铸钢件与无缝钢管焊接技术

2012-06-0310:39:4626.53%铸钢件与无缝钢钢管焊接技技术华东分公司臧盐龙摘要：本文文结合合京沪高高速铁路路镇江江南站站站房工工程铸钢钢件同同无缝钢钢管焊焊接施工工中一一些技术术工作作及相关关经验验，通过过设计计院的相相关设设计文件件及现现场焊接接工艺艺的指导导，经经过权威威专家家的评审审，最最终根据据焊接接的成果果总结结出了在在管桁桁架结构构的现现场安装装中铸铸钢件同同无缝缝钢管的的焊接接工艺及及注意意要点。关键词：：京京沪高铁铁；镇镇江南站站；铸铸钢件；；无缝缝钢管；；焊接接技术CaststtteellaandseeamllesssssteeelpiipeweeldiinggteechhnolloggyYan-lonnngZAANGAbstacttt：ThisscommbiinattioonoofBeiijiing--ShhangghaaihhigghsspeeedraailwwayyZhhennjiaanggsouutthrraiilwaaystattiionbuuilddinngeenggineeerringgssteeelcasstiingsswwithhsseammleessstteellppipeewwelddinngcconnstrrucctioontecchnnoloogyyanndrellattedwoorkexxperrieencee,thrrouughthheddessignnoofttheereelaateddddesiignndoocuumenntssanndfieelddweelddinggpproccesssgguiidanncee,tthrrougghtheeaauthhorrityyoofeexppertts,,acccoordiinggtootthefiinallwwelddinngrressulttssummmaarizzeddinnppipeettrusssstrruccturreinsstaallaatiionoffstteeelccasstinngsswiithhseeammlessssteeellpiipeeweelddinggpproccesssaanddpooinntsfooraatttenttioon.Keyworrrds::TTheBeeijiingg-Shhannghaaihiggh--speeeddraaill；ZheennjiaanggSooutthRRaiilwaaystaatiion；CassttStteeel；SeaammlesssSteeellPiipee；WelddiingTeechnnollogyy1前言京沪高速铁路总总总长度1318公里，是是新新中国成成立以以来一次次建设设里程最最长、投投资最大大、标标准最高高的高高速铁路路。京京沪高铁铁的每每一座站站房都都成为了了百年年不休的的精品品铁路站站房。镇江江南站是镇镇江市第一一座现代化化的线下式式高架站房房，巨大的的、银白色色的圆弧包包裹着高速速铁轨和线线下站房，在在阳光下熠熠熠闪光，气气势非凡，雄雄伟壮观。镇镇江南站新新颖的建筑筑形式决定定了站房结结构的复杂杂性。按照照京沪高速速铁路站房房无柱雨棚棚的设计理理念，镇江江南站大雨雨棚结构大大量采用了了新型材料料节点———铸钢节点点（主要应应用于柱贯贯通式节点点及其他复复杂节点）。铸钢节点由于在厂内整体浇铸可免去节点相贯线切割以及消除重叠焊缝焊接所引起的应力集中，同时铸钢节点有良好的适用性，可铸造成各种形状以满足建筑及结构的需要。本文详细介绍以京沪高速铁路镇江南站工程铸钢节点与无缝钢管复杂空间节点焊接的关键施工技术2工程概况况况新建京沪高铁徐徐徐州至上上海段段镇江南南站位位于江苏苏省镇镇江市，在在既既有沪宁宁线以以北，在在常州州北站和和南京京南站之之间。京京沪高铁镇镇江江南站为全高高架架车站，站站台台规模为为两台台六线，双双岛岛式站台台。镇镇江南站站站房房形式为为线正正下式站站房，由由中心站站房（大大雨棚）和和两两边的站站台小小雨棚组组成，中中心站房房（大大雨棚）建建筑筑外墙东东西面面宽105m，南北进进深83.5588m。站房屋屋盖盖为拱形形钢结结构，主主构件件为落地地拱形形桁架，呈呈椭椭圆形沿沿站房房中心点点对称称布置。东东西西侧站台台区（小小雨棚）站站台台层标高高为13.775。屋盖的的无无柱雨棚棚采用用拱形钢钢结构构，主构构件为为落地拱拱形桁桁架,跨度58米，结构构最最高点距距地面面28.7799m。由于本工程的大大大雨棚结结构外外形特殊殊、跨跨度大使使某些些节点处处的杆杆件截面面增大大、杆件件数量量增多、节节点点构造复复杂,采用常规规节节点均无无法满满足设计计要求求,所以在这这些些节点处处采用用了铸钢钢连接接。整个个工程程中的铸铸钢节节点数合合计32个，同铸铸钢钢件相连连的无无缝钢管管的规规格为∅12000mm××300mm、∅10000mm××244mm、∅450mmm×224mm、∅299mmm×116mm、∅219mmm×112mm、∅180mmm×110mm。铸钢节节点点与铸钢钢支座座在网壳壳中的的分布如如图1、图2所示。图1大雨棚屋面面结结构平面布布布置图图2大雨棚屋面面结结构立面剖剖剖面图说明：节点①②②②③④⑤⑤⑥为空心铸铸钢钢件，共共计24个。⑦⑧节点为实实心心铸钢件件，共共计8个。3本工程铸铸铸钢节点点的几几种形式式本工程铸钢件节节节点为树树型铸铸钢件节节点，具具体见图3、图4。1200mm的的的支撑钢钢柱，顶端用铸钢节点点点和四根根斜的的钢管做做支撑撑构件图3支撑钢柱（节节节点①②）铸钢件件节节点效果果图图4铸钢节点（节节节点⑥）同桁架架连连接效果果图、原原设计图图（其其它节点点类似似）4现场焊接接接工艺焊接用途的铸钢钢钢件材料料可按按《GB/TT76599-220100焊接结构构用用铸钢件件》选选择，该该标准准有3个牌号，最最最高牌号号是ZG27755-4885HH。近年高高牌牌号钢材材应用用越来越越普遍遍，我国国铸钢钢件标准准没有有与之相相当的的牌号，现现多多参照DINEEN1102293选择材料料，采采用G20MMnn5，该材料料焊焊接性能能良好好，合理理控制制化学成成分，配配合热处处理，其其屈服强强度≥300MMPPa，抗拉强强度≥500MMPPa，完全能能达达到与Q345相当的力力学学性能。本文中铸钢节点点点焊接为为异种种材质焊焊接，即即材质为为G220Mnn5的的铸钢件件与材材质为Q3455B的无缝钢钢管管焊接。其其焊焊接的难难点和和重点在在于异异种材料料焊接接工艺的的确定定和高空空全位位置焊接接中节节点变形形的控控制。4.1可焊性性性分析4.1.1根根根据原设设计图图纸对桁桁架材材料的要要求，所所有无缝缝钢管管的材质质均为为Q3455B（表1）。表1Q345BBB钢材化学学元元素含量量表牌号CSiMnPSVNbAlTiQ345B≤0.20≤0.55≤1.70≤0.040.0400.02-0...150.015-000.0660-0.02-0...204.1.2根根根据上表表格Q3455B无缝钢管管的的材料性性能，铸铸钢节点点采用用可焊接接铸钢钢GS-2200Mn55QTT。其化学学成成分和力力学性性能如表2。表2G20Mnnn5钢材化学学元元素含量量表牌号CSi≤MnP≤S≤Ni≤G20Mn5QQQT0.17～0...230.601.0~1.66600.020.020.8注：实际碳含量量量比表中中碳上上限每减减少0.011%允许实际际锰锰含量超超出表表中锰上上限0.044%，但总超超出出量不得得大于于0.2%（表3）。表3G20Mnnn5铸钢材力力学学性能表表牌号铸件壁厚σs(MPa)))σb(MPa)))δ(%)Akv(j)G20Mn5QQQTt≤65≥240≥450~60000≥24≥70注：其中Akvvv为室温下下的的数值钢材焊接性能的的的好坏主主要取取决于它它的化化学组成成。而而其中影影响最最大的是是碳元元素，也也就是是说金属属含碳碳量的多多少决决定了它它的可可焊性。钢钢中中的其他他合金金元素大大部分分也不利利于焊焊接，但但其影影响程度度一般般都比碳碳小得得多。钢钢中含含碳量增增加，淬淬硬倾向向就增增大，塑塑性则则下降，容容易易产生焊焊接裂裂纹。通通常，把把金属材材料在在焊接时时产生生裂纹的的敏感感性及焊焊接接接头区力力学性性能的变变化作作为评价价材料料可焊性性的主主要指标标。通通过上述述两个个表格的的对比比，Q3455B碳含量≤0.20，G20MMnn5铸钢件碳碳含含量在0.17～0.23之间，没没有有超过0.25，故两种种材材料是可可焊接接的。4.2焊接工艺艺艺的确定定该工程设计要求求求所有铸铸钢件件同无缝缝钢管管的焊接接均为为V形坡口（形形形式如图5），此坡坡口口形式可可减少少焊接断断面，减减少根部部与面面缝部收收缩差差，防止止由于于焊接应应力过过度集中中在近近面缝区区产生生撕裂现现象。节点①立面图节点③立面图节点⑥立面图节点⑧立面图节点①剖面图节点③剖面图节点⑥剖面图节点⑧剖面图图5铸钢节点（节节节点①③⑤⑥）坡口形形式式4.2.1焊接接接参数选选择(表4)表4焊接工艺评评定定项目表序号评定项目预热温度焊材的选用备注1Q345B+++GSS--200Mnn5QT钢(40+70mm))实芯焊丝丝COO2气体保护护焊焊平焊焊焊接工工艺评定定铸钢件220～～～2500C无缝钢管180～200000CJM58<1...2打底底、中间间、盖盖面本工程中铸钢件件件的焊接接壁厚厚有以下下几种种：（25、45、50、65）mm；而Q3455B材质同铸铸钢钢件连接接的无无缝钢管管壁厚厚为：（10、12、16、24、30）mm。故铸钢钢件件采用壁壁厚为为70mm及Q3455B材质的无无缝缝钢管采采用板板厚为40mm。满足了了现现场所有有焊接接节点2Q345B+++GSS--200Mnn5QT钢(40+70mm))实芯焊丝丝COO2气体保护护焊焊横焊焊焊接工工艺评定定铸钢件220～～～2500C无缝钢管180～200000C3Q345B+++GSS--200Mnn5QT钢(40+70mm))实芯焊丝丝COO2气体保护护焊焊横立焊焊接工工艺评定定铸钢件220～～～2500C无缝钢管180～200000CJM56<1...2打底底、中间间、盖盖面4Q345B+++GSS--200Mnn5QT钢(40+70mm))实芯焊丝丝COO2气体保护护焊焊坡立焊焊接工工艺评定定铸钢件220～～～2500C无缝钢管180～200000C5Q345B+++GSS--200Mnn5QT钢(50++32mmm))手工电弧弧焊焊仰焊焊焊接工工艺评定定铸钢件220～～～2500C无缝钢管180～200000CCHE507<<<3.2打底,<44..0中间间、盖面面6Q345B+++GSS--200Mnn5QT钢(50++32mmm))手工电弧弧焊焊坡仰焊焊焊接接工艺评评定铸钢件220～～～2500C无缝钢管180～200000C综合考虑现场拼拼拼装焊缝缝的焊焊接位置置,焊接效率率和和减小热热输入入、控制制焊接接变形量量,拟采用以以下下焊接方方法：：⑴所有仰焊、坡坡坡仰焊位采采用用手工电电弧焊焊；⑵平焊、横焊、立立立焊、坡坡立焊焊位采用用COO2气体保护护焊焊；⑶所有焊缝的打打打底焊选用用焊焊条打底底(由于构件件制制作的误误差,,坡口间隙隙或或大或小小,根据坡口口间间隙选用用直径径∅3.22～4.00的焊条)；⑷焊接电流及电电电压的选择择见见表5、6。表5手工电弧焊焊焊焊接工艺参参参数表焊接方法焊接位置焊条电流电弧电压层次手工焊仰焊∅3.2mmm110～14000A20～22V打底手工焊仰焊∅4.0mm140～18000A20～25V中间手工焊仰焊∅4.0mm160～18000A20～25V盖面表6CO2气气体体保护焊焊焊焊接工艺艺参数数表焊接方法焊位焊丝焊接电流电弧电压气体流量层次CO2气保焊横焊JM58180～22000A30～35V22～27ll/minn打底CO2气保焊横焊JM58200～28000A30～40V22～27ll/minn中间CO2气保焊横焊JM58200～28000A30～40V22～27ll/minn盖面CO2气保焊立焊JM56100～12000A15～23V20～24ll/minn打底CO2气保焊立焊JM56180～2000A20～25V20～24ll/minn中间CO2气保焊立焊JM56170～1900A19～24V20～24ll/minn盖面4.3焊接工艺艺艺及步骤骤4.3.1组对对对组队前将铸钢件件件接头坡坡口内内壁15～20mm的锈蚀和和污污物清理理干净净并将凹凹凸处处磨平。4.3.2校正正正、预留留焊接接收缩量量组队后用同心度度度仪等专专用器器具对同同心度度、曲率率过渡渡线认真真核对对，确认认无误误后，用用手拉拉葫芦、千千斤斤顶等工工具把把接头处处坡口口间隙顶顶至收收弧部大大于起起焊部1.5～2mm的焊接收收缩缩量，以以保证证整个焊焊接节节点最终终的收收缩相等等，避避免焊接接应力力的产生生，然然后进行行定位位焊。4.3.3焊前前前防护及及清理理本工程铸钢件焊焊焊接属于于高空空作业，所所以以焊接前前需搭搭设操作作平台台，并检检查该该平台是是否稳稳妥、安安全。焊焊接部位位用彩彩条布或或防护护帆布搭搭设防防风防雨雨措施施。定位位焊的的起焊段段与收收弧处必必须用用角向磨磨光机机修磨成成缓坡坡状，分分段检检查并确确认无无未熔合合、裂裂纹、气气孔等等焊接缺缺陷，清清除飞溅溅及粉粉尘。4.3.4焊前前前预热G20Mn5的的的铸钢件件与Q3455B的无缝钢钢管管在焊接接时对对预热温温度、层层间温度度、后后热温度度要求求较高，焊焊前前预热是是加热热阻碍焊焊接区区自由膨膨胀、收收缩的部部位，使使其达到到预定定的温度度值。其其目的是是消除除焊接区区段骤骤冷骤热热差、蕴蕴含水分分，减减缓始焊焊层温温度散失失，推推迟收缩缩发生生的时间间。预预热时应应沿焊焊缝中心心两侧侧100mmm以内进行行全全位置均均匀加加热。加加热温温度按照照本工工程焊接接工艺艺评定选选择。当当预热温温度达达到预定定值后后，恒温20～30分钟。温温度度的测试试需在在离坡口80～100mmm处采用远远红红外温度度计进进行。加加热要要绕管运运作，避避免因加加热不不均匀、单单点点温度过过高而而造成对对铸钢钢件的损损伤。4.3.5正式式式焊接⑴根部焊接全位置管-管对对对接接头头在焊焊接根部部时，应应自焊口口的最最低处中中心线线10mm处起弧至至管管口的最最高处处中心线线超过过10mm左右止，完完完成半个个焊口口的封底底焊，另另一半焊焊前应应将前半半部分分始焊与与收尾尾处修磨磨成缓缓坡状，在在前前半部分分焊缝缝上起弧弧至前前半部分分结束束焊缝上上收弧弧，完成成整个个管口的的封底底焊接，确确保保焊肉介介于3.0～3.5mmm。⑵填充层焊接在焊接填充层时时时，要注注意保保证较高高层间间温度，使使正正在焊接接的层层次与已已焊层层特别是是近根根部层的的温度度差较小小，从从而使得得焊接接接头从从压应应力状态态转变变成拉应应力状状态（焊焊缝厚厚度的1/2～1/3）的时间间尽尽可能延延长，从从根本上上避免免冷热裂裂纹的的产生。填填充充层焊接接前应应也别注注意剔剔除前层层焊道道上的凸凸起部部分与黏黏附在在破壁上上的粉粉尘，注注意消消除坡口口边沿沿条状、豆豆状状未熔合合物及及凹陷夹夹角。每每道焊道道应保保持宽810mmm、厚3～4mm。运焊时时采采用“8”字方式，焊焊焊接仰焊焊部位位时采用用小直直径焊条条，仰仰爬坡时时电流流逐渐增增大，在在平焊部部位再再次增大大电流流焊接，在在坡坡边注意意停顿顿，以便便于焊焊缝金属属与母母材的充充分熔熔合。在在接近近盖面时时应注注意均匀匀留出出1.5～2mm的坡口深深度度，不得得及坡坡口边，为为面面层焊缝缝做好好准备。⑶面层焊接：面层焊接直接关关关系到焊焊接接接头的外外观质质量能否否满足足要求，因因此此应严格格按照照工艺评评定参参数执行行，水水平固定定口的的宽幅小小于焊焊条直径径的1/5～1/4时，可不不采采用多道道面缝缝，垂直直与斜斜固定口口须采采用多层层多道道焊。严严格执执行多层层多道道焊原则则，以以控制线线能量量的增加加，焊焊缝严禁禁超高高超宽。在在焊焊道清理理时尽尽量减少少碳弧弧气刨，一一面面焊道表表面附附着的高高碳晶晶粒无法法完全全清除，致致使使焊缝内内含碳碳量增加加，从从而出现现延迟迟裂纹。⑷后热与保温（消消消氢处理理）焊后热处理采用用用电加热热法，采采用10kW的绳形加加热热器加热热，2根K型热电偶偶测测温，硅硅酸铝铝玻璃纤纤维棉棉保温，DWK--AA360型热处理理控控制器控控制温温度，打打点式式自动温温度记记录仪记记录温温度曲线线。加加热绳根根据管管径不同同选择择，加热热绳沿沿接管周周向以以焊缝为为中心心逐圈缠缠绕，不不允许重重叠，宽200mmm，加热区区以外不小小于100mmm范围内采采用硅酸铝铝玻璃纤维维棉保温，测测温热电偶偶应紧贴被被加热面。⑸焊缝的清理与与与检测要求焊缝