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居然大廈鑄鋼件焊接施工

作者：湯 飛 等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
居然大廈鋼結構工程玻璃房子所有鉸接節點都采用鑄鋼件，鑒于強度要求，采用歐盟標準材料作為鑄鋼件的母材。本文著重介紹了鑄鋼件焊接工藝、環境控制，焊接技術、質量要求。
    關鍵詞：鉸接節點 鑄鋼件 焊接工藝

    一、工程概況
    本工程位于北京市東城區海運倉危改區B3區，總建筑面積59187m²,其中地上建筑面積40767 m²，地下建筑面積18420 m²；由鋼框架—砼筒體混合主結構、玻璃房子、懸挑雨篷組成；結構用鋼材等級為Q345；玻璃房子由9更鋼結構變截面圓管柱與箱形梁組成承重體系，圓管柱與基礎、箱形梁連接節點將外露大廳，為保證安全，張顯建筑氣質，所有節點結采用鑄鋼件鉸接；歐盟標準Din En 10293中G20Mn5作為鑄鋼件母材；非加工外表面粗糙度應達到（參照GB6060.1-85標準中樣塊）Ra≤25μm，允許打磨、噴砂或噴丸處理。


    焊接用途的鑄鋼件材料可按GB/T 7659焊接結構用鑄造碳鋼件標準選擇，該標準有3個牌號，最高牌號是ZG275-485H。近年高牌號鋼材應用越來越普遍，我國鑄鋼件標準沒有與之相當的牌號，現多參照DIN EN 10293選擇材料，采用G20Mn5，該材料焊接性能良好，合理控制化學成分，配合熱處理，其屈服強度≥300MPa，抗拉強度≥500MPa，完全能達到與Q345相當的力學性能。

    本工程鑄件（參見鑄鋼件簡圖）是錐頭和與之相配合的耳板組成的鉸支座，耳板薄且長，中間有孔，而且單耳板軸線方向不能有斜度，鑄件在凝固補縮時有些困難，必須采取一些特殊手段，以確保鑄件質量。

    二、焊接特點與難點分析
    Din En 10293中G20Mn5，國內鑄鋼件標準沒有與之相當的牌號，與從國外引進的GS-20Mn5(Din 17182)化學成分有差異，能借鑒的資料很少。
    國內鑄鋼件焊接常采用日本等國產的焊絲、焊劑，采用國產焊絲、焊劑還需進一步分析試驗。
    施工現場環境復雜，增加了焊接質量控制的難度。
    鑄鋼件錐形頭和與之配套的耳板組成鉸支座，錐形頭、耳板、銷軸相對位置要求準確，大大提高焊接變形控制的難度（參見鑄鋼件簡圖）。
    在保證焊接質量的前提下，如何將焊接應力釋放出，防止裂縫也將是一大難題。
    單一的超聲波檢測，無法全面反映鑄鋼件內部情況。
    三、焊接材料、工藝的確定
    參照建筑鋼結構焊接技術規程（JGJ 81-2002）、重型機械通用技術條件 鑄鋼件（JBT 5000.6-1998），經設計、深化設計、焊接工程師討論焊接坡口形式采用單面V型。
    委托相關單位進行氣保焊、手工電弧焊等焊接工藝試驗，并對結果進行檢測，以檢測結果及多方討論，出具焊接工藝評定報告。獲得焊接參數如下：

    四、焊接技術
    1、焊接工藝流程：組裝—清理—焊接—檢測—補焊
    2、組裝
    1）組裝前先檢查鑄鋼件與圓管柱的編號、尺寸、數量和加工精度等是否符合圖紙和工藝要求，確認后進行裝配。
    2）構件組裝完畢后應進行自檢和互檢，準確無誤后再提交專檢人員驗收，若在檢驗中發現問題，應及時向上反映，待處理方法確定后進行修理和矯正。
    3．清理
    1）由于水分在電弧高溫作用下分解是焊接氣氛中氫的主要來源，所以對焊鋼板表面的吸附水分應用火焰噴嘴加熱予以清除。
    2）焊接接頭處的鐵銹、油漆、水及其他影響焊接質量的雜物，應于電焊前清除。
    3）焊接邊緣和坡口表面應清除干凈可能產生各種有害氣體的氧化皮、鐵銹、油脂及其它污染物
    4．焊接技術
    1）控制操作部位焊接環境（必要的儀器）：焊接作業區 風速超過2m/s時，焊接前應搭設防風棚，設防風或采取其它防風措施；焊接作業區的相對濕度控制在80%以內；焊接作業區環境超出上述規定必須停止焊接。
    2）焊前用特制烤槍對坡口及其兩側各100mm范圍內的母材均勻加熱，并用表面測溫計量溫度，防止溫度
    不符合要求或表面局部氧化。
    3）焊接前進行點焊臨時固定，注意點焊的長度以及質量。點焊長度為40～60?，焊腳高度為5～6?，
    嚴禁出現氣孔和裂紋等缺陷。當存在缺陷時必須采用砂輪打磨掉后重新點焊；焊點布置對稱。
    4）鋼柱兩端鑄鋼件不要同時安裝，待下端鑄鋼件與鋼柱焊接后根據焊接收縮量調節另外一端鑄鋼件的安
    裝尺寸同時預留焊接收縮余量。
    5）圓管柱與鑄鋼件對接要求兩名焊工（A、B）沿圓周分區同時、對稱施焊，每一層焊接的起弧點相距30～
    50ｍｍ，避免缺陷集中在一處。禁止在過焊孔處熄弧、起弧，以避免過焊孔部分集中出現夾渣、未熔合等缺陷。焊接順序示意圖如下：

    6）焊后加熱、保溫、超聲沖擊等方式減小節點部位的焊接殘余應力。
    5．檢測(鑄件及焊口)
    1）焊口必須100%無損檢測；
    2）鑄件的探傷要求：管口焊縫區域150mm以內 范圍及耳板區域，按GB7233-87《鑄鋼件超聲探傷及質量評定方法》進行超聲波100%檢測，質量等級為II級；
    3）其它可探測外表面每件10%超聲波探傷；質量等級為II級；
    4）耦合劑禁用機油；
    50不可超聲波探傷部位：（１）變界面或交接部分；（２）有疑問部分，按ＧＢ9444采用磁粉表面探傷或按ＧＢ9443采用滲透法探傷，II級合格。
    6．補焊
    1）補焊需經補焊工藝評定合格。
    2）補焊不能影響機械性能，并滿足探傷要求，并有補焊記錄。
    3）重要補焊需報見證。主要補焊：銷軸ｒ＝300mm范圍內，與圓管柱焊接節點300mm以內，及ＧＢ11325－89規定的其他形式。
    五、焊接變形與應力控制
    1．在保證焊透的前提下采用小角度、窄間隙焊接坡口，以減少收縮量；
    2．要求提高構件制作精度，構件長度按正偏差驗收；
    3．采用小熱輸入量、小焊道、多道多層焊接方法以減少收縮量。

    參 考 文 獻
    【1】德國，歐盟標準 steel castings for general engineering uses Din En 10293
    【2】中華人民共和國建設部建標 鋼結構結構施工質量驗收規范GB50205-2001
    【3】中華人民共和國行業標準 建筑鋼結構焊接技術規程（JGJ 81-2002）
    【4】鋼結構焊接國際論壇 盧鋼等 全鑄鋼超厚大板焊接施工新技術
    【5】中華人民共和國機械行業標準 工程機械鑄鋼件通用技術條件GB/Tt5939-1991
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