铸钢节点焊接技术
河北大型铸造厂 铸钢节点厂家 供应 大型铸钢节点
深圳文化黄金树釆用了铸钢件和无缝钢管高空全位置连接形式，介绍异种材质焊接工艺及焊接中节点变形控制。
深圳文化采用了黄金树结构，黄金树由主干（劲性混凝土）、树枝（钢管）和树冠（玻璃幕墙）组 成，赋予树的想象，起到建筑象征性雕塑的效果。黄金树主干和各枝的连接处采用了铸钢节点，其形式 为多根（多为10根）大直径钢管直接汇交,本工程的难点和在于异种材质焊接工艺的 确定及高空全位置焊接中节点变形控制。
1 施工准备
1.1母材材质的选定
黄金树采用了铸钢件和无缝钢管高空全位置连接形式。铸钢件材质为ZG275-485H,本工程采用单一高温回火的焊接后热工艺，使 用履带式红外线加热器进行加热和保温，加热范围 以焊口为基准，每侧不小于焊缝宽度的3倍。通过采取焊接预热和后热工艺，减少收缩应力 （热应力）和焊接残余应力，有效减少了焊接变形。 2.2.6矫正措施若通过以上预防变形的措施，箱形 梁仍有微量变形或不符合工艺要求，可采用火焰加热 矫正法，关键在于正确选择加热位置和加热范围。 设计、铸造、施工等基础上，接驳段采用半空心半实心 的铸钢节点，材料规格为《350 x 40和M50 x 40,无缝 钢管材质为Q345B,规格为4350X 19和M50 x 22。
1.2焊接施工部署及管理
黄金树铸钢节点在整个结构中起连接、承载、传力作用，为高空全位置焊接，大部分接头焊缝呈斜向 对接，仰侧倾、爬坡焊极多，需经常变换焊接参数和焊接位置。因此，必须采取合理的作业形式、工艺参数及质量保证措施。根据焊接特点，选用功率强大、 性能先进、操作者可随时远距离手控电流、电压变幅 的整流式多功能焊机。
通过采用先进合理的工艺方法加严格科学的管 理，有效地控制了箱形梁制作中的焊接变形，经焊后 检査各项数据均满足图纸、技术文件要求，并经组对 后实现了 35m跨度的箱形梁高空一次性对接成功， 有效地保证了工程进度和质量。
少拉开一个整层来减少黄金树在焊接中的变形:黄 金树的焊接施工实行项目经理专控，工程技术部、质 量部特控下的工段长负责制。焊接的前期准备、焊 工的资质鉴定、工艺试验、焊材保管、烘烤领用、工序 拟定及交接等实行专人负责的管理制度。
2焊接工艺与步骤
黄金树铸钢件与钢管的焊接采用带内衬管V 形坡口，此坡口形式可减少焊缝断面，减少根部与面 缝部收缩差，防止由于焊接应力过度集中在近面缝 区产生撕裂现象。现场主要采用手工电弧焊焊接， 选用低氢型焊条E-5015,直径3.2 ~ 4mm。整个焊接 过程须一次完成，严格控制返修，必须对各个工序严 格要求，确保焊接质量达到设计及规范要求。
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2.1 组对
组对前将铸钢件接头坡口内壁15 ~ 20mm的锈 蚀及污物仔细清除，用角向磨光机将凹陷处磨平。 坡口清理是工艺，其表面不得有不平整、锈蚀现 象匚在组对时严禁对铸钢件进行硬性敲打。 2.2校正，预留焊接收缩量
组对后应用专用器具对同心度、曲率过度线认 真核对，确认无误后，用千斤顶把接头处坡口间隙顶 收弧部大于起焊部1.5 ~ 2mm的焊接收缩量，以 保证整个焊接节点终的收缩相等，避免焊接应力 的产生，然后进行定位焊。
2.3焊前防护及清理
铸钢件接头处的焊接必须搭设操作平台，做好 防风雨措施。定位焊的始焊段与收弧处必须用角向 磨光机修磨成缓坡状，分段检査并确认无未熔合、裂 纹、气孔等焊前缺陷，清除飞溅及粉尘。
2.4焊前预热
本工程采用的ZG275-485H铸钢件与Q345B无 缝钢管在焊接时对预热、层温、后温等要求较高。焊 前预热即是加热阻碍焊接区自由膨胀、收缩的部位， 使其达到预定的温度值。其目的是消除焊接区段骤 冷骤热差、蕴含水分、减缓始焊层温度散失，制约收 缩发生的时间。预热范围应沿焊缝两侧100mm 以内进行全位置均匀加热。由于ZG275-485H（厚 40mm）与Q345B（厚19 ~ 22mm）的管壁厚度存在倍差 及铸钢节点为半空心半实心体，在对接接头材料中 如果从焊缝线算起，离开它的距离不同，温度不 同，加热和冷却速度也不同，进而在接头金属区域引 起不均匀的热应变，并由此产生热应力（理论上，在 约束固定的碳钢结构中，若焊接接头金属两个相邻 面间存在100龙的温度差，所引起的不均匀热应力 能达到钢材的屈服极限应力值），故在本工程中采用 如下预热温度值:ZG275-485H 为 220 - 250 Y , Q345B 为18O-2OOY。当预热温度达到预定值后，恒温20 -30min。温度的测试须在离坡口 80 - 100mm处采 用远红外温度计进行。加热须绕管运作，以免因加 热不均匀、单点温度过高而造成对铸钢件的损伤。 2.5正式焊接
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2.5.1根部焊接全位置管-管对接接头在焊接根 部时，应自焊口的处线10mm处起弧管 口的处线超过10mm左右止，完成半个焊 口的封底焊，另一半焊前应将前半部分始焊与收尾 处修磨成缓坡状，在前半部分焊缝上起弧前半部 分结束焊缝上收弧，完成整个管口的封底焊接，确保 焊肉介于3.0 -3.5mm之间。
2.5.2填充层焊接在焊接填充层中，要注意保证 较高的层间温度，使正在焊接的层次与已焊层特别 是近根部层的温度差较小，从而使焊接接头从压应 力状态转变成拉应力状态（焊缝厚度的1/2 -2/3时 易发生）的时间尽可能延长，从根本上避免冷热裂纹 的产生。填充层焊接前应特别注意剔除前层焊道上 的凸起部分与粘附在坡壁上的粉尘，注意消除坡口 边沿条状、豆状未熔合及凹陷夹角。每道焊道应保 持宽8-10mms厚3-4mm-运焊时采用小“8”字方 式，焊接仰焊部位时釆用小直径焊条，仰爬坡时电流 逐渐增大，在平焊部位再次增大电流密度焊接.在坡 口边注意停顿，以便于焊缝金属与母材的充分熔合。 在接近盖面时应注意均匀留出1.5-2mm的坡口深 度，不得伤及坡口边，为面缝作好准备。
2.5.3面层焊接面层焊接直接关系到焊接接头 的外观质量能否满足要求，因此应注意选用小直径 焊条，适中的电流、电压值并在坡口边熔合时间稍 长。水平固定口的宽幅小于焊条直径的4~5倍时， 可不采用多道面缝，垂直与斜固定口须釆用多层多 道焊。严格执行多层多道焊的原则，以控制线能量的 增加，焊缝严禁超高超宽。在焊道清理时尽量少用碳 弧气刨，以免焊道表面附着的高碳晶粒无法完全清 除，致使焊缝内含碳量增加，从而出现延迟裂纹。
2.5.4层间温度在焊接过程中，焊缝的层间温度 应始终控制在120- 150^0要求焊接过程连续，若 出现停焊后的续焊，则必须加热到规定值后，方可继 续焊接。
2.6后热与保温（消氢处理）
焊接节点完成且尚未冷却前进行后热与保温处 理，即用氧-乙焕中性焰在焊缝两侧各100mm内均
匀烘烤，使温度控制在200 - 250r ,用少4层石棉 布紧裹并用扎丝捆紧，保温少4h以上，以保证焊 缝的扩散氢有足够的时间逸出，消除氢脆的倾向，稳 定金属组织和尺寸，并消除部分残余应力。
2.7焊缝的清理与检测
要求焊缝不得有凹陷、超高、气孔、咬边、未熔 合、裂纹等现象，在焊后少24h后按《钢焊缝手工 超声波探伤方法和探伤结果分级）GB 11345-89对焊 缝进行超声波无损检测，对重要承力节点要进行跟 踪复检监测。
3焊接变形控制
3.1接头全位置焊接顺序
管对接后按天芯分2个半圆焊接，以仰焊部位 起焊、平焊部位收焊。釆用分段退焊形式减少焊接 变形。按仰焊一仰立焊—立焊一立平焊一平焊等焊 接顺序施工。2个半圆分层对称施焊，以控制焊接接 头水平方向变形。釆用多层多道焊减少焊接变形。 3.2节点焊接顺序
多个方向接头的黄金树铸钢节点，其安装焊接 精度直接影响到与之相连的钢管的安装和另一端相 连的铸钢节点,特别是要保证冠盖关联节点的精度- 依据工艺要求，采用局部热矫改变主焊管的y, z指向，使之在无外力约 束条件下完成与铸钢节点的接驳，来逐层消化黄金树躯干部的变形。 通过从内向外，先焊粗杆、再焊细杆，先焊收缩量较大节点、后焊收缩量较小节点，力求平面对称施焊，先单独后整体地分解约束力的合理顺序，从根本上减少焊接变形。
3.3接头反变形矫正
接头完成施焊后，产生向上微弯变形，采取中性 火焰配合后热过程矫正，按照上部加热面积小于下 部加热面积的方式改变热后收缩比，从而恢复接头 位置的平直。
本工程通过确定合理的焊接工艺、焊接方法及 焊接施工顺序，成功地解决了树状结构中异型材质 的高空全位置焊接难题。
