新技术在钢结构焊接中的应用（四）

HEATS

　　新技术在钢结构焊接中的应用

　　5铸钢及铸钢节点的焊接技术

" ?0 V: T) I$ ^8 X* h1 o# {6 I. o # h1 a$ ?' Z6 _/ e

　　铸钢节点因其具有良好的加工性能、复杂多样的建筑造型等性能，目标在一些大跨度空间管桁架钢结构中开始逐步推广使用，特别是在处理复杂的交汇节点上，铸钢节点有着得天独厚的优势，然而，由于铸钢一般碳当量较高，杂质尤其是S、P含量难以控制，同时铸态组织晶粒粗大，导致铸钢的焊接性较差，对焊接工艺的要求很高，主要是减少残余应力，防止焊接裂纹的产生。目前铸钢节点已在一些钢结构工程中成功使用，如广州会展中心巨型桁架铸钢支座，国家体育场(鸟巢)桁架柱铸钢节点，特别是天津经济技术开发区雕塑，创造了铸钢件焊接的板厚之最，该雕塑是为天津开发区建区20周年纪念而建造的标志性建筑，是天津开发区2004年重点工程之一。设计采用双螺旋线构成的直纹曲面板，主体标高50米，雕塑主体分为7段在现场进行拼装，铸钢材质采用GS-20Mn5N(DIN7182)，板厚由下至上逐渐变薄，最厚150毫米，最薄20毫米，厚度变化处渐变处理，总用钢量达350吨，该工程在铸钢特种结构的设计、安装及焊接方面形成了一整套技术新工艺，填补了国内超厚板铸钢结构的空白，标志着我国在钢结构铸钢节点的焊接上达到了一个新的水平。

* @+ i9 |1 R; O

　　6低温焊接技术

: d8 i5 m5 x5 S I, { ! s0 F u( M% b& `+ F( J2 c: X

　　目前，建筑钢结构的冬季施工越来越普遍，由于焊接作业环境对钢结构的焊接质量影响很大，冬季负温焊接技术对焊接质量的控制尤为重要。《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)规定：焊接作业区环境温度低于0摄氏度时，应根据钢材、焊材制定适当的措施；而日本建筑学会《钢结构工程》(JASS6)规定的最低施焊温度为零下5摄氏度。

+ N2 Q, l7 ?( H6 o# ^2 g+ W* O

　　(1)环境温度对焊接造成的影响有以下几点：

( [+ v3 W, q4 I8 l

　　①焊接接头冷却速度增加，冷裂纹敏感性也增加；

/ }) s6 }, v' s6 g% H# e . m7 L% G" u) _. y" f, Z8 Q/ e- q

　　②预热效果变差，在低温环境下用相同的热源，相同的时间，不能达到应有的预热效果；

　　③焊接残余应力的作用加剧；

6 Z4 X4 N! [) V" L1 b6 g: G * A8 h' j; m4 s8 w; q* k! ^1 m

　　④环境温度对焊工的操作带来不利的影响。

" m1 \2 {+ ?; B d0 O. Q; L# `

　　(2)低温焊接措施}

! `; n0 S- b0 S* J1 \

　　①优选焊材：在低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施；

5 B. ?' Y+ {6 s " P7 l, T: Y; K

　　②焊前防护：在焊接作业区域搭防护棚，使焊接区域形成相对封闭的空间，减少热量的损失，若无条件搭设防护棚，应该采取其他有效措施对焊接区域进行防护；气体保护焊时，焊接气瓶也应采取相应措施进行保温；

　　③预热与层间温度：低温环境下的预热温度应稍高于常温下的焊接预热温度，加热区域为构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100毫米范围内的母材，焊接层间温度不低于预热温度或标准(JGJ81-2002)规定的最低温度20℃(两者取高值)；

4 R* [( U& e/ O, ?% h1 X

　　④加大定位焊时的热输入：适当加大定位焊的热输入，增大焊缝截面和长度，并采用与正式焊接相同的预热条件，不在坡口以外的母材上打弧，熄弧时弧坑一定要填满，可以有效减少由于定位焊接引起的收缩裂纹；

/ Z, D2 Q' Y3 \0 q( p# ]

　　⑤采用合理的焊接工艺：尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度；

% s$ ~& B! t" f4 b' d' O

　　⑥焊接后热及保温：焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理，可以有效控制t8/5，利于扩散氢气的逸出，防止由于冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度，还可以适当降低预热温度。

　　总之，钢结构低温焊接施工前，一定要根据实际情况做好焊接工艺评定试验，必要时还要针对具体钢种进行低温焊接性试验，作出适合的焊接工艺指导书以指导实际焊接。在低温环境下，对焊工操作的不良影响也应给予足够重视，一般环境温度不宜低于-15℃。

/ ~) x- e R" y% I, u$ r

　　近年来，低温焊接技术在国内尤其是北方建筑钢结构中得到广泛应用，从普通低碳钢(Q235)到低合金高强钢(如Q345,Q420)都有应用，也积累了相当丰富的经验，极大丰富了我国钢结构的焊接技术。

, v+ A' s6 S: F3 r7 ?1 X