3低合金高強鋼焊接技術
2004年，低合金高強鋼ASTMA913Gr60(相當于Q420)在北京新保利大廈工程成功使用，經過兩年的發(fā)展，目前，國內已有數(shù)個鋼結構工程使用高強鋼，如國家體育場(鳥巢)使用國產Q460E-Z35鋼，最大板厚110mm，國家游泳中心(水立方)工程使用國產Q420C鋼，中央電視臺新臺址工程使用了Q390D、Q420D-Z25、Q460E-Z35級別鋼，高強鋼在建筑鋼結構中的廣泛應用，帶動了高強鋼焊接技術的發(fā)展。
(1)建筑鋼結構用高強鋼獲得良好性能的途徑：
①合金強化：通過微合金元素的細晶強化、析出強化，提高鋼板的強度和韌性；通過正火細化晶粒、均勻組織，進一步提高鋼板的塑性和韌性。國產高強鋼(中厚板)主要是通過這種方法制造的；
②組織強化(如淬火+回火)：軋后加熱溫度超過相變重結晶溫度30～50℃，經水冷后生成的淬火過飽和固溶體為不穩(wěn)定組織，強度和硬度都很高。隨后進行600℃高溫回火則可使淬火固溶體分解軟化，達到塑性和韌性的要求，也稱為調質處理。
③控軋控冷工藝(TMCP)：嚴格控制鋼板冷卻及厚度下降的過程，并在接近或低于鐵素體開始生成的溫度(Ar3910攝氏度)下完成終軋。其顯微組織及力學性能不可由熱處理獲得。這種軋制方式可在較低的碳當量下獲得較高的強度且焊接性好；
④淬火+自回火控制軋制(QST)：盧森堡鋼廠的軋制H型鋼(Gr60鋼曾在新保利大廈工程中使用)，淬火后利用截面中部溫度散熱進行自回火，是TMCP的特殊應用。如Gr65鋼的淬火溫度為871攝氏度，自回火溫度為593攝氏度。其強度高同時焊接性好。
(2)高強鋼用焊材選配原則
①強匹配，強節(jié)點弱桿件：焊接材料熔敷金屬的強度、塑性、沖擊韌性高于母材標準規(guī)定的最低值。焊接接頭(焊縫及熱影響區(qū))各項性能全面要求達到母材標準規(guī)定的最低值；
②兼顧焊縫塑性：厚板焊接時按厚度效應后的強度選配焊材，節(jié)點拘束度大時可在1/4板厚以下配用低強焊材；
③滿足沖擊韌性要求：必須重點選擇焊材的韌性使焊縫及熱影響區(qū)韌性達到鋼材的標準要求。
(3)高強鋼焊接性評價方法
①碳當量計算評定法；
②熱影響區(qū)最高硬度試驗評定法；
③插銷試驗臨界斷裂應力評定法。
(4)最低預熱溫度確定方法
①裂紋試驗控制：根據(jù)斜Y坡口試樣抗裂試驗確定最低預熱溫度；
②硬度控制：根據(jù)一定碳當量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達到350HV對應的冷卻速度(540攝氏度時)查表確定焊接線能量；
③根據(jù)裂紋敏感指數(shù)、板厚范圍、拘束度等級、熔敷金屬擴散氫含量確定最低預熱溫④根據(jù)接頭熱輸入、冷卻時間T8/5和鋼材的特定曲線圖確定最低預熱溫度
(5)焊接質量控制
①控制熱輸入與冷卻速度：控制焊接電流、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800攝氏度~500攝氏度區(qū)間的冷卻時間(t8/5)(預熱、后熱)；
②控制焊縫中碳/硫/磷/氮/氫/氧含量：選用優(yōu)質堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護熔池金屬(短弧、限制擺動、傾角穩(wěn)定)；
③應力與變形控制：選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法，如氣體保護焊；用小線能量，多層多道焊接；減小焊接坡口的角度和間隙，減少熔敷金屬填充量；采用對稱坡口，對稱、輪流施焊；長焊縫應分段退焊或多人同時施焊；用跳焊法避免變形和應力集中。
總之，對于高強鋼的焊接，應根據(jù)鋼材本身的強化機理和供貨狀態(tài)，綜合考慮其性能要求，合理選擇焊接材料和試驗方法對其焊接性作出評價，制定合理的焊接工藝，以指導實際焊接生產，如國家體育場工程應用的Q460E-Z35鋼采用的是微合金強化，其碳當量Ceq高達0.47%，因此，對該鋼種的焊接應主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向，而在新保利大廈工程中采用的是QST工藝強化的高強鋼，該鋼種的碳當量Ceq僅為0.36%，焊接性相當好，但是由于它使用的是淬火加自回火的工藝，因此在焊接時應嚴格控制層間溫度和焊接線能量，防止接頭出現(xiàn)弱化現(xiàn)象。
4厚板焊接技術
建筑鋼結構中厚鋼板得到越來越大量的使用，如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達到125毫米(ASTMA913Gr60)，國家體育場(鳥巢)工程用鋼最大板厚達110毫米(Q460E-Z35)，大量鋼結構工程采用厚鋼板，促進了厚鋼板焊接技術的發(fā)展，同時也豐富了建筑用鋼的范圍，目前國內現(xiàn)行標準如GB/T1591-94《低合金高強度結構鋼》和YB4104-2000《高層建筑結構用鋼板》規(guī)定的鋼板厚度最大僅為100毫米，因此超厚鋼板的使用也為相應標準的修訂奠定了基礎。
厚鋼板焊接的關鍵是防止由于焊接而產生的裂紋和減少變形，應采取以下措施：
①選用合理的坡口形式，如盡量選用雙U或X坡口，如果只能單面焊接，應在保證焊透的前提下，采用小角度、窄間隙坡口，以減小焊接收縮量、提高工作效率、降低焊接殘余應力；
②選擇合理的預熱及層間溫度；
③對稱施焊，科學安排焊接順序；
④做好后熱及保溫處理。 |
