无站台柱雨棚钢管桁架低温焊接技术

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1、无站台柱雨棚钢管桁架低温焊接技术无站台柱雨棚钢管桁架低温焊接技术刘瑜李荣浩龚剑波(中铁四局钢结构有限公司)摘要:大跨度无站台柱钢管桁架结构雨棚目前在火车站应用日益普遍,我们结合工程实例,对低温条件下的焊接问题进行了分析,进一步提出解决的办法.1概述由于无站台柱雨棚桁架结构跨度大(一般跨度都在4O一60米),桁架梁架设高度高(一般在1O米以上),桁架材料材质多为Q345B的大直径厚壁钢管.为保证焊接质量,焊接工作尽量在制作现场完成,但由于行车线施工运输条件的影响,现场仍然存在大量的焊接工作,再加上车站桁架结构工程普遍都是跨年度施工的,以北京站钢管桁架为例,车站桁架存在低温条件下焊接质量如何保证

2、的问题.因此,针对本工程焊接的重点和难点,我们先对焊接条件进行理论上的分析,通过理论分析来指导焊接参数的确定和焊接工艺评定.2焊接性分析2.1基本理论分析钢材的焊接性和其它材料的焊接性能一样,主要取决于它的化学成分.随着钢材强度级别的提高,钢中合金元素的增加,焊接性也会随着变化.焊接性主要表现为二方面的问题:一是焊接引起的各种冶金缺陷,对这类钢来说主要是各类裂纹问题;二是焊接时材料性能的变化,对这类钢来说主要是脆化问题.Q345B钢材的含碳量基本上在0.16%左右,因此,我们根据铁一碳合金平衡图(图1)分析含碳量在0.16%时的焊缝及热影响区的微观组织及性能.区域A:熔池(焊道)图1铁一碳合

3、金平衡图熔池温度超过液相线的区域,是焊接时完全熔化的区域.熔池的化学成分不能简单地事先确定.它是由熔化的母材,熔化的填充材料,以及由于焊接热(火焰,电弧等所产生的热量)使元素烧损或掺入所产生.冷却时,熔池凝固成铸造组织.区域B:熔合线熔合线出现在温度处于液相线和固相线之间的区域内.在这个区域内既存在晶体,又存在熔融金第一作者简介:刘瑜(1973-),男,高级工程师,1995年7月毕业于西南交通大学焊接专业,大学奉科,工学学士.联系电话:0551—3741984?12?刘瑜等:无站台柱雨棚钢管桁架低温焊接技术属.除了晶体,熔融金属部分具有足够的合金元素,伴生元素和气体.然而,浓度差别不是通过扩

4、散均衡的,因为加热和冷却进行得太快了.冷却时可以通过收缩过程将熔融的液体金属区域撕裂,致使形成热裂纹.如果由于钢的化学成份浓度在熔融区很大,例如由于高的硫含量所造成,就特别容易引起热裂纹危险.区域C:过热组织过热区是指加热温度远远超过A3线(911℃)区域.与母材相对比,在过热区大都产生具有硬度较大的,变形能力较小的粗晶粒组织.区域D:正火组织这个区域是指只是短时间加热超过A3线的区域.这个区域带来一个受过正火处理的,均匀的组织转变,该组织转变导致形成细晶粒组织,该区域比未受过热处理影响的母材往往具有更好的机械性能.区域E:部分组织转变区该区域的温度低于A3线,但高于723~C,在此温度范围

5、内珠光体部分转变成奥氏体,而后再转变珠光体.区域F:母材组织该区域温度不超过723~C,因此,组织和材料性能一般不发生变化.两种例外情况对实践而言是重要的.当温度在500～700℃之间时,冷作变形的组织在晶粒尺寸大小方面获得了改变.此过程称为再结晶.在经过大约5～15%冷作变形(1临界变形度)后,形成了韧性很小的粗晶粒组织.在焊接冷作变形的钢材时应该注意这个问题.由于焊接热的影响,冷作变形区会变成粗晶粒区,致使存在脆断的危险.因此,在标准和技术规程中规定了冷作变形钢的焊接条件.当温度在200～400%(兰色回火温度)时,会出现"人工时效"现象.前提是钢中存在冷作变形的组织及最低的氮含量.时效

6、起到一个大幅降低韧性的作用.以上是正常情况下的焊接性,在不同的焊接条件下,还必须考虑不同的焊接条件下产生的其他情况:(1)在快速冷却情况下的焊接.当焊接热被快速冷却时,可以达到或超过"临界冷却速度".由于快速冷却而造成高的硬度,此高硬度的程度与钢的化学成份有关.此时的组织转变过程不再符合铁一碳平衡图.在焊缝区域C和D中,会出现硬化.硬化区具有硬度高,变形能力很小,韧性很低,内应力大等特性.在结构钢中,如果硬化区的硬度显着超过硬度值350HV,在硬化区就存在开裂的危险(淬火裂纹).(2)组织转变对焊接性的影响.由于在焊接接头中的加热和冷却过程对碳钢和低合金钢的焊接性产生两个重要的限制:——不容

7、许的硬化情况——由硫形成的热裂纹硬化:生产制造焊接的钢结构时,在"一般的"焊接条件下,小的构件约束范围内,超过临界冷却速度的焊接冷却速度是不允许的.如果背离此条件,那么,由于较大的冷却速度,产生淬火裂纹的危险是存在的.在区域C和D中,由于硬化可能出现裂纹.硬化的程度只能由钢的化学成份来限制.由于在正常的焊接条件下,不允许产生由硬化而导致淬火裂纹,故钢材中的碳和其它几种合金元素不能超过下述极限值:元素极限含量碳