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居然大厦铸钢件焊接施工

作者：汤 飞 等    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
居然大厦钢结构工程玻璃房子所有铰接节点都采用铸钢件，鉴于强度要求，采用欧盟标准材料作为铸钢件的母材。本文着重介绍了铸钢件焊接工艺、环境控制，焊接技术、质量要求。
    关键词：铰接节点 铸钢件 焊接工艺

    一、工程概况
    本工程位于北京市东城区海运仓危改区B3区，总建筑面积59187m²,其中地上建筑面积40767 m²，地下建筑面积18420 m²；由钢框架—砼筒体混合主结构、玻璃房子、悬挑雨篷组成；结构用钢材等级为Q345；玻璃房子由9更钢结构变截面圆管柱与箱形梁组成承重体系，圆管柱与基础、箱形梁连接节点将外露大厅，为保证安全，张显建筑气质，所有节点结采用铸钢件铰接；欧盟标准Din En 10293中G20Mn5作为铸钢件母材；非加工外表面粗糙度应达到（参照GB6060.1-85标准中样块）Ra≤25μm，允许打磨、喷砂或喷丸处理。


    焊接用途的铸钢件材料可按GB/T 7659焊接结构用铸造碳钢件标准选择，该标准有3个牌号，最高牌号是ZG275-485H。近年高牌号钢材应用越来越普遍，我国铸钢件标准没有与之相当的牌号，现多参照DIN EN 10293选择材料，采用G20Mn5，该材料焊接性能良好，合理控制化学成分，配合热处理，其屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥500MPa，完全能达到与Q345相当的力学性能。

    本工程铸件（参见铸钢件简图）是锥头和与之相配合的耳板组成的铰支座，耳板薄且长，中间有孔，而且单耳板轴线方向不能有斜度，铸件在凝固补缩时有些困难，必须采取一些特殊手段，以确保铸件质量。

    二、焊接特点与难点分析
    Din En 10293中G20Mn5，国内铸钢件标准没有与之相当的牌号，与从国外引进的GS-20Mn5(Din 17182)化学成分有差异，能借鉴的资料很少。
    国内铸钢件焊接常采用日本等国产的焊丝、焊剂，采用国产焊丝、焊剂还需进一步分析试验。
    施工现场环境复杂，增加了焊接质量控制的难度。
    铸钢件锥形头和与之配套的耳板组成铰支座，锥形头、耳板、销轴相对位置要求准确，大大提高焊接变形控制的难度（参见铸钢件简图）。
    在保证焊接质量的前提下，如何将焊接应力释放出，防止裂缝也将是一大难题。
    单一的超声波检测，无法全面反映铸钢件内部情况。
    三、焊接材料、工艺的确定
    参照建筑钢结构焊接技术规程（JGJ 81-2002）、重型机械通用技术条件 铸钢件（JBT 5000.6-1998），经设计、深化设计、焊接工程师讨论焊接坡口形式采用单面V型。
    委托相关单位进行气保焊、手工电弧焊等焊接工艺试验，并对结果进行检测，以检测结果及多方讨论，出具焊接工艺评定报告。获得焊接参数如下：

    四、焊接技术
    1、焊接工艺流程：组装—清理—焊接—检测—补焊
    2、组装
    1）组装前先检查铸钢件与圆管柱的编号、尺寸、数量和加工精度等是否符合图纸和工艺要求，确认后进行装配。
    2）构件组装完毕后应进行自检和互检，准确无误后再提交专检人员验收，若在检验中发现问题，应及时向上反映，待处理方法确定后进行修理和矫正。
    3．清理
    1）由于水分在电弧高温作用下分解是焊接气氛中氢的主要来源，所以对焊钢板表面的吸附水分应用火焰喷嘴加热予以清除。
    2）焊接接头处的铁锈、油漆、水及其他影响焊接质量的杂物，应于电焊前清除。
    3）焊接边缘和坡口表面应清除干净可能产生各种有害气体的氧化皮、铁锈、油脂及其它污染物
    4．焊接技术
    1）控制操作部位焊接环境（必要的仪器）：焊接作业区 风速超过2m/s时，焊接前应搭设防风棚，设防风或采取其它防风措施；焊接作业区的相对湿度控制在80%以内；焊接作业区环境超出上述规定必须停止焊接。
    2）焊前用特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计量温度，防止温度
    不符合要求或表面局部氧化。
    3）焊接前进行点焊临时固定，注意点焊的长度以及质量。点焊长度为40～60?，焊脚高度为5～6?，
    严禁出现气孔和裂纹等缺陷。当存在缺陷时必须采用砂轮打磨掉后重新点焊；焊点布置对称。
    4）钢柱两端铸钢件不要同时安装，待下端铸钢件与钢柱焊接后根据焊接收缩量调节另外一端铸钢件的安
    装尺寸同时预留焊接收缩余量。
    5）圆管柱与铸钢件对接要求两名焊工（A、B）沿圆周分区同时、对称施焊，每一层焊接的起弧点相距30～
    50ｍｍ，避免缺陷集中在一处。禁止在过焊孔处熄弧、起弧，以避免过焊孔部分集中出现夹渣、未熔合等缺陷。焊接顺序示意图如下：

    6）焊后加热、保温、超声冲击等方式减小节点部位的焊接残余应力。
    5．检测(铸件及焊口)
    1）焊口必须100%无损检测；
    2）铸件的探伤要求：管口焊缝区域150mm以内 范围及耳板区域，按GB7233-87《铸钢件超声探伤及质量评定方法》进行超声波100%检测，质量等级为II级；
    3）其它可探测外表面每件10%超声波探伤；质量等级为II级；
    4）耦合剂禁用机油；
    50不可超声波探伤部位：（１）变界面或交接部分；（２）有疑问部分，按ＧＢ9444采用磁粉表面探伤或按ＧＢ9443采用渗透法探伤，II级合格。
    6．补焊
    1）补焊需经补焊工艺评定合格。
    2）补焊不能影响机械性能，并满足探伤要求，并有补焊记录。
    3）重要补焊需报见证。主要补焊：销轴ｒ＝300mm范围内，与圆管柱焊接节点300mm以内，及ＧＢ11325－89规定的其他形式。
    五、焊接变形与应力控制
    1．在保证焊透的前提下采用小角度、窄间隙焊接坡口，以减少收缩量；
    2．要求提高构件制作精度，构件长度按正偏差验收；
    3．采用小热输入量、小焊道、多道多层焊接方法以减少收缩量。

    参 考 文 献
    【1】德国，欧盟标准 steel castings for general engineering uses Din En 10293
    【2】中华人民共和国建设部建标 钢结构结构施工质量验收规范GB50205-2001
    【3】中华人民共和国行业标准 建筑钢结构焊接技术规程（JGJ 81-2002）
    【4】钢结构焊接国际论坛 卢钢等 全铸钢超厚大板焊接施工新技术
    【5】中华人民共和国机械行业标准 工程机械铸钢件通用技术条件GB/Tt5939-1991
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