厚板钢结构的焊接特性及控制方法

浅析厚板钢结构的焊接特性及控制方法

【摘要】:本文主要介绍了高强度钢材厚板焊接的一些特性，针对这些特性，笔者根据多年的经验提出了一些相应的控制方法，谨供同行借鉴。

【关键词】：高强度钢材；厚板焊接；施工控制

【abstract】:this article mainly introduced the high strength steel plate welding some characteristics. based on years of experiences, the author puts forward some corresponding control measures according to these characteristics,, and to provide reference for the fellowing members.

【 key words 】 : high strength steel; thick plate welding; construction control

中图分类号： p755.1 文献标识码： a 文章编号：

引言

目前，随着国民经济的快速发展，现代建筑钢结构的发展，厚板钢结构在各方面工程的应用所占比重越来越大。焊接是建筑钢结构连接的主要方式之一，焊接质量在钢结构工程中极为重要。当今结构体型和节点构造复杂多样,在厚板钢结构焊接过程中会发生一系列变化,产生缺陷的可能性比普通钢要大得多。

一、厚板钢结构的焊接特性

1、构件焊接残余应力与变形较大

当钢材的厚度超过100mm时，在整个构件截面中，钢材截面所占的比重较大，倘若大部分的焊缝都采用外侧单面坡口施焊工艺来焊接，结构焊接完成后就会产生残余应力。当外荷载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到材料的屈服点时，这时材料就会产生局部塑性变形，导致它不能再承受外荷载，结构的有效截面积也会缩小，进而结构的刚度也会相应降低，构件的残余变形就会比较大。

2、容易产生焊缝裂纹

厚钢板和薄板相比，在焊接时有一下一些特点：①节点很复杂；

②焊接残余应力比较大；③焊缝单面施焊熔敷金属量较大；④拘束度大；⑤施焊作业时间较长

在施焊时，如果焊接的温度控制不好，很容易产生热裂纹与冷裂纹，有时甚至在焊接完成几天后还会产生延迟裂纹。对于出现大量薄板和厚板焊接成t形截面的这种情况，由于两者厚度相差很大，焊缝的质量很难保证，因而，必须采取特殊工艺技术进行处理。3、q460可焊性较差

以上的钢为低合金高强度钢，需要正火处理，碳当量应在0.47%以上。这种高强度钢材在焊接过程中有一定的淬硬倾向，很容易产生冷裂纹，焊接性比较差。在焊接最薄弱的部分，例如焊接融合区，有明显的物理和化学不均匀性，组织性能突变等。

二、厚板钢结构焊接的控制方法

1、对于下料切割、坡口控制

在下料切割、坡口控制过程中，对厚板焊接来说，坡口形式的选择则显得尤为重要，厚板的坡口应尽量避开板的中心区域。其中主要采取的措施有：

（1）所谓的“小坡口”措施，就是在满足设计要求并保证焊透深度的前提下，使坡口角度和间隙应该尽量小；在不增大坡口角度的情况下尽量增大焊脚尺寸，以增加焊缝的受力面积，以降低板厚方向的应力值。

（2）被焊接头区域附近的母材应无铁锈、油污、氧化皮及其他外来物，所以在焊前需要检查焊缝坡口质量，检查坡口边缘是否光滑，。

（3）同一条焊缝中如果存在半熔透与全熔透二个区域，则在其相交部位必须使焊缝坡口最大宽度保持不变，其深度与间隙必须进行渐变过渡处理。

2、温度控制

厚板在焊接前，如果钢板的板温比较低，施焊时电弧的高温度会导致厚板在板温冷热骤变的情况下产生温度分布不均，焊缝热影响区很容易产生淬硬，从而产生冷裂纹。为了避免此种情况的发生，厚板焊接前必须先根据板材的不同厚度进行预热。

（1）在预热时，焊接部位表面需要均匀加热，加热点应尽可能在施焊部位的背面，加热的区域应控制在被焊接头中较厚板的两倍板厚范围内，应不小于100mm区域。

（2）当母材表面温度低于0℃（当板厚大于30mm时可为5℃），

不需要预热的焊接接头应该将接头区域的母材预热至大于21℃，在焊接期间，应该保持母材温度在工艺规定的最低预热温度以上。（3）在厚板焊接过程中，因板的温度的冷却速度比较快，造成温度下降，为了使焊接的层间温度一直保持在200-230℃之间，需要采用数显自动温控箱来调节红外线加热板加热温度外，同时还需要采用数显测温仪，随时地对焊接点的侧面、前后方向进行测温。

3、变形控制

如果不能很好的控制焊接变形，那么导致的直接后果就是构件外形尺寸精度与规范标准值的偏差很大，从而使构件质量不符合相关设计要求，尤其是对于超厚板焊接结构。控制焊接变形的主要工艺措施有：

（1）选择合理的焊接顺序。选择合理的焊接顺序，既是防止防止焊接变形的有效措施，也是的焊接应力最有效的方法之一。应根据不同的焊接方法，制定不同的焊接顺序，编制合理的焊接顺序的方针是“对称、均匀、分散、减小拘束度”。co2气体保护焊及手工焊采用分散均匀法、对称法；埋弧焊一般采用退步法、逆向法；（2）角变形控制。为控制厚板对接焊后的角变形，需要对每条焊缝正反两面分阶段进行反复施焊，或者同一条焊缝分两个时段进行施焊。为可能减少焊接变形及焊缝内应力，施焊时需要注意随时观察其角的变形情况，准备翻身焊接。对异形厚板结构，可设置胎模夹具，对构件进行约束来控制变形。

4、焊接过程控制

（1）定位焊：为了防止在定位焊时，周围的“冷却介质”很快的将厚板的温度冷却下来，造成应力集中现象，同时产生裂纹，所以厚板在定位焊时，应提高预加热温度，加大定位焊缝的长度和焊脚的尺寸。

（2）多道多层焊：在厚板焊接过程中，严禁摆宽道，应该坚持多道多层焊。由于摆宽道焊接对焊缝得拘束应力较大，没有足够大的焊缝强度，这样就很容易使焊缝开裂的现象发生，还很容易产生延迟裂纹。而采用多层多道焊可以有效改善焊接过程中应力的分布状态，保证焊接的质量。

（3）焊接过程中的检查：在厚板焊接时，有时为完成一个构件，需要的时间大约为几个小时，有时甚至需要几十个小时，所以一定要高度重视焊接期间的检查，这样才便于随时发现问题，并随时解决问题。

（4）焊后的检测：这样做的目的是为了防止延迟裂纹构件的破坏，一般要在焊后大于等于48小时的时间内进行超声波无损检测。此外，如果能赶上进度，在构件出厂前可再检测一次，以便于更好地保证构件质量。

5、消除残余应力

构件内的焊接残余应力会极大程度地降低构件的抗疲劳强度和

承载能力，造成结构脆性断裂。尤其是在结构承受外部荷载时，由于残余应力的存在，构件可能会失稳、变形甚至破坏。因此，在构件加工时，主要可以从以下几个方面来采取措施来予以消除残余应