通过焊接连接和栓焊连接进行构件连接,对现场焊接的要求极高。但是Q420C钢具有较高的碳当量,淬硬倾向严重,并且需要高空焊接,导致较大难度的质量控制。针对这些问题,本文分析并总结了Q420C高强钢的焊接工艺。

1选择合适的焊接材料及方法

在高强度钢Q420C中,存在合金元素,导致冲击韧性降低、焊接应力大等问题和未焊透、焊接裂纹等缺陷容易产生,从而影响了焊接质量,因此选择合适的焊接材料和工艺变得非常关键。

1.1分析Q420C高强度钢的焊接特点

焊后,Q420C钢在冷却时,淬火组织易在热影响区形成,增加了硬度,塑性变差,导致冷裂纹形成,比如高约束度接头进行焊接时,使用高热输入焊接法时,热裂缝也会出现。所以,要选用合适的焊接材料,在力学强度上,焊缝必须与母材相匹配,且应使用碱性焊材。同时,需要选择合适的焊接顺序和工艺参数。

1.2钢材性能和焊材

Q420C钢的化学成分如表1所示,它的力学性能如表2所示。

1.3确定焊接材料及方法

针对钢结构现场焊接中,要求全熔透焊和较厚的钢板等问题,总结出如下的现场焊接方法:(1)选用Ф1.0mm、ER50-6的焊丝和CO2气体保护焊;(2)采用E5015(J507)规格Ф4.5mm的焊条,进行手工焊。

2评定Q420C钢焊接工艺

依照有关规定,进行母材、焊机种类、焊材强度、焊接极性的匹配。把操作手法的加强作为重点,通过现场施工环境的模拟,对焊接工艺进行了评定,从而确定出了工艺技术措施和流程。通过反复实验和多次研究分析,总结出了CO2保护焊在常规条件下的焊接参数,如表3所示。

3焊接工艺

在本工程中的现场焊接主要包括以下三种连接方式:箱型柱对接,箱型梁和箱型柱的连接,工字型梁与箱型柱的连接。1200mm×600mm为箱型梁的最大截面参数,1000mm×1000mm为箱型柱的最大截面参数,钢材具有50mm的最大板厚。主要的焊缝形式为:立焊、平焊、横焊、全位置焊接,焊缝时选用全熔透焊,即加内衬垫板型的单边坡口焊接。由于焊接具有钢板较厚,工程量较大的特点,所以焊接施工主要采用半自动焊技术,附带CO2气体保护,并辅以手工电弧焊,采用的焊接工艺参数如表4所示。

4分析焊接顺序及注意事项

本工程现场焊接主要采用是半自动的CO2保护焊,辅以手工电弧焊。进行焊接施工时,应分层次和区域,以便所有的空间单元都能进行框架系统的形成,以确保整个施工过程中的结构稳定性,以便分区校正调整的进行。焊接应该从整个框架系统结构的中心开始,框架形成后再向四周扩展。进行焊接时,首先对柱进行焊接,再对梁,并且先主梁后次梁。需要两人对称同速焊接柱子;禁止两头同时焊接梁。

在焊接过程中应注意以下方面:导电嘴和工件之间的距离在10-15mm范围内;杜绝定从位焊以外的母材上进行引弧;利用二次电流进行收弧,防止出现明显的弧坑及收弧部位的裂纹;道与道间的沟槽应在1mm以下;及时处理多层多道焊的焊道;禁止分段焊接试件。

5控制焊后变形和焊接应力

焊接时,对焊接变形和应力的控制是必不可少的。应综合控制焊接变形和应力,并且与整体钢结构都密切相关。以下介绍了相关控制措施如:

(1)在安装钢柱时,首先应对齐上下节柱的顶部中心,然后临时固定一下连接耳板,最后搭设操作平台。再进一步定位柱对接焊缝中的四条固定焊。接着,实施打底焊,在焊接中应密封垫板与坡口内母材之间的连接,随后在打底焊上进行填充焊接,焊接方向与第一层的方向应该相反,进行依此类推,通过逐道逐层焊接来填满坡口。在焊接每个焊缝后,应该使飞溅物和焊接渣完全清除掉,完成焊接厚度的1/3后,便可以割去临时连接耳板,然后进行焊接直到填满坡口。进行钢柱焊接时,两个焊工应该进行对称焊接,且其焊接速度和焊接电流必须一致。

(2)焊接钢柱时,必须跟踪测量柱的顶部坐标,以避免由于过大的焊接变形导致柱上部偏离,从而影响后续的节柱安装。如果偏差过大,请调整构件的焊接过程,确保安装上部构件的准确定位。

(3)寻找时间和空间上,均适合的焊接和吊装的顺序,尽量错开各个结构单元,对于不同构件的连接处,应进行若干定位板的安装,以防止附加变形。

(4)焊接前应预热焊件,随后应控制焊中层温。应在坡口两侧设置预热加热区域,且加热区的半径不小于100mm。预热是为了降低两侧母材和焊接区之间的温差,减少焊接压力,降低冷却速度。

(5)焊接柱与梁接头的顺序如下:首先焊接梁下翼缘板,接着为上翼缘板。不能同时焊接梁的两端,应分开焊接。腹板使用高强度螺栓进行连接,且焊接翼缘板时,应在焊接前进行栓固定。

6检验及返修工艺

焊缝无损检测和外观检验,应基于规范和图纸要求。焊接通过自检后,应签上焊工钢印编号。否则,必须返修。

(1)查出焊缝有缺陷后,应移除其两端50mm内的焊接。接着,实施补焊,采用普通焊接工艺即可,最后再进行复检。

(2)应向技术负责人及时报告焊缝裂纹,确定补修方案后,才进行处理,焊工不能擅自处理。在同一位置,返修次数不应超过两次。

7结论

环境因素会严重地影响现场焊接。本文通过焊前焊接工艺评估和对实际焊接工艺严格控制,并结合实际情况,采取一系列的相关措施,完成该工程的整个钢结构的焊接,实现了预期目标。而且,通过超声波检查所有焊缝,得出合格率已超过98%,且所有二次返修均合格,有助于Q420钢的推广和使用。

参考文献:

[1]荆瑞.高强度管线钢摩擦焊焊接接头组织性能研究[D].西安石油大学,2017.

[2]张超鹏.高强度镀锌钢板电阻点焊工艺研究[D].华南理工大学,2011.

[3]陈飞.铝—硅先进高强度钢电阻点焊焊接工艺及组织与性能研究[D].江苏科技大学,2015.

[4]丁肖.重型工程机械吊臂焊接工艺研究[D].西安工业大学,2012.

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