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國家體育場鋼結(jié)構(gòu)埋設(shè)件壓力埋弧焊新工藝的開發(fā)與應(yīng)用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    孫煉彬 蘆廣平 李海斌
    （北京城建精工鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司）
    摘要：在埋設(shè)件鋼筋T型接頭的焊接方法中，通常采用壓力埋弧焊技術(shù)，目前沒有專用的壓力埋弧焊機(jī)，用螺柱焊機(jī)取代壓力埋弧焊接設(shè)備，是我們工作的基本思路。實(shí)踐中我們對螺柱焊機(jī)進(jìn)行了改造，同時(shí)對焊接工藝進(jìn)行了研究和開發(fā)，并且成功的把此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于國家體育場的結(jié)構(gòu)埋設(shè)件制作上，保證了焊接質(zhì)量和工期。
    關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)埋設(shè)件 焊機(jī)改造 焊接工藝 金相分析 工藝參數(shù)


    1．工程簡介
    國家體育場位于北京市成府路南側(cè)，奧林匹克公園中心區(qū)內(nèi)，是北京2008年奧運(yùn)會(huì)的主體育場。主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射形布置，與屋面及立面的次結(jié)構(gòu)一起形成了"鳥巢"的特殊建筑造型。大跨度屋蓋支撐在周邊的24根桁架柱之上。在主桁架柱之間有不規(guī)則分布的次結(jié)構(gòu)柱，主桁架柱與次結(jié)構(gòu)柱下部埋設(shè)件共有568個(gè),焊接接頭約有12000個(gè)，由于工作量大，焊接環(huán)境狹小，出于保證焊接質(zhì)量和工期的要求，設(shè)計(jì)院規(guī)定：柱子埋設(shè)件在鋼筋與地腳板和鋼錨板之間采用壓力埋弧焊焊接，實(shí)現(xiàn)鋼筋全截面焊接。為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在保證質(zhì)量的前提下加速工程進(jìn)展，決定改造螺柱焊機(jī)，并研究開發(fā)一種新的焊接工藝。
    1.1 鋼結(jié)構(gòu)埋設(shè)件圖如下所示：

    1.2 鋼板材料全部為Q345B，鋼筋為HRB400級鋼筋。

    2．焊機(jī)改造
    由于普通鋼筋沒有鋁制引弧結(jié)并且瓷套保護(hù)套只適用于較小直徑（≤12mm）栓釘，所以不能直接用于鋼筋的焊接，同時(shí)也不滿足設(shè)計(jì)要求。為此做了以下改造。


    3．焊接工藝評定
    根據(jù)JGJ81-2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定對本次工藝評定作如下設(shè)計(jì)：
    3.1 焊接工序設(shè)計(jì)
    　　鋼筋下料→鋼筋端口打磨及倒角→鋼板定位→焊機(jī)電壓及電流的調(diào)整→鋼筋上槍→調(diào)整鋼筋伸出長度→調(diào)整提升高度→中心對正→焊劑填充→焊接→空冷→焊渣清除→力學(xué)實(shí)驗(yàn)（與母材等強(qiáng)為合格）
    3.2 焊接工藝參數(shù)的選擇
    　?。?） 焊接材料的選用
    由于是Q345B鋼板與HRB400的鋼筋對焊，要求焊縫的抗裂良好，同時(shí)考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強(qiáng)的原則，選用堿性焊劑CHF101。
    CHF101是氟堿型燒結(jié)焊劑，堿度約1.8，呈球形顆粒，粒度10-60目，具有優(yōu)良的焊接工藝性能，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫具有成型美觀，脫渣容易，焊縫具有較高的低溫沖擊韌性，可交流直流兩用。
    (2)焊接方法：
    本焊接工藝參數(shù)主要為：電流、通電時(shí)間、鋼筋伸出長度及提升高度。根據(jù)鋼筋的直徑不同以及被焊鋼材表面狀況選定不同的工藝參數(shù)。焊機(jī)進(jìn)線為鋼芯不得小于25?2,長度小于100m，長度大于100m應(yīng)用35?2，φ20的鋼筋選用以下焊接工藝參數(shù)。

    焊后平均縮短約9.4mm。

    焊接過程結(jié)束，維持4秒以上時(shí)間等待焊縫成型后方可打開焊劑盒，將T型螺紋釘?shù)腻^板移出焊槍夾持部位后方可打開焊劑盒，移開焊槍，回收焊劑（清理焊渣）待下次重復(fù)使用。整個(gè)焊接過程約2分鐘。
    4．拉伸實(shí)驗(yàn)


    根據(jù)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，達(dá)到與母材等強(qiáng)。
    5．焊縫宏觀金相、金相組織分析
    為了近一步證實(shí)我們試驗(yàn)的可靠性，進(jìn)行了宏觀和微觀金相。

    5.1 宏觀金相：
    采取與焊接方向垂直的截面為試驗(yàn)面，將該試面冷加工磨削后，再手工精磨拋光，用硝酸水溶液腐蝕，經(jīng)過觀察焊縫與鋼板之間無缺陷。

    5.2 微觀金相組織：
    （1）焊縫區(qū):大多為粒狀貝氏體和針狀鐵鐵素體交叉混合分布，還有部分方向性分布的粒狀貝氏體和少量側(cè)板貝氏體，所有的粒狀貝氏體中的島狀相和側(cè)板條貝氏體多數(shù)已分解。

    （2）鋼筋側(cè)熱影響區(qū)
    精晶區(qū)：晶內(nèi)多數(shù)為粒狀貝氏體和針狀鐵素體交叉混合分布，還有一些自晶界向晶內(nèi)生長分布的粒狀貝氏體和側(cè)板條貝氏體。粒狀貝氏體中的島狀相和側(cè)板條貝氏體大多都已分解。

    細(xì)晶區(qū)：組織沒有根本變化，只是晶粒明顯小于粗晶區(qū)。
    不完全重結(jié)晶區(qū)：鐵素體、珠光體及少量保留有方向性粒狀貝體和側(cè)板條貝氏體的形貌組織，粒貝和側(cè)板條貝氏體形貌的組織基本全部分解。
    （3）鋼板側(cè)熱影響區(qū)
    粗晶區(qū)：晶內(nèi)多數(shù)為方向性分布的粒狀貝氏體和側(cè)板條貝氏體，還有一些粒狀貝氏體、針狀鐵素體交叉混合分布的組織；粒貝中的島狀相部分已分解。

    細(xì)晶區(qū)：晶粒明顯細(xì)化，組織為鐵素體、珠光體和仍保持方向分布的粒狀貝氏體，粒貝中島狀相已全部分解。
    不完全重結(jié)晶區(qū)：多數(shù)為鐵素體和珠光體組織呈帶狀分布，還殘留有方向性粒狀貝氏體形貌的組織，其中島狀相全部分解。
    6．工程應(yīng)用：
    根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，我們對焊接工藝進(jìn)行了總結(jié)。

    國家體育場有500多個(gè)埋設(shè)件1萬多接頭全部按此焊接工藝進(jìn)行指導(dǎo)焊接，施工過程中對T型接頭進(jìn)行抽檢40多件，全部試驗(yàn)合格。目前國家體育場鋼結(jié)構(gòu)柱已經(jīng)全部安裝完畢，每根柱重量達(dá)700多噸，沒有發(fā)生因埋設(shè)件焊接質(zhì)量而引起柱子安裝變形。
    7．結(jié)束語
    國家體育場埋設(shè)件壓力埋弧焊速度快質(zhì)量好說明了我們改造后的焊機(jī)和工藝是可靠的，經(jīng)過本工程的驗(yàn)證，此焊接工藝能夠保證T型焊的焊接質(zhì)量而且工藝簡單易操作，焊接速度快，適宜推廣應(yīng)用。后續(xù)工程大量埋設(shè)件將采用這項(xiàng)技術(shù)，建議生產(chǎn)廠家根據(jù)這次設(shè)備改造的經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)出定型產(chǎn)品，以此來進(jìn)一步推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)埋設(shè)件壓力埋弧焊新工藝。
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