窄间隙焊接技术在钢结构制造中的应用

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1、’2004钢结构学术年会论文集窄间隙焊接技术在钢结构制造中的应用周军生(I-海宝冶建设有限公司)摘要本文详细阐述了窄间隙焊接技术在钢结构制造中的应用。1．前言近年来，我国的钢结构制造得到了很大的发展，特别是随着焊接结构的大型化，要求采用越来越厚的钢板和得到越来越好的焊接接头性能，这大大促进了厚板焊接技术的发展，其中主要的成就是具有高生产效率的埋弧焊和电渣焊的实际应用。同时，窄间隙焊亦被证明是焊接厚板的一种较好的高效率焊接方法。一方面，它采用简单的I型坡口，大大减少了熔敷金属的填充量，不仅提高了生产效率，而且减少了焊接材料和电能的消耗，降低

2、了焊接成本；另一方面，使用不太大的焊接线能量，可以得到优良机械性能的、变形小的优质焊接接头。所以窄间隙焊接厚板目前在世界许多工业发达国家得到了广泛的应用，在我国也得到了较好的研究和应用。在宝钢三期二炼钢厂房结构制造中，根据工厂现有的焊接设备和技术水平，我们对窄间隙焊接厚板进行了研究和应用，取得了较好的经济效益。2．焊接方法的选择根据国内外的应用情况，厚板焊接主要采用电渣焊和埋弧焊，但他们也存在一些不足：(1)电渣焊虽然能一次成型焊成任意厚度的焊件，但对要求较高的焊缝必须进行正火处理，总的生产周期长，对于一些强度级别较高的低合金钢，电渣焊缝

3、还必须进行较复杂的调质处理，才能达到所要求的机械性能：(2)在埋弧焊接中，由于热输入量较大，母材向焊缝过渡C元素及其它有害合金元素的含量398增加，特别是在母材熔合比大的坡口底部，因为受母材成分的影响较大，往往容易产生热裂纹，而且电流增大时，容易形成“梨形”熔池，从而易产生凝固裂纹。另外，埋弧焊接在坡口底层进行时，熔渣祛除困难。综上所述，单一的电渣焊或埋弧焊焊接厚板都有其难以克服的缺点，因此，我们综合了气体保护焊(焊接成本低、能耗低、抗锈能力强、抗裂性好和焊后不清渣)和埋弧焊(生产效率高、焊缝质量高和劳动条件好)的优点，采用气体保护焊(打

4、底)+埋弧焊(即SMAW+SAW)的焊接方法，较好地解决了上述问题。3．焊接工艺3．1坡口形式的选择窄间隙焊接的重要特点就是坡口截面小，普遍采用简单的I型坡口，但考虑到工厂实际的焊接设备能力，并能保证焊缝侧壁有足够的熔深及具体操作的方便，我们采用小角度的“V”型坡口，如图l所示：．。4。一6。图l2004铡结构学术{f=会论殳集原设计的普通焊接的坡L]形式如图2所叫：60图2两种坡[J的断面积比较如下(截面计算增加了焊缝余高约3mm)：S窄=f(23+12)+63】／2=1102——窄间隙焊缝的截面积S普=14*20+[(14+60)*(

5、63．20)]／2=1871——普通焊缝的截面积rl=(S普一S窄)／S普4100％=4l％——截面效率由此叮见，窄间隙焊比普通坡N焊接大大减少了焊丝填充量，从而降低了焊接成本，提高了生产效率。3．2焊接力。式及1．艺焊接接头的装配间隙是窄间隙焊接的丰耍规范参数之。，它自接影响焊道成形、焊缝质最及焊接过程的稳定性。间隙太小，不但容易使焊丝与焊道侧避打弧，而且焊宽受到限制，成形系数偏小，容易产牛结晶裂纹：间隙过大，会造成焊道两边未熔合，也失去了窄I'RJ隙的效果。试验农明，对于3-5ram的焊够，最侄的1'4隙值为12±1mm。窄间隙焊接的

6、特点就是坡口窄m深，故为了焊接区的·，J_靠保护，所需的气体流量要比‘般的气保焊大。试验证明，当气体流量达到30L／min以卜时，焊接【×即nJ。获得足够的保护。气体保护焊进行拿坡『_：1深度的i分之力i彳t即nJ’，余卜均采川埋弧闩动焊。埋弧焊由十热量大，对于此种窄间隙坡【_]形式，防【j．热裂纹的产牛即成为其_l!要问题。一方向，应严格控制焊接线能最，若焊接规范选择小11，使焊道断面形状恶化，就极易产牛热裂纹。通过多次试验获知，线能量在50kJ／cm以卜时，热裂纹即口J‘得到有效控制，『m且接头及热影响区的韧性良好，变形小：另力‘而，

7、冈为是荦道多层连续焊，即使线能量底，焊缝中心截面也是相对弱截面，成为产牛裂纹的隐患。为此，在具体操作中，当焊肉达到坡厂l深度的■分之二左有时，即将每道焊缝的焊丝指向交错地稍稍偏离中心处，这样，即可消除中心弱截面的影响，同时也解决了焊道上部较宽而造成的焊缝成形困难。为降低焊接应力，保证焊缝质量，焊前必须先进行预热。预热温度根据板厚焊接方式的不同f『Ij定。埋弧焊前预热温度为150～200。C；气保焊时，凶含氢量底，预热温度可稍底，为100～150℃。m于采用多层连续焊，在焊接过程中，后续对

8、j1_『道焊缝起同火作用，所以焊缝金属晶粒细小，韧

9、性好，I而n，由于实施连续焊，使母材金属能够较均匀地稀释到焊缝金属中，保证了接头强度。对于超厚板或其它拘束度较大的结构焊缝，还应采取退火措施以进‘步消除应力。3．3焊接规范采用不同的焊接规范，