窄间隙埋弧焊在建筑钢结构的运用

导语：窄间隙埋弧焊在建筑钢结构的运用一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要：随着焊接技术的发展，高熔敷率、小填充量的窄间隙埋弧焊逐渐在各个行业推广使用。文中针对随着对口间隙及坡口角度逐步减小开展窄间隙埋弧焊的焊接试验，对焊接性及焊后金属的力学性能进行对比分析，加深窄间隙埋弧焊技术在钢结构中的应用了解，为后续技术革新提供一定的借鉴。

关键词：窄间隙埋弧焊；焊接参数；力学性能

窄间隙埋弧焊技术最早是由美国科学家提出的，随着焊接技术的发展，此技术在世界范围逐渐被广泛使用起来。窄间隙埋弧焊技术是在常规埋弧焊焊接方法的基础上衍生出来的高效、低填充量的焊接工艺。目前窄间隙埋弧焊技术主要应用在锅炉压力容器、重型机械、造船和海洋结构等行业中，在钢结构行业还是处于前期技术储备探索阶段［1］。随着钢结构行业的发展，超高层建筑钢结构越来越多，厚板、超厚板占比也逐渐加大，常规传统的焊接技术焊接填充量大，焊接变形大，已不能满足钢结构快速高效的发展。因此，探究窄间隙埋弧焊在钢结构行业的应用性，总结成熟的焊接工艺已亟不可待。

1试验开展

相比于常规开坡口的埋弧焊工艺，窄间隙埋弧焊不仅减少了焊接填充量，节约了焊材，而且提高了整个焊接过程的效率，缩短了劳动时间，并且由于窄间隙的特征，使得整个构件焊接残余应力和应变也大大减小。因此，为探究窄间隙埋弧焊在钢结构中的应用开展了此次试验。1．1试验重点及难点。（1）由于窄间隙焊接时的电弧轴线基本与侧壁平行，因此如何保证焊缝与母材的侧壁熔合是窄间隙焊接中较大的技术难点。（2）众所周知，埋弧焊打底层的焊渣清理困难，更小的间隙是否会加重打底层焊后的清渣还值得探究。（3）埋弧焊热输入大，接头的塑性、韧性有所降低，焊后的残余应力大，如何通过控制参数最大化，以减少上述缺点是需要克服的难题。1．2焊接试验开展。窄间隙埋弧焊的试验开展计划是在现有钢结构坡口形式的基础上，逐步减小坡口角度和对口间隙来探究焊接的可行性。试验选用的试板尺寸为150mm×650mm，板厚分别为60，70，80mm，焊丝选用H10Mn2埋弧焊焊丝，试板坡口形式如图1所示，尺寸参数见表1。试验进行过程中对焊接试板每层每道的焊接工艺参数进行了记录，试板焊接过程参数见表2。试验初期进行参数调试时，打底层焊接完成后，出现微裂纹、焊渣较难清理的情况，分析原因主要是：①焊前预热未做好；②底部坡口窄，焊接工艺参数不当，焊后焊缝快速冷却收缩，焊渣夹嵌在坡口及焊道边缘，导致清渣难度增大。后续按照标准要求进行焊前预热，且通过降低电弧电压、提高焊接速度及焊接分道尝试，焊渣清理情况有明显好转。窄间隙埋弧焊整体焊接稳定，无电弧发飘等情况出现。不同坡口尺寸试板焊接过程如图2所示。1．3试验检测。试板焊接完成后，按照GB50661—2011《钢结构焊接规范》的要求进行外观及力学性能检测［2］，焊缝外观检测未发现肉眼可见的气孔、夹杂等缺陷；UT检测结果合格，抗拉强度、冲击吸收功均满足要求，弯曲试验无裂纹，具体见表3。经过宏观金相检测，焊缝和热影响区均熔合良好，无气孔、裂纹等缺陷，如图3所示。

2试验探索

经过上述试验可知，坡口对口间隙6mm，坡口角度20°及对口间隙10mm，坡口角度12°时均可焊接，且检测结果合格。为了进一步了解常规焊接设备的极限，开展了进一步的缩减试验，经过测试，增加了2组试验：间隙6mm，坡口角度15°；间隙10mm，坡口角度10°。焊接完成后，与上述试样进行同样项目的检测，各项力学性能检测结果均合格，具体见表4。通过宏观金相检测可见焊缝与坡口两侧熔合较好，未出现未熔合等焊接缺陷，且焊缝宽度明显减小，熔合面积明显减小，如图4所示。经过实际焊接演示，当坡口角度或间隙在上述基础上再次减小时，焊枪头已无法伸至坡口根部；去除保护套后前段焊丝在焊接过程中不稳定，影响正常焊接。试验过程中，对同一板厚60mm的不同角度坡口焊接的焊丝消耗量进行了统计（表5），焊丝填充量较最初坡口形式的可减少大约一半，填充量大大减少。

3结论

（1）焊接操作性方面，窄间隙埋弧焊在钢结构中厚板焊接时尤其需要注意严格按照要求进行预热，以免在第1道焊接时，坡口骤热产生裂纹；另外，焊接工艺参数调整及分道焊接可明显改善打底层焊渣较难清理的情况。（2）焊缝力学性能方面，此次试验所有的焊缝力学性能均满足标准要求，焊缝熔合较好，窄间隙埋弧焊工艺可行。（3）由于常规埋弧焊设备的限制，窄间隙埋弧焊技术需要配备专门的焊接设备，方可实现极窄间隙、小坡口的焊接，实现更高效率、低成本焊接技术的推广应用。（4）通过试验，窄间隙埋弧焊焊接填充量少，熔敷效率高，焊接变形小，在钢结构中有较好的应用性，但必须要有大量的试验数据及成熟的焊接工艺参数方可大范围推广应用。

参考文献：

［1］韩伟．窄间隙焊接技术简介［J］．科技信息，2010（34）：418．

［2］GB50661—2011钢结构焊接规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2011．

作者:于吉圣 栾公峰 谈晶晶 朱俊涛 姚磊 娄小倩 单位:中建钢构有限公司