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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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