窄間隙埋弧焊在建筑鋼結構的運用

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摘要：隨著焊接技術的發展，高熔敷率、小填充量的窄間隙埋弧焊逐漸在各個行業推廣使用。文中針對隨著對口間隙及坡口角度逐步減小開展窄間隙埋弧焊的焊接試驗，對焊接性及焊后金屬的力學性能進行對比分析，加深窄間隙埋弧焊技術在鋼結構中的應用了解，為后續技術革新提供一定的借鑒。

關鍵詞：窄間隙埋弧焊；焊接參數；力學性能

窄間隙埋弧焊技術最早是由美國科學家提出的，隨著焊接技術的發展，此技術在世界范圍逐漸被廣泛使用起來。窄間隙埋弧焊技術是在常規埋弧焊焊接方法的基礎上衍生出來的高效、低填充量的焊接工藝。目前窄間隙埋弧焊技術主要應用在鍋爐壓力容器、重型機械、造船和海洋結構等行業中，在鋼結構行業還是處于前期技術儲備探索階段［1］。隨著鋼結構行業的發展，超高層建筑鋼結構越來越多，厚板、超厚板占比也逐漸加大，常規傳統的焊接技術焊接填充量大，焊接變形大，已不能滿足鋼結構快速高效的發展。因此，探究窄間隙埋弧焊在鋼結構行業的應用性，總結成熟的焊接工藝已亟不可待。

1試驗開展

相比于常規開坡口的埋弧焊工藝，窄間隙埋弧焊不僅減少了焊接填充量，節約了焊材，而且提高了整個焊接過程的效率，縮短了勞動時間，并且由于窄間隙的特征，使得整個構件焊接殘余應力和應變也大大減小。因此，為探究窄間隙埋弧焊在鋼結構中的應用開展了此次試驗。1．1試驗重點及難點。（1）由于窄間隙焊接時的電弧軸線基本與側壁平行，因此如何保證焊縫與母材的側壁熔合是窄間隙焊接中較大的技術難點。（2）眾所周知，埋弧焊打底層的焊渣清理困難，更小的間隙是否會加重打底層焊后的清渣還值得探究。（3）埋弧焊熱輸入大，接頭的塑性、韌性有所降低，焊后的殘余應力大，如何通過控制參數最大化，以減少上述缺點是需要克服的難題。1．2焊接試驗開展。窄間隙埋弧焊的試驗開展計劃是在現有鋼結構坡口形式的基礎上，逐步減小坡口角度和對口間隙來探究焊接的可行性。試驗選用的試板尺寸為150mm×650mm，板厚分別為60，70，80mm，焊絲選用H10Mn2埋弧焊焊絲，試板坡口形式如圖1所示，尺寸參數見表1。試驗進行過程中對焊接試板每層每道的焊接工藝參數進行了記錄，試板焊接過程參數見表2。試驗初期進行參數調試時，打底層焊接完成后，出現微裂紋、焊渣較難清理的情況，分析原因主要是：①焊前預熱未做好；②底部坡口窄，焊接工藝參數不當，焊后焊縫快速冷卻收縮，焊渣夾嵌在坡口及焊道邊緣，導致清渣難度增大。后續按照標準要求進行焊前預熱，且通過降低電弧電壓、提高焊接速度及焊接分道嘗試，焊渣清理情況有明顯好轉。窄間隙埋弧焊整體焊接穩定，無電弧發飄等情況出現。不同坡口尺寸試板焊接過程如圖2所示。1．3試驗檢測。試板焊接完成后，按照GB50661—2011《鋼結構焊接規范》的要求進行外觀及力學性能檢測［2］，焊縫外觀檢測未發現肉眼可見的氣孔、夾雜等缺陷；UT檢測結果合格，抗拉強度、沖擊吸收功均滿足要求，彎曲試驗無裂紋，具體見表3。經過宏觀金相檢測，焊縫和熱影響區均熔合良好，無氣孔、裂紋等缺陷，如圖3所示。

2試驗探索

經過上述試驗可知，坡口對口間隙6mm，坡口角度20°及對口間隙10mm，坡口角度12°時均可焊接，且檢測結果合格。為了進一步了解常規焊接設備的極限，開展了進一步的縮減試驗，經過測試，增加了2組試驗：間隙6mm，坡口角度15°；間隙10mm，坡口角度10°。焊接完成后，與上述試樣進行同樣項目的檢測，各項力學性能檢測結果均合格，具體見表4。通過宏觀金相檢測可見焊縫與坡口兩側熔合較好，未出現未熔合等焊接缺陷，且焊縫寬度明顯減小，熔合面積明顯減小，如圖4所示。經過實際焊接演示，當坡口角度或間隙在上述基礎上再次減小時，焊槍頭已無法伸至坡口根部；去除保護套后前段焊絲在焊接過程中不穩定，影響正常焊接。試驗過程中，對同一板厚60mm的不同角度坡口焊接的焊絲消耗量進行了統計（表5），焊絲填充量較最初坡口形式的可減少大約一半，填充量大大減少。

3結論

（1）焊接操作性方面，窄間隙埋弧焊在鋼結構中厚板焊接時尤其需要注意嚴格按照要求進行預熱，以免在第1道焊接時，坡口驟熱產生裂紋；另外，焊接工藝參數調整及分道焊接可明顯改善打底層焊渣較難清理的情況。（2）焊縫力學性能方面，此次試驗所有的焊縫力學性能均滿足標準要求，焊縫熔合較好，窄間隙埋弧焊工藝可行。（3）由于常規埋弧焊設備的限制，窄間隙埋弧焊技術需要配備專門的焊接設備，方可實現極窄間隙、小坡口的焊接，實現更高效率、低成本焊接技術的推廣應用。（4）通過試驗，窄間隙埋弧焊焊接填充量少，熔敷效率高，焊接變形小，在鋼結構中有較好的應用性，但必須要有大量的試驗數據及成熟的焊接工藝參數方可大范圍推廣應用。

參考文獻：

［1］韓偉．窄間隙焊接技術簡介［J］．科技信息，2010（34）：418．

［2］GB50661—2011鋼結構焊接規范［S］．北京：中國建筑工業出版社，2011．

作者:于吉圣 欒公峰 談晶晶 朱俊濤 姚磊 婁小倩 單位:中建鋼構有限公司