摘要：本文研究了某博物馆钢结构的焊接。从多个方面介绍了高强度钢Q420C 的现场焊接工艺，通过实践及效果分析，总结出了Q420C现场焊接工艺的特点，为以后高强度钢的应用提供质量保障。
关键词：焊接工艺；Q420C钢；高强度钢；钢结构
最近，高强度钢引起了许多行业的高度关注，今后材料业将大力发展高强钢。张之洞博物馆的主体结构采用了全钢结构形式。而它的大部分钢材都使用了高强度钢Q420C。它的建筑造型非常复杂，通过焊接连接和栓焊连接进行构件连接，对现场焊接的要求极高。但是Q420C钢具有较高的碳当量，淬硬倾向严重，并且需要高空焊接，导致较大难度的质量控制。针对这些问题，本文分析并总结了Q420C高强钢的焊接工艺。
1 选择合适的焊接材料及方法
在高强度钢Q420C中，存在合金元素，导致冲击韧性降低、焊接应力大等问题和未焊透、焊接裂纹等缺陷容易产生，从而影响了焊接质量，因此选择合适的焊接材料和工艺变得非常关键。
1.1 分析Q420C高强度钢的焊接特点
焊后，Q420C钢在冷却时，淬火组织易在热影响区形成，增加了硬度，塑性变差，导致冷裂纹形成，比如高约束度接头进行焊接时，使用高热输入焊接法时，热裂缝也会出现。所以，要选用合适的焊接材料，在力学强度上，焊缝必须与母材相匹配，且应使用碱性焊材。同时，需要选择合适的焊接顺序和工艺参数。
1.2 钢材性能和焊材
Q420C钢的化学成分如表１所示，它的力学性能如表２所示。
1.3 确定焊接材料及方法
针对钢结构现场焊接中，要求全熔透焊和较厚的钢板等问题，总结出如下的现场焊接方法：（1）选用Ф1.0ｍｍ、ER50－６的焊丝和CO2气体保护焊；（2）采用Ｅ5015（Ｊ507）规格 Ф4.5ｍｍ的焊条，进行手工焊。
２评定Q420C钢焊接工艺
依照有关规定，进行母材、焊机种类、焊材强度、焊接极性的匹配。把操作手法的加强作为重点，通过现场施工环境的模拟，对焊接工艺进行了评定，从而确定出了工艺技术措施和流程。通过反复实验和多次研究分析，总结出了CO2 保护焊在常规条件下的焊接参数，如表３所示。
３ 焊接工艺
在本工程中的现场焊接主要包括以下三种连接方式：箱型柱对接，箱型梁和箱型柱的连接，工字型梁与箱型柱的连接。1200ｍｍ×600ｍｍ为箱型梁的最大截面参数，1000ｍｍ×1000ｍｍ为箱型柱的最大截面参数，钢材具有50ｍｍ的最大板厚。主要的焊缝形式为：立焊、平焊、横焊、全位置焊接，焊缝时选用全熔透焊，即加内衬垫板型的单边坡口焊接。由于焊接具有钢板较厚，工程量较大的特点，所以焊接施工主要采用半自动焊技术，附带CO2气体保护，并辅以手工电弧焊，采用的焊接工艺参数如表４所示。
４ 分析焊接顺序及注意事项
本工程现场焊接主要采用是半自动的CO2保护焊，辅以手工电弧焊。进行焊接施工时，应分层次和区域，以便所有的空间单元都能进行框架系统的形成，以确保整个施工过程中的结构稳定性，以便分区校正调整的进行。焊接应该从整个框架系统结构的中心开始，框架形成后再向四周扩展。进行焊接时，首先对柱进行焊接，再对梁，并且先主梁后次梁。需要两人对称同速焊接柱子；禁止两头同时焊接梁。
在焊接过程中应注意以下方面：导电嘴和工件之间的距离在10-15mm范围内；杜绝定从位焊以外的母材上进行引弧；利用二次电流进行收弧，防止出现明显的弧坑及收弧部位的裂纹；道与道间的沟槽应在1mm以下；及时处理多层多道焊的焊道；禁止分段焊接试件。
５ 控制焊后变形和焊接应力
焊接时，对焊接变形和应力的控制是必不可少的。应综合控制焊接变形和应力，并且与整体钢结构都密切相关。以下介绍了相关控制措施如：
（1）在安装钢柱时，首先应对齐上下节柱的顶部中心，然后临时固定一下连接耳板，最后搭设操作平台。再进一步定位柱对接焊缝中的四条固定焊。接着，实施打底焊，在焊接中应密封垫板与坡口内母材之间的连接，随后在打底焊上进行填充焊接，焊接方向与第一层的方向应该相反，进行依此类推，通过逐道逐层焊接来填满坡口。在焊接每个焊缝后，应该使飞溅物和焊接渣完全清除掉，完成焊接厚度的1/3后，便可以割去临时连接耳板，然后进行焊接直到填满坡口。进行钢柱焊接时，两个焊工应该进行对称焊接，且其焊接速度和焊接电流必须一致。
（2）焊接钢柱时，必须跟踪测量柱的顶部坐标，以避免由于过大的焊接变形导致柱上部偏离，从而影响后续的节柱安装。如果偏差过大，请调整构件的焊接过程，确保安装上部构件的准确定位。
（3）寻找时间和空间上，均适合的焊接和吊装的顺序，尽量错开各个结构单元，对于不同构件的连接处，应进行若干定位板的安装，以防止附加变形。
（4）焊接前应预热焊件，随后应控制焊中层温。应在坡口两侧设置预热加热区域，且加热区的半径不小于100mm。预热是为了降低两侧母材和焊接区之间的温差，减少焊接压力，降低冷却速度。
（5）焊接柱与梁接头的顺序如下：首先焊接梁下翼缘板，接着为上翼缘板。不能同时焊接梁的两端，应分开焊接。腹板使用高强度螺栓进行连接，且焊接翼缘板时，应在焊接前进行栓固定。
６ 检验及返修工艺
焊缝无损检测和外观检验，应基于规范和图纸要求。焊接通过自检后，应签上焊工钢印编号。否则，必须返修。
（1）查出焊缝有缺陷后，应移除其两端50mm内的焊接。接着，实施补焊，采用普通焊接工艺即可，最后再进行复检。
（2）应向技术负责人及时报告焊缝裂纹，确定补修方案后，才进行处理，焊工不能擅自处理。在同一位置，返修次数不应超过两次。
7 结 论
环境因素会严重地影响现场焊接。本文通过焊前焊接工艺评估和对实际焊接工艺严格控制，并结合实际情况，采取一系列的相关措施，完成该工程的整个钢结构的焊接，实现了预期目标。而且，通过超声波检查所有焊缝，得出合格率已超过98％，且所有二次返修均合格，有助于Q420钢的推广和使用。
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[4]丁肖.重型工程机械吊臂焊接工艺研究[D].西安工业大学，2012.
论文作者:王恩文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/24
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