钢结构构件焊接施工工艺和质量控制措施.doc

广州大剧院 施工组织设计 PAGE 116 PAGE 19 钢结构构件焊接施工工艺和质量控制措施 GS-20Mn5N、Q345B材料的焊接工艺 作为当前大型钢工程中常用的材料之一，GS-20Mn5（N或V）近几年得到广泛的应用，相关的建筑铸钢节点技术规程也在制定之中，下面介绍GS-20Mn5及Q345B间有关的焊接工艺。 铸钢件、Q345B钢力学性能、化学成份和焊接工艺参数分析 GS-20Mn5铸钢组织类型为珠光体，微观组织表现为各向同性；Q345B钢管微观组织成纤维状，表现为各向异性。其合金元素含量、力学性能也存在着差异，两者之间焊接容易引起的组织和力学性能的不均匀性、界面组织的不稳定性等。 1、焊接工艺参数分析 1.1碳当量的计算 作为估算钢材焊接性的重要指标之一， Q345B的碳当量CE（％）根据国际焊接学会(IIW) 推荐的适应于中高强度的非调质低合金高强度钢公式，计算如下： CE (%)=C+ + + （%）≈0.38~0.39（%） 根据日本JIS标准，计算铸钢GS-20Mn5低碳调质低合金高强度钢的碳当量CE（％）：CE(%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)≈0.39~0.41% 根据经验以及中国焊接学会《焊接手册》中相关工艺资料介绍，可知铸钢GS-20Mn5和Q345B在焊接时存在一定的淬硬和产生焊接冷裂纹倾向, 故焊接时应采取预热、控制线能量、后热缓冷或消除扩散氢等工艺措施。 1.2预热温度和后热温度 Q345B钢和GS-20Mn5铸钢在焊接冷却过程中，热影响区容易形成淬火组织-马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降，结果导致焊后出现裂纹，GS-20Mn5铸钢由于壁厚较厚，容易出现根部裂纹；Q345B钢的焊接裂纹则主要是冷裂纹。根据AWS D1.1《钢结构焊接规范》的规定，焊接结构用低合金铸钢最低预热温度为150℃，后热温度定为200-220，当操作地点环境温度低于常温时（高于0℃），应提高预热温度15~25℃。在本节点的焊接过程中具体加热方法是利用火焰加热。 焊接工艺评定 铸钢GS-20Mn5、Q345B钢材之间的焊接，其突出的工艺问题是要解决于焊接接头的化学成份不一致性及由此引起的组织和力学性能的不均匀性、界面组织的不稳定性以及应力变形的复杂性等，协调和处理好这些问题是正确制定异种钢焊接工艺的依据，也是获得满意焊接接头的关键。 2.1焊接工艺参数的选择 焊接方法的选择 从铸钢节点形状和尺寸、以及装配特点要求可知：主梁与铸钢支点采用现场定位装配和焊接，考虑到现场焊接的工艺和设备的使用特点，可选用焊接方法有手工电弧焊（SMAW）和ＣＯ2气体保护焊（GMAW）两种方法。 填充材料的选择 对于铸钢GS-20Mn5、Q345B钢管之间的焊接，焊材的扩散氢含量应控制在6ml/ 100g以下，同时根据等强匹配的焊材选择原则，在本工程中应选用低氢型碱性、国际牌号为E50系列：E5015、E5016、E5018的焊条。但由于E5016对焊机的空载电压要求较高（大于85V），故在本工程中基本采用E5015（国内牌号J507、AWS牌号E7015）焊条，其抗裂性能、塑性要求、冲击韧性、低温性能等方面都能保证焊接接头的技术条件。和焊条相比，实芯焊丝的选择范围小很多，在本工程选用的是ER50-6，其力学性能、耐热、耐蚀性能等满足技术条件。 坡口的形状与尺寸 根据《设计总说明》的设计要求，以及AWS D1.1-2002《钢结构焊接规范》的免焊接工艺评定和JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》的全焊透CJP坡口形状与尺寸的要求，与钢梁接头坡口形状与尺寸示意图如下右图： 图4.18-1 坡口形状与尺寸示意图 2.2焊接工艺评定 工程名称 指导书编号 母材标准号 DIN17182 规格 GS-20Mn5 供货状态 调质 生产厂 GB/T1591 Q345B 热轧 焊接材料 生产厂 牌 号 类 型 烘干温度℃×h 符合标准 焊条 E5015 350～380℃保温1.5～2h，110～120 GB/T5118 焊丝 ER50-6 GB/8110T 焊剂或气体 CO2 HG/T2537 焊接方法 手工电弧焊 焊接位置 全位置 6G CO2气体保护焊接 焊接设备型号 ZXG-500 电源及极性 直流反接 DC-500 直流反接 预热温度℃ 150～200 层间温度 150～200 后热温度℃ 200～300 焊后热处理 220℃ 接头及坡口尺寸图 焊 接 顺 序 图 焊 接 工 艺 参 数 焊道 焊接 方法 焊条或焊丝 保护气体 气体流量L/min 电流（A） 电压 （V） 焊接速度（cm/min） 热输入（kj/cm） 备注 牌号 φmm 1 SMAW E5015 3.2 90～140