高強(qiáng)鋼高效焊接與切割技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用

楊政

高強(qiáng)鋼高效焊接與切割技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用

楊政

1. 高強(qiáng)鋼在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及焊接特點(diǎn)

（1）高強(qiáng)鋼在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 目前，建筑行業(yè)用鋼標(biāo)準(zhǔn)有《建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》(GB/ T19879)，《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》（YB4104），一般建筑鋼結(jié)構(gòu)常用的高強(qiáng)鋼是Q345GJ、Q390G J等，常用厚度一般在60mm以內(nèi)，隨著建筑體的高度和建筑空間跨度的增加，鋼板使用的厚度已經(jīng)達(dá)到了120mm（像高200m、主樓38層的上海金融大廈這樣的超高層建筑，還是Q345為主）。

對(duì)于50層乃至100多層的建筑，如果通過(guò)增加鋼構(gòu)件厚度來(lái)提高強(qiáng)度和剛度，必然增加建筑體自重，造成對(duì)基礎(chǔ)的壓力增大，同時(shí)用鋼量和焊接量提高都大大增加了母材、焊接材料和人工的成本。隨著高強(qiáng)鋼冶煉技術(shù)的提高、比價(jià)減低以及建筑行業(yè)焊接工藝水平的提高，設(shè)計(jì)師們?cè)絹?lái)越考慮不再增加構(gòu)件板厚，而是采用Q390GJ、Q420GJ、Q460GJ及以上級(jí)別的高強(qiáng)鋼，Z項(xiàng)性能要求在Z15~Z30，將更廣泛地運(yùn)用在高地震設(shè)防區(qū)（設(shè)防8度區(qū)以上）、超高層建筑（例如寧波環(huán)球，蘇州東方之門(mén) ）、超大跨度空間結(jié)構(gòu)（例如鳥(niǎo)巢）及高寒地區(qū)特殊結(jié)構(gòu)體系（例如哈爾濱滑雪場(chǎng)）。

（2）高強(qiáng)鋼的焊接特點(diǎn)與難點(diǎn) 超高層建筑鋼柱、牛腿、支撐、環(huán)帶桁架（避難層），超大跨度空間結(jié)構(gòu)的桁架梁，豪華型住宅室內(nèi)游泳池部位的柱與梁等多采用高強(qiáng)鋼材料。這些材料，當(dāng)碳當(dāng)量達(dá)到0.45～0.5以上時(shí)，焊接性較差；牛腿節(jié)點(diǎn)部位焊縫密集；對(duì)于超大跨度桁架對(duì)接時(shí)或合攏焊接時(shí)，存在較大拘束應(yīng)力；卸載過(guò)程中應(yīng)力的變化，都會(huì)造成焊接困難，焊接性差。

在高強(qiáng)鋼的焊接過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

第一，高強(qiáng)鋼的主要焊接難點(diǎn)是碳當(dāng)量高加上厚板造成的冷裂紋控制，因此要進(jìn)行厚板（低溫）焊接下的預(yù)熱和焊縫緩冷保溫及后熱。《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661—2011也有明確的預(yù)熱規(guī)定，在實(shí)踐中，結(jié)合節(jié)點(diǎn)狀況和受力，一般還應(yīng)該選高一個(gè)預(yù)熱檔次。

寧波環(huán)球

第二，在建筑高強(qiáng)鋼的焊接中，還要注意定位焊間距和大小、引弧板和引出板的材質(zhì)及長(zhǎng)度要符合規(guī)范要求。厚板焊接必須采用多道多層焊，控制焊縫寬深比和層間溫度。

第三，電渣焊的焊縫強(qiáng)度通

常不能達(dá)到理想要求，對(duì)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用可能會(huì)有更大影響。必須高選焊接材料（細(xì)化晶粒），做好工藝評(píng)定，嚴(yán)格執(zhí)行工藝。

第四，對(duì)臨時(shí)焊縫、返修焊縫的處理要慎重，嚴(yán)格執(zhí)行返修工藝和返修次數(shù)的規(guī)定，返修焊縫必須超聲探傷和磁粉探傷雙合格。

第五，焊接效率問(wèn)題上，盡量采樣雙絲或三絲厚板大熔深埋弧自動(dòng)焊技術(shù)，以減少坡口，提高焊接效率，同時(shí)利用后道焊縫對(duì)前一道焊縫的回火作用，提高焊縫韌性。或手工打底后雙絲或三絲厚板埋弧焊填充。

第六，高強(qiáng)鋼構(gòu)件一般都是大構(gòu)件長(zhǎng)構(gòu)件，這些超大構(gòu)件的翻轉(zhuǎn)吊運(yùn)比較困難，還有就是在工地現(xiàn)場(chǎng)室外（高空）焊接的質(zhì)量控制也算一個(gè)難點(diǎn)。

第七，焊工的技能及責(zé)任心非常重要。總體缺乏這方面的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和人員；對(duì)工藝的執(zhí)行力度，預(yù)熱溫度準(zhǔn)確性，焊縫區(qū)打磨的整潔性等需要責(zé)任心，因此要進(jìn)行責(zé)任心與技能雙重培訓(xùn)和嚴(yán)格的監(jiān)督檢查。

2. 高強(qiáng)鋼焊接材料的應(yīng)用

建筑領(lǐng)域高強(qiáng)鋼所用到焊接材料的選擇，一般是根據(jù)焊接材料廠家的推薦，通過(guò)工藝評(píng)定來(lái)確定。工藝評(píng)定要按《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》GB50661—2011執(zhí)行，一般構(gòu)件工藝評(píng)定5年有效，但對(duì)于高強(qiáng)鋼，在建規(guī)中多屬于Ⅳ類D級(jí)難焊，要求按工程進(jìn)行工藝評(píng)定。當(dāng)焊接參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，就要求重新進(jìn)行工藝評(píng)定。

目前國(guó)內(nèi)的大橋、金橋及大西洋等著名企業(yè)的焊接材料可信可靠，只要通過(guò)工藝評(píng)定，按工藝指導(dǎo)書(shū)操作，是可以保證焊縫質(zhì)量的。一般按等強(qiáng)度原則選擇，同時(shí)考慮本公司焊接實(shí)際情況，比如采用純CO2還是混合氣，室內(nèi)焊接還是室外安裝，甚至工人的工資形式（計(jì)噸工資，常常出現(xiàn)超規(guī)范大電流焊接，那么你的焊絲選擇就要高一檔次）。

建筑行業(yè)目前沒(méi)有專門(mén)的“建筑用焊條（焊絲）”的說(shuō)法，不像橋梁方面，有的焊材明確為橋用。我們希望焊材廠家能夠開(kāi)發(fā)或命名建筑用焊材，便于直接選用。像鳥(niǎo)巢Q460E母材，就選用了E5515(SMAW)、TM—60(GMAW)、TWE—81K2 (FCAW—G)進(jìn)行工藝評(píng)定和應(yīng)用。

此外，超低氫焊材的應(yīng)用，減少消氫工作量及對(duì)焊縫的影響也非常需要。

3. 高強(qiáng)鋼自動(dòng)化焊接技術(shù)的應(yīng)用

在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，焊接自動(dòng)化技術(shù)在高強(qiáng)鋼上的運(yùn)用實(shí)質(zhì)上是用一般的自動(dòng)焊技術(shù)焊接高強(qiáng)鋼，高強(qiáng)鋼焊接需要的焊道清理、焊縫預(yù)熱、保溫和后熱基本上還沒(méi)有成為自動(dòng)焊的一部分，還是和焊接本身分開(kāi)進(jìn)行。

我們希望雙絲或三絲埋弧焊能配備上預(yù)熱裝置。自動(dòng)測(cè)溫控溫裝置、溫度反饋對(duì)焊接的啟動(dòng)和關(guān)閉控制，焊后緩冷裝置，最好還包括焊接消氫，焊后熱處理等形成一個(gè)自動(dòng)控制、使用系統(tǒng)。通過(guò)合金元素現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)（直讀光譜儀可以即時(shí)測(cè)定母材的化學(xué)成分），計(jì)算出碳當(dāng)量后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇焊接材料及焊接規(guī)范（預(yù)熱和后熱）。相信將來(lái)的自動(dòng)化組合可以即時(shí)從構(gòu)件上讀取數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)，確定焊接參數(shù)和預(yù)熱后熱參數(shù)，并操作執(zhí)行，形成真正的自動(dòng)化焊接。

此外，隨著厚板量的增加，窄間隙焊將會(huì)得到廣泛應(yīng)用，可減少焊接熱輸入對(duì)材料及焊縫的影響。

4.高強(qiáng)鋼切割技術(shù)的應(yīng)用

建筑用高強(qiáng)鋼，目前基本采用火焰切割和等離子切割。無(wú)論哪種，通過(guò)對(duì)焊接坡口打磨，去除氧化皮，對(duì)保證焊縫質(zhì)量都是必要的。

對(duì)于高合金厚板，切割前預(yù)熱可以減少割縫淬硬，切割后要保溫緩冷，特別是冬天。夏天不得吹強(qiáng)風(fēng)（工人為了降溫，會(huì)使用軸流風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)），不能澆水。

切割設(shè)備具備在切割后表面質(zhì)量達(dá)到可直接焊接，免除打磨及去除氧化皮等功能是我們的期望。

我們還希望將來(lái)的高強(qiáng)鋼、超強(qiáng)鋼切割設(shè)備能配上預(yù)熱裝置，自動(dòng)測(cè)溫控溫裝置、溫度反饋對(duì)切割的啟動(dòng)和關(guān)閉控制，割后冷卻速度監(jiān)控報(bào)警，形成一個(gè)帶自動(dòng)控制使用系統(tǒng)的切割設(shè)備。

楊政，杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司技術(shù)質(zhì)量總監(jiān)。