杭州東站站房地下通道鋼結(jié)構(gòu)焊材選用要求

浙江東南網(wǎng)架股份有限公司（杭州 311029）楊弘生 周觀根 吳志新

1.Q345級、Q345GJ級和Q345q級鋼材的對比

杭州鐵路樞紐杭州東站擴(kuò)建工程大量采用了Q345qE、Q345qD鋼板，其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》GB/T714—2008。Q345q級力學(xué)性能指標(biāo)與Q345級、Q345GJ級鋼材對比如表1所示。由表1可知，Q345級、Q345GJ級和Q345q級鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率接近，但Q345q級鋼材沖擊吸收能量比Q345級、Q345GJ級鋼高38.2%。

表1

2.焊接材料的選配原則

（1）焊材選配基本要求 ①焊接性能應(yīng)與基材相匹配。②焊接接頭（包括焊縫金屬和熱影響區(qū)）沖擊韌性不得低于母材標(biāo)準(zhǔn)。

（2）確定焊接材料的選配基本原則 ①CO2氣體保護(hù)焊用藥芯焊絲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《碳鋼藥芯焊絲》GB/T10045—2001，焊絲的熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能參考E50XT—1，但沖擊試驗(yàn)要求同母材。②埋弧焊絲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T12470—2003和生產(chǎn)廠家企標(biāo)，熔敷金屬沖擊試驗(yàn)要求同母材。焊絲化學(xué)成分參考牌號為H10Mn2，但對S、P含量控制要嚴(yán)于H10Mn2，對鎳含量有限制。③焊條執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《低合金鋼焊條》GB/T5118—1995，熔敷金屬化學(xué)成分和熔敷金屬力學(xué)性能參考型號為E5015(16)—G焊條，但沖擊試驗(yàn)要求同母材。

3.焊接材料的化學(xué)成分及性能指標(biāo)

對于本工程主要采用的Q345qE鋼，其沖擊試驗(yàn)溫度為-40℃，沖擊吸收能量值要求≥47J，因此與其對應(yīng)的焊接材料熔敷金屬沖擊試驗(yàn)也應(yīng)滿足此要求；對于Q345qD鋼，其沖擊試驗(yàn)溫度為-20℃，沖擊吸收能量值要求≥47J，因此與其對應(yīng)的焊接材料的熔敷金屬沖擊試驗(yàn)也應(yīng)滿足此要求。但為了便于生產(chǎn)施工管理，將Q345qE級鋼和Q345qD級鋼選用焊材的沖擊試驗(yàn)要求統(tǒng)一規(guī)定：沖擊溫度為-40℃，沖擊吸收能量值≥47J。

焊材化學(xué)成分及性能指標(biāo)要求如下：①氣體保護(hù)焊焊絲、焊條的化學(xué)成分及埋弧焊絲的化學(xué)成分如表2所示。②熔敷金屬拉伸試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表3規(guī)定。③熔敷金屬沖擊試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表4規(guī)定。

表2 化學(xué)成分要求

表3 熔敷金屬拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表4 熔敷金屬沖擊試驗(yàn)結(jié)果

4.焊材具體型（牌）號及廠家選定

根據(jù)上述選用要求，與國內(nèi)知名的幾家焊接材料生產(chǎn)廠家聯(lián)系，優(yōu)選規(guī)模大、所生產(chǎn)焊材類型多、技術(shù)實(shí)力強(qiáng)的生產(chǎn)廠家，確定其是否能提供滿足選用要求的焊材。最終選擇了武漢鐵錨焊接材料股份有限公司生產(chǎn)的CO2氣體保護(hù)焊焊絲（YCJ501Ni—1）、焊條電弧焊焊條（CJ507Ni）、埋弧焊焊絲（MCJQ—1）三種焊接材料。焊材進(jìn)廠后，首先進(jìn)行焊材復(fù)驗(yàn)，焊材復(fù)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 焊材進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)結(jié)果

5.CO2氣體保護(hù)焊采用實(shí)芯焊絲的可行性問題分析

現(xiàn)有焊絲國標(biāo)《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110—2008中，ER50XX—X系列焊絲，雖熔敷金屬拉伸試驗(yàn)?zāi)軡M足Q345qE母材指標(biāo)要求，但沖擊試驗(yàn)只能夠滿足-30℃、沖擊吸收能量值≥27J的要求。焊材廠家也沒有能夠滿足相應(yīng)要求的實(shí)芯焊絲；即使有，其采用的保護(hù)氣體也為富氬氣混合氣體（80%Ar+20%CO2）。

采用富氬氣保護(hù)氣體，優(yōu)點(diǎn)是合金燒損減少，焊縫更利于獲得優(yōu)良的力學(xué)性能，焊縫外觀成形好，飛濺少；缺點(diǎn)是焊接成本提高，焊接時(shí)對油、銹及水分等雜質(zhì)的敏感性增大，故焊前需嚴(yán)格清除被焊坡口表面的鐵銹、油污及水分等雜質(zhì)，否則對焊接工藝性能及焊縫力學(xué)性能極為不利。

目前鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)氣體保護(hù)焊保護(hù)氣體普遍采用的是CO2氣體。有的企業(yè)已經(jīng)在車間采用管道集中供CO2氣體，我公司車間即普及采用管道供氣。這樣減少了員工搬運(yùn)換氣瓶的時(shí)間，進(jìn)而提高了工作效率；而對于采用混合氣體，只能采取瓶裝混合氣體，無論從工作效率還是生產(chǎn)成本上考慮都是不經(jīng)濟(jì)的。因此未采用實(shí)芯焊絲用于橋梁結(jié)構(gòu)鋼焊接。

6.H型鋼焊接出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象

工程中的框架結(jié)構(gòu)鋼梁為焊接H型鋼，截面積為H2750mm×1200mm×40mm×50mm，長度為20 400mm，采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行打底、填充焊縫的焊接，門式埋弧焊進(jìn)行蓋面焊接。在打底、填充焊接完成后，進(jìn)行UT檢測，發(fā)現(xiàn)存在個別構(gòu)件在靠近H型鋼翼緣板側(cè)出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象，且深度不等，大小不一，如圖1所示，在深度10～30mm不等的陰影區(qū)域可能會出現(xiàn)夾渣缺陷。

圖1 夾渣示意

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，分析產(chǎn)生夾渣的原因如下：①采用藥芯焊絲焊接時(shí)，產(chǎn)生熔渣較實(shí)芯焊絲多，多層焊時(shí)如未清理干凈，則產(chǎn)生夾渣。②對于Q345qE級鋼，為滿足低溫沖擊要求，焊絲藥粉添加了鎳等合金成分，使沖擊吸收能量滿足母材要求。但合金元素的添加導(dǎo)致熔池金屬流動性變差，不利于熔渣的浮出，導(dǎo)致夾渣。③焊速過慢，焊渣超前，焊渣來不及浮起。④在焊接過程中或清根時(shí)，處理不當(dāng)，在翼緣板側(cè)或根部產(chǎn)生尖銳夾角。焊接時(shí)在尖角處生成熔渣，熔渣有一定粘度，緊貼翼緣板，冷卻快，熔池凝固后熔渣還未來得及浮出而產(chǎn)生夾渣，具體分如下三種情況，如圖2～圖4所示。

圖2

圖3

圖4

根據(jù)上述原因分析，確定預(yù)防夾渣缺陷的注意事項(xiàng)及采取的措施：①藥芯焊絲焊接電弧較軟，電弧穿透性差、熔深淺，每道焊縫焊接完畢后，認(rèn)真清除表面的熔渣，如發(fā)現(xiàn)表面夾渣則采用磨光機(jī)打磨或碳刨清除干凈后，再進(jìn)行下道焊縫的焊接。坡口寬度較寬時(shí)，應(yīng)采用分道焊進(jìn)行焊接，不應(yīng)寬擺動。②焊接過程中，焊絲送進(jìn)要均勻，以利熔渣浮起；始終保持清晰的熔池，使熔渣與熔池良好分離；適當(dāng)增大焊接電流，保證熔池停留時(shí)間，防止冷卻過快，以利熔渣浮出。③注意每道焊縫的成形質(zhì)量，焊縫金屬應(yīng)圓滑過渡到母材，避免焊縫與翼緣板側(cè)母材出現(xiàn)尖角；避免出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象；反面清根時(shí)，應(yīng)清根刨削出圓滑坡口形狀，避免出現(xiàn)尖角現(xiàn)象。④將構(gòu)件的一端墊起5°左右（見圖5），焊接方向如圖5中箭頭所示，目的是使焊接過程中產(chǎn)生的熔渣向熔池后流動，使熔渣浮在熔池的后面。⑤適當(dāng)提高預(yù)熱溫度以減緩熔池的凝固速度。⑥要求焊絲生產(chǎn)單位根據(jù)實(shí)際情況，對其生產(chǎn)的焊絲脫渣工藝性能進(jìn)行調(diào)整。

圖5

總結(jié)確定以上原因后，對焊工技術(shù)交底，在焊接過程中認(rèn)真執(zhí)行上述注意事項(xiàng)和措施，使焊接過程中夾渣缺陷的產(chǎn)生幾率大大降低。

7.結(jié)語

（1）通過對Q345q級鋼母材性能的分析，結(jié)合對市場現(xiàn)有焊材情況的調(diào)查，確定了相應(yīng)的匹配焊材，滿足了焊接生產(chǎn)的需要。

（2）對于焊工來講，鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)不同于其他的涉及焊接施工企業(yè)，不是流水作業(yè)，構(gòu)件形式不同，有板對接、T型、箱形，焊接位置又涉及平焊、橫焊和立焊，甚至涉及仰焊位置。焊工從一種構(gòu)件形式或焊接位置過渡到另一種構(gòu)件形式或焊接位置，需要有一個適應(yīng)期；從一種焊接材料過渡到另一種焊接材料同樣需要一個適應(yīng)周期。因此在焊工構(gòu)件形式轉(zhuǎn)換和焊接材料變化前，一定要對焊工進(jìn)行技術(shù)交底，讓其產(chǎn)生足夠的重視，同時(shí)在焊材變化前，應(yīng)加強(qiáng)對新焊材進(jìn)行試用，待其對新焊材的工藝性能有充分的了解和適應(yīng)后，再進(jìn)行實(shí)際構(gòu)件的焊接。