gr60低合金高强结构钢焊接施工工法

Gr60低合金高强结构钢焊接施工工法

Gr60级低合金高强度结构钢为国内首次在建筑钢结构上使用钢材，符合美国材料标准ASTM903／913M一97 Gr60标准，相当于国内钢材标准中的Q420级钢。由于Gr60钢为国内首次使用，目前尚无成熟的规范及焊接工艺参数作参照，焊接不确定性因素多，难度较大。探索总结Gr60级钢的使用，对于推动Q420低合金高强度结构钢在国内建筑钢结构的应用，从节约资源的角度上符合我国的可持续发展国策，对于本企业乃至国内建筑钢结构行业的良性发展，均具有积极的创新意义。

1工法特点

1.1Gr60属低合金高强度结构钢，能大幅度提高结构杆件的承载力，减小了杆件截面面

积，从而减小自重，增加建筑空间。

1.2 Gr60钢对于需验算疲劳的焊接结构具有一40℃冲击韧性的合格保证，使其应用范围和结构可靠度得以扩大。

1.3 Gr60级钢的焊接性能优于国内工程中正在大量使用的Q345钢。现场安装施焊操作较易控制。在常温及低温下，Gr60级钢的预热温度较之同条件下的Q345钢低；并且，在负温下，只需对板厚在lOOmm以上的钢材采取低温度的后热措施。

1.4焊接施工过程须严格按照既定的焊接工艺指导书的工艺参数及焊接规定进行施工，对焊接速度、预热温度、层问温度、后热温度、保护气体的气压与流速等严格控制，方能保证焊接质量。

1.5已经过一15℃条件下冬期施工焊接工艺评定和一7℃下冬期施工实践，寒冷地区冬期也可施工。

1.6本工法是在完成北京新保利大厦工程基础上总结编写的，因此实用性很强。

2适用范围

适用于Gr60级低合金高强度结构钢进行CO2气体保护焊的各种焊缝连接形式。

3工艺原理

根据Gr60钢化学成分及力学性能进行可焊性分析与试验，在依据国外规范标准对此类钢材的焊接性的指导意见基础上，结合国内在高强钢CO2气体保护焊方面的焊接施工工艺，按照国内焊接规范的规定，进行常温及负温下典型焊缝形式的现场工艺评定试验，以取得指导现场焊接操作的适用的工艺参数。

Gr60钢的焊接性分析与试验包括下述内容：

3.1焊接性计算与分析：采用碳当量和冷裂纹敏感指数评估钢材的焊接性和确定预热温度；

3.2焊接性的直接试验：z向拉伸性能试验、Cramfield层状撕裂试验；

3.3焊接接头性能试验：对焊评试件进行外观、无损探伤、横向拉伸、横向弯曲、全焊缝拉伸、冲击(焊缝、热影响区)、熔敷金属化学成分分析及力学性能试验；

3.4焊缝的残余应力检测与有限元分析：采用国际先进的钢弦应变计进行杆件焊接残余应力监测，对于H型截面构件的残余应力，为验证测量结果，采用大型有限元软件ANSYS来分析H型截面构件的残余应力分布。

4.1工艺流程

4工艺流程

Gr60钢焊接工艺流程图

5操作要点

s.1焊接施工准备

5.1.1焊接工艺评定

针对Gr60级的焊缝接头形式，根据《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)的具体规定，组织进行焊接工艺评定，确定出最佳焊接工艺参数，制定合理、详细的工艺措施和工艺流程。

5.1.2焊接材料、设备的准备

5.1.2.1钢结构现场焊接施工所需的焊接材料和辅材均应有质量合格证书。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。CO2气体纯度应不低于99.95％，含水量应低于0.05％，瓶内高压低于1MPa时，应停止使用。

5.1.2.2 CO2气体保护焊设备应运转正常。焊机电压、电流应处于焊接工艺评定指导书的规定，电流地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊丝无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。

5.2主要焊接工艺参数

严格控制预热温度和层间温度，借以改善接头的塑性；同时，可以预防由根部冷裂纹

引发的层状撕裂。预热采用多头加热器进行加热，焊缝层采用多层多道焊。根据焊接工

艺试验，部分有代表性的焊接工艺参数，如表5.2所示。

填充材料焊接电流电弧电压焊接速度焊道焊接方法

牌号直径极性电流(A) (V) (mm／min) 封底焊C02气体保护焊JM一60 1.2mm 直流反接300 38 350~400 中间层CO2气体保护焊JM—60 1.2mm 直流反接320 40 350～400 盖面层CO2气体保护焊JM—60 1.2mm 直流反接300 38 350—400

5.3预热、层温与后热

5.3.1预热焊接时，应根据工作地点的环境温度、钢材材质和厚度，选择相应的预

热温度，用特制烤枪对坡口及其两侧各2倍板厚且不小于lOOmm范围内的母材，均匀加

热至规定温度，并用电子测温仪量测，防止温度不符或表面局部氧化。具体预热温度要

求，详见表5.3.1。

表5.3.1

厚度t（mm) f≤80 80<口≤125

预热温度(℃) 80 100

其预热温度比相同厚度的Q345钢低20-40℃。

5.3.2层温

焊接时，焊缝间的层间温度应始终控制在120～150。C之间，每个焊接接头宜一次性

焊完。

5.3.3后热与保温

为了保证焊缝中扩散氢有足够的时间逸出，避免产生延迟裂纹，焊后必须对板材厚度

≥100mm的GR60级钢材，采取一定的后热处理措施。加热完毕后，包保温石棉被进行保

温，使焊缝缓慢冷却，借以降低焊缝接头的冷却速度。该恒温时问段，按每25mm板厚

1h计算。具体后热温度要求，详见表5.3.3。

表5.3.3

I 厚度，(mm) ， f≤100 1()o

I后热j"臆El度(℃) 无需进行后热180—200

5.4典型节点焊接顺序

5.4.1 H型柱一柱焊接顺序

5.4.1.1腹板为单V型坡口焊缝时，焊接顺序见下图：

图1(腹板单坡) 图2(腹板单坡)

第一步A、B两名焊工同时在翼缘施焊，第二步A焊工焊接腹板，完全焊完

焊至1／3板厚：