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居然大廈鑄鋼件焊接施工

作者:湯 飛 等    
時間:2009-12-22 20:26:03 [收藏]
居然大廈鋼結(jié)構(gòu)工程玻璃房子所有鉸接節(jié)點都采用鑄鋼件,鑒于強度要求,采用歐盟標準材料作為鑄鋼件的母材。本文著重介紹了鑄鋼件焊接工藝、環(huán)境控制,焊接技術(shù)、質(zhì)量要求。
    關(guān)鍵詞:鉸接節(jié)點 鑄鋼件 焊接工藝

    一、工程概況
    本工程位于北京市東城區(qū)海運倉危改區(qū)B3區(qū),總建筑面積59187m²,其中地上建筑面積40767 m²,地下建筑面積18420 m²;由鋼框架—砼筒體混合主結(jié)構(gòu)、玻璃房子、懸挑雨篷組成;結(jié)構(gòu)用鋼材等級為Q345;玻璃房子由9更鋼結(jié)構(gòu)變截面圓管柱與箱形梁組成承重體系,圓管柱與基礎(chǔ)、箱形梁連接節(jié)點將外露大廳,為保證安全,張顯建筑氣質(zhì),所有節(jié)點結(jié)采用鑄鋼件鉸接;歐盟標準Din En 10293中G20Mn5作為鑄鋼件母材;非加工外表面粗糙度應(yīng)達到(參照GB6060.1-85標準中樣塊)Ra≤25μm,允許打磨、噴砂或噴丸處理。


    焊接用途的鑄鋼件材料可按GB/T 7659焊接結(jié)構(gòu)用鑄造碳鋼件標準選擇,該標準有3個牌號,最高牌號是ZG275-485H。近年高牌號鋼材應(yīng)用越來越普遍,我國鑄鋼件標準沒有與之相當?shù)呐铺?,現(xiàn)多參照DIN EN 10293選擇材料,采用G20Mn5,該材料焊接性能良好,合理控制化學成分,配合熱處理,其屈服強度≥300MPa,抗拉強度≥500MPa,完全能達到與Q345相當?shù)牧W性能。

    本工程鑄件(參見鑄鋼件簡圖)是錐頭和與之相配合的耳板組成的鉸支座,耳板薄且長,中間有孔,而且單耳板軸線方向不能有斜度,鑄件在凝固補縮時有些困難,必須采取一些特殊手段,以確保鑄件質(zhì)量。

    二、焊接特點與難點分析
    Din En 10293中G20Mn5,國內(nèi)鑄鋼件標準沒有與之相當?shù)呐铺?,與從國外引進的GS-20Mn5(Din 17182)化學成分有差異,能借鑒的資料很少。
    國內(nèi)鑄鋼件焊接常采用日本等國產(chǎn)的焊絲、焊劑,采用國產(chǎn)焊絲、焊劑還需進一步分析試驗。
    施工現(xiàn)場環(huán)境復雜,增加了焊接質(zhì)量控制的難度。
    鑄鋼件錐形頭和與之配套的耳板組成鉸支座,錐形頭、耳板、銷軸相對位置要求準確,大大提高焊接變形控制的難度(參見鑄鋼件簡圖)。
    在保證焊接質(zhì)量的前提下,如何將焊接應(yīng)力釋放出,防止裂縫也將是一大難題。
    單一的超聲波檢測,無法全面反映鑄鋼件內(nèi)部情況。
    三、焊接材料、工藝的確定
    參照建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程(JGJ 81-2002)、重型機械通用技術(shù)條件 鑄鋼件(JBT 5000.6-1998),經(jīng)設(shè)計、深化設(shè)計、焊接工程師討論焊接坡口形式采用單面V型。
    委托相關(guān)單位進行氣保焊、手工電弧焊等焊接工藝試驗,并對結(jié)果進行檢測,以檢測結(jié)果及多方討論,出具焊接工藝評定報告。獲得焊接參數(shù)如下:

    四、焊接技術(shù)
    1、焊接工藝流程:組裝—清理—焊接—檢測—補焊
    2、組裝
    1)組裝前先檢查鑄鋼件與圓管柱的編號、尺寸、數(shù)量和加工精度等是否符合圖紙和工藝要求,確認后進行裝配。
    2)構(gòu)件組裝完畢后應(yīng)進行自檢和互檢,準確無誤后再提交專檢人員驗收,若在檢驗中發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)及時向上反映,待處理方法確定后進行修理和矯正。
    3.清理
    1)由于水分在電弧高溫作用下分解是焊接氣氛中氫的主要來源,所以對焊鋼板表面的吸附水分應(yīng)用火焰噴嘴加熱予以清除。
    2)焊接接頭處的鐵銹、油漆、水及其他影響焊接質(zhì)量的雜物,應(yīng)于電焊前清除。
    3)焊接邊緣和坡口表面應(yīng)清除干凈可能產(chǎn)生各種有害氣體的氧化皮、鐵銹、油脂及其它污染物
    4.焊接技術(shù)
    1)控制操作部位焊接環(huán)境(必要的儀器):焊接作業(yè)區(qū) 風速超過2m/s時,焊接前應(yīng)搭設(shè)防風棚,設(shè)防風或采取其它防風措施;焊接作業(yè)區(qū)的相對濕度控制在80%以內(nèi);焊接作業(yè)區(qū)環(huán)境超出上述規(guī)定必須停止焊接。
    2)焊前用特制烤槍對坡口及其兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)的母材均勻加熱,并用表面測溫計量溫度,防止溫度
    不符合要求或表面局部氧化。
    3)焊接前進行點焊臨時固定,注意點焊的長度以及質(zhì)量。點焊長度為40~60?,焊腳高度為5~6?,
    嚴禁出現(xiàn)氣孔和裂紋等缺陷。當存在缺陷時必須采用砂輪打磨掉后重新點焊;焊點布置對稱。
    4)鋼柱兩端鑄鋼件不要同時安裝,待下端鑄鋼件與鋼柱焊接后根據(jù)焊接收縮量調(diào)節(jié)另外一端鑄鋼件的安
    裝尺寸同時預留焊接收縮余量。
    5)圓管柱與鑄鋼件對接要求兩名焊工(A、B)沿圓周分區(qū)同時、對稱施焊,每一層焊接的起弧點相距30~
    50mm,避免缺陷集中在一處。禁止在過焊孔處熄弧、起弧,以避免過焊孔部分集中出現(xiàn)夾渣、未熔合等缺陷。焊接順序示意圖如下:

    6)焊后加熱、保溫、超聲沖擊等方式減小節(jié)點部位的焊接殘余應(yīng)力。
    5.檢測(鑄件及焊口)
    1)焊口必須100%無損檢測;
    2)鑄件的探傷要求:管口焊縫區(qū)域150mm以內(nèi) 范圍及耳板區(qū)域,按GB7233-87《鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評定方法》進行超聲波100%檢測,質(zhì)量等級為II級;
    3)其它可探測外表面每件10%超聲波探傷;質(zhì)量等級為II級;
    4)耦合劑禁用機油;
    50不可超聲波探傷部位:(1)變界面或交接部分;(2)有疑問部分,按GB9444采用磁粉表面探傷或按GB9443采用滲透法探傷,II級合格。
    6.補焊
    1)補焊需經(jīng)補焊工藝評定合格。
    2)補焊不能影響機械性能,并滿足探傷要求,并有補焊記錄。
    3)重要補焊需報見證。主要補焊:銷軸r=300mm范圍內(nèi),與圓管柱焊接節(jié)點300mm以內(nèi),及GB11325-89規(guī)定的其他形式。
    五、焊接變形與應(yīng)力控制
    1.在保證焊透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口,以減少收縮量;
    2.要求提高構(gòu)件制作精度,構(gòu)件長度按正偏差驗收;
    3.采用小熱輸入量、小焊道、多道多層焊接方法以減少收縮量。

    參 考 文 獻
    【1】德國,歐盟標準 steel castings for general engineering uses Din En 10293
    【2】中華人民共和國建設(shè)部建標 鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001
    【3】中華人民共和國行業(yè)標準 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程(JGJ 81-2002)
    【4】鋼結(jié)構(gòu)焊接國際論壇 盧鋼等 全鑄鋼超厚大板焊接施工新技術(shù)
    【5】中華人民共和國機械行業(yè)標準 工程機械鑄鋼件通用技術(shù)條件GB/Tt5939-1991
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