鑄鋼及鑄鋼節點的焊接技術:
鑄鋼節點因其具有良好的加工性能、復雜多樣的建筑造型等性能,目標在一些大跨度空間管桁架鋼結構中開始逐步推廣使用,特別是在處理復雜的交匯節點上,鑄鋼節點有著得天獨厚的優勢,然而,由于鑄鋼一般碳當量較高,雜質尤其是S、P含量難以控制,同時鑄態組織晶粒粗大,導致鑄鋼的焊接性較差,對焊接工藝的要求很高,主要是減少殘余應力,防止焊接裂紋的產生。
目前鑄鋼節點已在一些鋼結構工程中成功使用,如廣州會展中心巨型桁架鑄鋼支座,國家體育場(鳥巢)桁架柱鑄鋼節點,特別是天津經濟技術開發區雕塑,創造了鑄鋼件焊接的板厚之最,該雕塑是為天津開發區建區20周年紀念而建造的標志性建筑,是天津開發區2004年重點工程之一。設計采用雙螺旋線構成的直紋曲面板,主體標高50米,雕塑主體分為7段在現場進行拼裝,鑄鋼材質采用GS-20Mn5N(DIN7182),板厚由下至上逐漸變薄,最厚150毫米,最薄20毫米,厚度變化處漸變處理,總用鋼量達350噸,該工程在鑄鋼特種結構的設計、安裝及焊接方面形成了一整套技術新工藝,填補了國內超厚板鑄鋼結構的空白,標志著我國在鋼結構鑄鋼節點的焊接上達到了一個新的水平。
低溫焊接技術:
目前,建筑鋼結構的冬季施工越來越普遍,由于焊接作業環境對鋼結構的焊接質量影響很大,冬季負溫焊接技術對焊接質量的控制尤為重要。《建筑鋼結構焊接技術規程》(JGJ81-2002)規定:焊接作業區環境溫度低于0攝氏度時,應根據鋼材、焊材制定適當的措施;而日本建筑學會《鋼結構工程》(JASS6)規定的最低施焊溫度為零下5攝氏度。
(1)環境溫度對焊接造成的影響有以下幾點:
①焊接接頭冷卻速度增加,冷裂紋敏感性也增加;
②預熱效果變差,在低溫環境下用相同的熱源,相同的時間,不能達到應有的預熱效果;
③焊接殘余應力的作用加??;
④環境溫度對焊工的操作帶來不利的影響。
(2)低溫焊接措施:
①優選焊材:在低溫環境中,應盡量選擇低氫或超低氫焊材,對焊材嚴格執行烘焙和保溫措施;
②焊前防護:在焊接作業區域搭防護棚,使焊接區域形成相對封閉的空間,減少熱量的損失,若無條件搭設防護棚,應該采取其他有效措施對焊接區域進行防護;氣體保護焊時,焊接氣瓶也應采取相應措施進行保溫;
③預熱與層間溫度:低溫環境下的預熱溫度應稍高于常溫下的焊接預熱溫度,加熱區域為構件焊接區各方向大于或等于二倍鋼板厚度且不小于100毫米范圍內的母材,焊接層間溫度不低于預熱溫度或標準(JGJ81-2002)規定的最低溫度20℃(兩者取高值);
④加大定位焊時的熱輸入:適當加大定位焊的熱輸入,增大焊縫截面和長度,并采用與正式焊接相同的預熱條件,不在坡口以外的母材上打弧,熄弧時弧坑一定要填滿,可以有效減少由于定位焊接引起的收縮裂紋;
⑤采用合理的焊接工藝:盡量使用窄擺幅,多層多道焊,嚴格控制層間溫度;
⑥焊接后熱及保溫:焊接后及時對焊接接頭進行后熱保溫處理,可以有效控制t8/5,利于擴散氫氣的逸出,防止由于冷速過快而引起的冷裂紋,同時適當的后熱溫度,還可以適當降低預熱溫度。
總之,鋼結構低溫焊接施工前,一定要根據實際情況做好焊接工藝評定試驗,必要時還要針對具體鋼種進行低溫焊接性試驗,作出適合的焊接工藝指導書以指導實際焊接。在低溫環境下,對焊工操作的不良影響也應給予足夠重視,一般環境溫度不宜低于-15℃。
近年來,低溫焊接技術在國內尤其是北方建筑鋼結構中得到廣泛應用,從普通低碳(Q235)到低合金高強鋼(如Q345,Q420)都有應用,也積累了相當豐富的經驗,極大豐富了我國鋼結構的焊接技術。