重型、大型用q420b鋼建筑鋼結構的立柱焊接方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及焊接技術領域，具體涉及一種重型、大型用Q420B鋼建筑鋼結構的立 柱焊接方法。
【背景技術】
[0002] 在建筑鋼結構技術領域，通常將主要構件的鋼板厚度大于等于10mm，或起吊裝置 的起吊重量大于等于25噸，或每平米用鋼量大于等于50Kg/M 2的鋼結構稱為重型鋼結構， 將跨度大、建筑面積大、用鋼量大的鋼結構稱為大型鋼結構。重型或大型建筑鋼結構廣泛用 于大型工業廠房的構建或者大型、超大型工業設備，如冶金轉爐的設置和防護。
[0003] 在冶金行業，轉爐容積的設計總噸位超過200噸的轉爐為超大型轉爐，轉爐容積 的設計總噸位不小于120噸的轉爐為大型轉爐。轉爐鋼結構，是指設置在轉爐周圍，起隔 熱、防濺作用，并對周圍的平臺及梁柱起保護作用的鋼結構構筑物。
[0004] 現有的建筑鋼結構，為多層框架柱結構，其包括實腹式上立柱和H型鋼格構式下 立柱，上立柱和下立柱之間采用肩梁節點連接。H型鋼立柱包括腹板和固定連接在腹板兩端 的翼緣板，其具有截面模數大、截面穩定性好、截面上各點延伸均勻、內應力小、便于拼裝組 合成構件等優點，是搭建承載能力大、截面穩定性好的大型建筑鋼結構的常用型材。搭建鋼 結構時，需要將翼緣板焊接固定在腹板的兩端，焊接作業包括對接焊縫作業和T形焊縫作 業，其中，對接焊縫作業包括將翼緣板拼接的全焊透焊接作業和將腹板拼接的全焊透焊接 作業，T形焊縫作業是指將腹板和翼緣板進行對接與角接組合的焊接作業。
[0005] 目前，國內能生產的建筑鋼結構鋼種主要有〇195、〇215、〇235、〇255、〇275碳素鋼， 用于建筑鋼結構的低合金高強鋼，如、Q345、Q390、Q420B、Q460,且生產技術也不穩定，低合 金高強鋼的價格較碳素鋼高出許多。碳素鋼強度低，為了提高建筑鋼結構的整體結構強度， 就需要將建筑鋼結構設計得更復雜，因此國內現有的建筑鋼結構存在結構復雜，占用空間 大，整體重量大的技術問題。
[0006] 在用碳素鋼腹板和翼緣板制造 H型鋼過程中，如果腹板和翼緣板厚度大于50mm， 為了獲得焊縫組織優良的強韌性，防止冷裂紋的產生，需要對碳素鋼腹板和翼緣板進行預 熱，預熱溫度通常為80~120°C。
[0007] 如公開號為CN102107312A的中國專利文獻，針對現有的常溫狀態下厚鋼板的對 接焊接以及T型焊接施方法容易產生裂紋和較大的焊接變形的技術問題，公開一種常溫狀 態下厚鋼板的對接焊接以及T型焊接施工方法，首先，對待切割的厚鋼板進行預熱處理，預 熱時割嘴與厚鋼板表面成8-12°傾角，再采用液化石油氣切割工藝將厚鋼板切割成符合要 求的尺寸，得到腹板或翼緣板；切割時，割嘴垂直于厚鋼板表面，切割氣流長度為厚鋼板厚 度的1/2 ;焊接時，將處理后的腹板或翼緣板對接定位，在母材上位于焊道兩側80-120mm范 圍內，每隔400-600mm設置一塊電爐板，對母材均勻加熱至90-110°C，停止加熱8-12min，再 繼續加熱至150-180°C，再、對上述加熱處理后的腹板或翼緣板進行焊接，具體步驟為：先 焊正面坡口深度的1/3,然后翻轉對接后的腹板或翼緣板并對其采用碳弧氣刨清根后，用砂 輪打磨，清除滲碳層與熔渣，直至露出金屬光澤后采用熱磁粉探傷法進行底部的MT探傷， 待確定無裂縫后，進行反面焊縫的施焊；焊完后再翻轉對接后的腹板焊接件，或者翻轉對接 后的翼緣板焊接件，焊接正面的其余2/3焊道，直至完成蓋面焊；蓋面焊結束后，將焊縫及 焊縫邊緣140-160mm的部位用石棉布覆蓋，并加熱至200-300°C，保溫5-6h ;焊縫施焊24h 后，作超聲波無損探傷檢驗。通過該方法能有效避免在焊接厚鋼板過程中出現的焊接裂紋 以及焊接變形等缺陷。
[0008] 隨著工業生產技術的發展，為了有效提高資源利用率，降低工業生產成本，工業項 目越來越大型化、特大型化，相應的用于大型、特大型工業項目的碳素鋼建筑鋼結構的設計 也越來越復雜，體積越來越大，重量也越來越大。為了有效降低建筑鋼結構的設計復雜性， 減小占用體積，降低建筑鋼結構的整體重量，近兩年來，在建筑鋼結構技術領域，開始使用 低合金高強鋼作為鋼結構構件的制作材料。
[0009] 由于低合金元素的強化作用，使低合金高強鋼不但具有較高的強度，還具有較好 的塑性、韌性和焊接性。其中，Q345是目前用于制造建筑鋼結構構件的主要鋼種，與Q345相 比，低合金尚強鋼Q420B的強度和承載能力更尚，并具有良好的承受動荷載和耐疲勞性能。 用低合金高強鋼代替碳素結構鋼制造建筑鋼結構，可以節省鋼材15%~25%，并減輕鋼結 構自重，低合金高強鋼開始被越來越多地應用到大型結構、重型結構、大跨度結構、高層建 筑、橋梁工程或者其他需要承受動力荷載和沖擊荷載的鋼結構中。
[0010] 在焊接技術領域，采用不同鋼種制成的構件，在焊接連接時，就焊接方法本身存在 實質性差別，也即用碳素鋼腹板和翼緣板制造 H型鋼的焊接方法不能用于低合金高強鋼腹 板和翼緣板制造 H型鋼的焊接工藝。在用低合金高強鋼腹板和翼緣板制造 H型鋼過程中， 為了獲得焊縫組織優良的強韌性，防止冷裂紋的產生，對需要對低合金高強鋼腹板和翼緣 板，特別是焊接強度級別大于等于390MPa低合金高強鋼腹板和翼緣板進行預熱，特別是焊 接強度級別大于等于390MPa，預熱溫度通常為100~150°C。
[0011] 如公開號為CN102632328A的中國專利文獻，針對現有的Q370qE鋼埋弧自動焊低 溫焊接方法，存在焊縫的冷裂硬脆傾向，低溫沖擊韌性較差，橋梁鋼結構的抗沖擊動載性能 差的技術問題，公開一種Q370qE鋼埋弧自動焊低溫焊接方法，是當環境溫度為0~_15°C 時，通過對焊接全過程溫度條件的控制，盡可能避免低溫環境的影響，減緩焊接過程焊縫的 冷卻速度，從而來降低焊縫的冷裂硬脆傾向，有效提高Q370qE鋼埋弧自動焊焊接接頭低溫 沖擊韌性，其具體控制條件如下：母材除濕預熱，預熱溫度范圍為80~120°C ;定位焊采用 焊條電弧焊，打底層焊接采用富氬混合氣體保護焊，填充層、蓋面層焊接采用埋弧自動焊； 焊條焊劑的烘干和保溫，烘干溫度為300~350°C，烘干時間為2小時，在保溫箱中保存的溫 度為100~150°C ;焊接過程中利用履帶式陶瓷電加熱器通電加熱，鋪蓋于焊縫及兩側，使 焊縫層、道間溫度控制為160~200°C，以對焊縫進行保溫、緩冷；焊接完成后，對焊區保溫、 緩冷，直至冷卻至環境溫度。該方法能降低焊縫的冷裂硬脆傾向，有效保證Q370qE鋼埋弧 自動焊焊接接頭低溫沖擊韌性，增強橋梁鋼結構沖擊動載的性能，提高橋梁使用壽命。
[0012] 上述低合金高強鋼腹板與腹板之間、翼緣板與翼緣板之間、腹板與翼緣板之間焊 接連接，均需對腹板和翼緣板進行預熱。預熱通常采用火焰加熱、電加熱器或者其他加熱方 式，但無論采用哪種加熱方式對腹板和翼緣板進行預熱，均需消耗能源，較高的預熱溫度， 還會造成的工作環境惡化，加大焊接作業的難度。
[0013] Q420B鋼是一種低合金高強鋼，其屈服強度為420Mpa，由于其含碳量低，其具有良 好抗腐蝕性、耐磨性、抗疲勞性，是一種良好的結構鋼。由于Q420B鋼和Q345、Q370qE鋼在 合金成分上具有較大差別，用于Q345、Q370qE鋼構件的焊接方法不能借用到Q420B鋼