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國家體育場鋼結構埋設件壓力埋弧焊新工藝的開發與應用

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    孫煉彬 蘆廣平 李海斌
    （北京城建精工鋼結構工程有限公司）
    摘要：在埋設件鋼筋T型接頭的焊接方法中，通常采用壓力埋弧焊技術，目前沒有專用的壓力埋弧焊機，用螺柱焊機取代壓力埋弧焊接設備，是我們工作的基本思路。實踐中我們對螺柱焊機進行了改造，同時對焊接工藝進行了研究和開發，并且成功的把此項技術應用于國家體育場的結構埋設件制作上，保證了焊接質量和工期。
    關鍵詞：結構埋設件 焊機改造 焊接工藝 金相分析 工藝參數


    1．工程簡介
    國家體育場位于北京市成府路南側，奧林匹克公園中心區內，是北京2008年奧運會的主體育場。主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射形布置，與屋面及立面的次結構一起形成了"鳥巢"的特殊建筑造型。大跨度屋蓋支撐在周邊的24根桁架柱之上。在主桁架柱之間有不規則分布的次結構柱，主桁架柱與次結構柱下部埋設件共有568個,焊接接頭約有12000個，由于工作量大，焊接環境狹小，出于保證焊接質量和工期的要求，設計院規定：柱子埋設件在鋼筋與地腳板和鋼錨板之間采用壓力埋弧焊焊接，實現鋼筋全截面焊接。為達到設計要求，在保證質量的前提下加速工程進展，決定改造螺柱焊機，并研究開發一種新的焊接工藝。
    1.1 鋼結構埋設件圖如下所示：

    1.2 鋼板材料全部為Q345B，鋼筋為HRB400級鋼筋。

    2．焊機改造
    由于普通鋼筋沒有鋁制引弧結并且瓷套保護套只適用于較小直徑（≤12mm）栓釘，所以不能直接用于鋼筋的焊接，同時也不滿足設計要求。為此做了以下改造。


    3．焊接工藝評定
    根據JGJ81-2002《建筑鋼結構焊接技術規程》的有關規定對本次工藝評定作如下設計：
    3.1 焊接工序設計
    　　鋼筋下料→鋼筋端口打磨及倒角→鋼板定位→焊機電壓及電流的調整→鋼筋上槍→調整鋼筋伸出長度→調整提升高度→中心對正→焊劑填充→焊接→空冷→焊渣清除→力學實驗（與母材等強為合格）
    3.2 焊接工藝參數的選擇
    　　（1） 焊接材料的選用
    由于是Q345B鋼板與HRB400的鋼筋對焊，要求焊縫的抗裂良好，同時考慮到焊接接頭應與母材等強的原則，選用堿性焊劑CHF101。
    CHF101是氟堿型燒結焊劑，堿度約1.8，呈球形顆粒，粒度10-60目，具有優良的焊接工藝性能，電弧燃燒穩定，焊縫具有成型美觀，脫渣容易，焊縫具有較高的低溫沖擊韌性，可交流直流兩用。
    (2)焊接方法：
    本焊接工藝參數主要為：電流、通電時間、鋼筋伸出長度及提升高度。根據鋼筋的直徑不同以及被焊鋼材表面狀況選定不同的工藝參數。焊機進線為鋼芯不得小于25?2,長度小于100m，長度大于100m應用35?2，φ20的鋼筋選用以下焊接工藝參數。

    焊后平均縮短約9.4mm。

    焊接過程結束，維持4秒以上時間等待焊縫成型后方可打開焊劑盒，將T型螺紋釘的錨板移出焊槍夾持部位后方可打開焊劑盒，移開焊槍，回收焊劑（清理焊渣）待下次重復使用。整個焊接過程約2分鐘。
    4．拉伸實驗


    根據拉伸實驗結果可知完全符合設計規范要求，達到與母材等強。
    5．焊縫宏觀金相、金相組織分析
    為了近一步證實我們試驗的可靠性，進行了宏觀和微觀金相。

    5.1 宏觀金相：
    采取與焊接方向垂直的截面為試驗面，將該試面冷加工磨削后，再手工精磨拋光，用硝酸水溶液腐蝕，經過觀察焊縫與鋼板之間無缺陷。

    5.2 微觀金相組織：
    （1）焊縫區:大多為粒狀貝氏體和針狀鐵鐵素體交叉混合分布，還有部分方向性分布的粒狀貝氏體和少量側板貝氏體，所有的粒狀貝氏體中的島狀相和側板條貝氏體多數已分解。

    （2）鋼筋側熱影響區
    精晶區：晶內多數為粒狀貝氏體和針狀鐵素體交叉混合分布，還有一些自晶界向晶內生長分布的粒狀貝氏體和側板條貝氏體。粒狀貝氏體中的島狀相和側板條貝氏體大多都已分解。

    細晶區：組織沒有根本變化，只是晶粒明顯小于粗晶區。
    不完全重結晶區：鐵素體、珠光體及少量保留有方向性粒狀貝體和側板條貝氏體的形貌組織，粒貝和側板條貝氏體形貌的組織基本全部分解。
    （3）鋼板側熱影響區
    粗晶區：晶內多數為方向性分布的粒狀貝氏體和側板條貝氏體，還有一些粒狀貝氏體、針狀鐵素體交叉混合分布的組織；粒貝中的島狀相部分已分解。

    細晶區：晶粒明顯細化，組織為鐵素體、珠光體和仍保持方向分布的粒狀貝氏體，粒貝中島狀相已全部分解。
    不完全重結晶區：多數為鐵素體和珠光體組織呈帶狀分布，還殘留有方向性粒狀貝氏體形貌的組織，其中島狀相全部分解。
    6．工程應用：
    根據試驗的結果，我們對焊接工藝進行了總結。

    國家體育場有500多個埋設件1萬多接頭全部按此焊接工藝進行指導焊接，施工過程中對T型接頭進行抽檢40多件，全部試驗合格。目前國家體育場鋼結構柱已經全部安裝完畢，每根柱重量達700多噸，沒有發生因埋設件焊接質量而引起柱子安裝變形。
    7．結束語
    國家體育場埋設件壓力埋弧焊速度快質量好說明了我們改造后的焊機和工藝是可靠的，經過本工程的驗證，此焊接工藝能夠保證T型焊的焊接質量而且工藝簡單易操作，焊接速度快，適宜推廣應用。后續工程大量埋設件將采用這項技術，建議生產廠家根據這次設備改造的經驗生產出定型產品，以此來進一步推廣應用鋼結構埋設件壓力埋弧焊新工藝。
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