鋼結構焊接技術發(fā)展趨勢

1、建筑鋼結構具有自重輕、建設周期短、適應性強、外形豐富、維護方便等優(yōu)點，其應用越來越廣泛。 從20世紀80年代以來，中國建筑鋼結構得到了空前的發(fā)展，2005年，我國已成為世界上最大的產鋼國和用鋼國，年鋼鐵消耗量已突破3億噸，而其中鋼結構的產量高達1.4億噸，包括了能源、交通及基礎設施建設等的鋼結構產業(yè)已成為國民經濟建設的支柱。 建國以來，我國鋼結構經歷了困難期、低潮期、發(fā)展期、成熟期四個階段。目前、我國的鋼結構進入了成熟期。進入成熟期的主要標志就是“鳥巢”鋼結構焊接工程順利竣工，這一項世紀工程的順利建成，極大地推動了我國的施工技術和鋼鐵產業(yè)的飛速發(fā)展，標志我國的施工技術和鋼鐵產業(yè)進入世界先進行業(yè)

2、。與此同時一大批設計新穎、用料考究的鋼結構工程應運而生。使我國鋼結構產業(yè)出現(xiàn)了欣欣向榮、蓬勃發(fā)展的大好局面。 本文以“鳥巢”鋼結構焊接工程中焊接技術為主要線索，來闡述鋼結構工程的發(fā)展趨勢，供參考。 一、我國建筑鋼結構焊接工程中的典型工程 到目前為止，我國已建成60多幢高層焊接鋼結構建筑；大跨度空間鋼結構已在各種體育館、展覽中心、大劇院、候機樓、飛機庫和一些工業(yè)廠房中應用；橋梁鋼結構方興未艾；鋼結構住宅在我國經過近幾年的深入研究和開發(fā)后，也已進入一個新的發(fā)展階段。 建筑鋼結構設計愈來愈先進、施工技術愈來愈成熟，使建筑鋼結構形成了以下特點： 外觀上，結構形狀新穎獨特，標新立異，不與人雷同，體現(xiàn)了這

3、個時代個性張揚的特點； 材料的選用上，趨向于越來越多的使用高強度、大厚度鋼材，而且隨著材料制造工藝水平的不斷提高，鑄鋼、奧氏體不銹鋼、復合鋼板也得到越來越多的應用。 規(guī)模上，越來越多的超高層、大跨度世界級超大規(guī)模建筑在國內誕生； 焊接，作為構建鋼結構的一種主要的連接方法，在建筑鋼結構中發(fā)揮了重要的作用。據統(tǒng)計，約50以上的鋼材在投入使用前需要經過焊接加工處理。因此，焊接水平的提高是實現(xiàn)鋼結構技術快速發(fā)展的關鍵所在。 二、從“鳥巢”鋼結構焊接工程看建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展方向 建筑鋼結構焊接方式通常有以下幾種： 1、smaw（焊條電弧焊），主要用于鋼結構制作中輔助焊縫的焊接；2、saw（埋弧焊）

4、，主要用于鋼結構制作中主焊縫的焊接工作； 3、gmaw（co2實焊絲氣體保護焊），主要用于現(xiàn)場安裝工程、制作工程的主、次焊縫的焊接； 4、fcaw-g（co2藥芯焊絲氣體保護焊），主要用于現(xiàn)場安裝工程、制作工程主,次焊縫的焊接； 5、電渣焊（esw），主要用于box構件筋板的焊接； 6、栓釘焊（sw），主要用于勁性構件的栓焊和樓層板的穿透焊。 “鳥巢”鋼結構焊接工程中全部采用了上述方式，在現(xiàn)場的安裝工程中主要采用了以下14種技術： 1 q460-z35焊接性試驗研究新技術 2 大規(guī)模采用電加熱預（后）熱技術； 3、厚板采用smaw-gmaw-fcaw-g復合新工藝技術； 4、大面積采用仰焊技術

5、； 5、gmaw、fcaw-g大流量防風技術； 6、鋼結構低溫焊接技術； 7、鑄鋼及其異種鋼焊接技術； 8、防止冷、熱裂紋技術； 9、層狀撕裂防止和處理技術； 10. 特殊焊縫處理技術 11、焊接機器人（fcaw-ss）焊接技術的應用 12、 鋼筋t型焊接接頭壓力埋弧焊新工藝 13、復雜鋼結構應力應變控制技術。 14、特殊鋼結構合攏技術； “鳥巢”鋼結構焊接工程所用的14項焊接技術是十分典型的，基本代表了建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展方向，以此為線索，來闡述建筑鋼結構焊接技術的發(fā)展，找出其中帶方向性和規(guī)律性的東西，供工作中參考。 （一）、新鋼種焊接性試驗將是建筑鋼結構焊接工程中的重點和難點 2004

6、年，低合金高強鋼astm a913 gr60（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更是使用了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、q460-z35鋼焊接性試驗研究的技術路線 據查：q460-z35鋼在我國第一次大規(guī)模生產和應用，也是世界首次使用厚度為110mm，總重為750t的工程；因此焊接性試驗方法具有極大的

7、推廣應用價值，特別是在我國新鋼種不斷出現(xiàn)的今天，應當引起我們的高度重視。圖六所示：q460-z35鋼焊接性試驗的技術路線，分別進行了間接焊接性試驗，直接焊接性試驗。該技術路線為新鋼種焊接性試驗提供了有益的經驗。2、新一代高強鋼種焊接性試驗研究工作將成為工程必須進行的技術工作 由于鋼結構體系設計的需要，采用了新一代高強鋼種，這些鋼種同傳統(tǒng)鋼種同傳統(tǒng)鋼種有很大的區(qū)別，掌握和研究新鋼種的焊接性是一件十分重要和困難的工作，因此采用新工藝、新的運條手法進行施焊勢在必行，否則將紿工程帶來損失。 建筑鋼結構用高強鋼性能獲得途徑;：合金強化；組織強化（如淬火回火）； 控軋控冷工藝（tmcp ） ；淬火自回火控

8、制軋制（qst）。1 、 連鑄或連鑄連軋工藝的應用 目前各大鋼廠已全部采用連鑄或連鑄連軋工藝代替鋼錠澆鑄，并施加電磁攪拌技術，使得過去鋼板的偏析與夾層缺陷已經基本絕跡。 2 、 冶煉技術得到大幅度的提高 鐵水預處理、復合吹煉、爐外精煉等先進煉鋼技術的應用，使鋼水中的w（s、p、o、n、h）等雜質已大幅度降低。 3 、 控軋控冷（tmcp）技術的應用 控軋指在更低的溫度下停軋，擬制高溫奧氏體晶粒長大；控冷即軋后立即加快冷卻速度，既避免晶粒長大，又提高形核率、產生強韌性更高的細小貝氏體或針狀鐵素體，通過細化晶粒顯著改善鋼的強韌性。傳統(tǒng)的細晶粒鋼其晶粒直徑100m，而tmcp鋼的晶?？蛇_到1050

9、m，超細晶粒鋼的晶?？蛇_0.110 m 。 4 、 低合金和微合金高強鋼的發(fā)展 目前用于造船、橋梁、鋼結構建筑、壓力容器、低溫鋼、耐熱鋼、管線鋼等都在向“純凈化、低碳、超低碳、微合金化和控軋控冷”方向發(fā)展。低合金（合金含量5）和微合金（微合金元素總量0.2）高強鋼不僅是我國，也是世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向。具體特點是： 降碳，是為了改善塑性、韌性和焊接性。碳是最主要的強化元素，但會強烈的惡化塑韌性和焊接性。因此，新鋼種中都嚴格控制碳含量，有的甚至達到超低碳水平。 微合金化技術 通過向鋼中加入少量合金元素如ti、v、nb、al、re等提高強度、改變組織、細化晶粒、凈化基體，使鋼實現(xiàn)強韌化。 高潔凈化

10、：通過精煉，清除雜質，凈化基體，控制w（s、p、o、n、h） 的質量分數(shù)。鋼中雜質s、p、o、n、h的總質量分數(shù)從普通鋼的w（sponh）0.025降到經濟潔凈鋼的w（sponh）0.012。 5、 新一代鋼鐵材料的發(fā)展 新一代鋼鐵材料的特色是：超潔凈度、超均勻性、超細晶粒，在不增加甚至在降低碳及合金元素的條件下，強度和壽命提高一倍。 超潔凈度是指鋼中w（sponh）0.008； 超細晶粒是指晶粒直徑在0.110 m之間;超均勻性是指成分、組織、性能的均勻一致，并強調組織均勻的主導地位。任何事物都是“一分為二”的，新鋼種也不例外： 碳及合金元素的增加往往會給鋼的焊接性帶來不利的影響。不同鋼種所

11、出現(xiàn)的焊接性問題不一。在合金結構鋼中，隨著碳及合金元素含量增多，勢必會引起接頭的脆化、軟化及裂紋傾向增大。這些焊接性問題的出現(xiàn)，往往會降低焊接結構安全運行的可靠性，造成焊接結構的早期破壞。1 焊接裂紋 微合金控軋控冷鋼碳及雜質含量低， c、s、p等元素得到有效控制，因此焊接時液化裂紋和結晶裂紋傾向很小。但由于在成形焊接和安裝過程中存在較大的成形應力或附加應力，特別是在采用多絲大線能量埋弧焊時，由于焊縫晶粒過分長大，出現(xiàn)c、s、p局部偏析也容易引起結晶裂紋。 隨著強度級別的提高，板厚的增大，仍然具有一定的冷裂紋傾向。線能量小，冷卻速度較快，熔敷金屬含氫量高，因而會增加冷裂紋的敏感性，強度越高，冷

12、裂問題將越突出。 2 熱影響區(qū)的脆化 熱影響區(qū)的脆化是細晶鋼焊接時常常發(fā)生的問題，一般所用的線能量越大，脆化傾向越嚴重。haz的脆化問題主要有粗晶區(qū)（cghaz）脆化、臨界熱影響區(qū)（ichaz）脆化、多層焊時臨界粗晶熱影響區(qū)（ircghaz）脆化、過臨界粗晶熱影響區(qū)脆化（srcghaz）、亞臨界粗晶熱影響區(qū)（scghaz）脆化等。其中，cghaz、ircghaz、和scghaz的脆化是微合金鋼焊接時最應引起重視的脆化區(qū)域。 為防止熱影響區(qū)的脆化，采用合適的的焊接工藝參數(shù) 焊接時通過調整焊接工藝參數(shù)，減小高溫停留時間，避免奧氏體晶粒長大；采用合適的t8/5，使haz獲得韌化組織。 3.由于新一代

13、鋼鐵材料晶粒極度細化，焊接時面臨的嚴重問題是焊縫的強韌化、熱影響區(qū)晶粒長大等問題。 焊縫金屬的強韌化 焊縫金屬主要是通過合金化控制焊縫的組織實現(xiàn)強韌化。對400mpa級細晶鋼，只要通過調整焊縫組織使其獲得針狀鐵素體即可獲得理想的強韌性，這對建筑鋼結構而言，已經是足夠的了。 熱影響區(qū)的晶粒長大傾向 對于超細晶粒鋼，焊接時均會出現(xiàn)嚴重的晶粒長大傾向。這不僅會造成haz的脆化，而且還會導致haz的軟化。如前所述，無論在理論和實際工作中，對新一代鋼種都有一個認識過程，也就是說施工單位在相當長的時期內，都要進行了解和掌握新一代鋼種的相關試驗 研究工作，特別是同新一代鋼種相配套的焊接材料的開發(fā)研究以及目前

14、焊接材料的配比，也是有一定工作量、一定難度的工作。所以：新一代鋼種焊接性試驗研究工作將是一項必須進行的重要技術工作。 （二）、同焊接常見裂紋作斗爭是焊接技術的長期工作 美國國家標準ansi/aashto/awsd1.5-96對建筑鋼結構的裂紋有明確的闡述： 當局部應力超過材料極限時，除疲勞裂紋以外的焊縫和母材、裂紋就會在焊縫和母材中產生。裂紋通常與焊縫和母材中缺陷附近應力增大（有關），或者焊件設計引起的木機械缺口附近的應力增大有關，高的殘余應力經常存在，而氫脆常常是促使裂紋生成的重要原因，從本質上講，與焊接有關的裂紋通常為脆性，裂紋邊界處很少出現(xiàn)塑性變形。 裂紋可以分冷裂紋和熱裂紋，裂紋產生于