影响高层钢结构焊接质量的因素与对策

影响高层钢结构焊接质量的因素与对策冯 金 江
高层钢结构的焊接具有两个显著的特点 :一是厚钢板被大量应用 (国内高层建筑最厚钢板已用到1 0 0ｍｍ以上 );二是高空焊接环境给工艺过程控制带来了实际困难。影响高层钢结构焊接质量的原因很多 ,归纳起来集中在以下几个方面。
1　对厚钢板母材的材质要求
厚壁钢材焊接的致命缺陷是发生沿母材板厚方向的层状撕裂 ,这与母材的Ｚ向性能有很大关系。一般认为 ,在钢材中含有硫、磷等有害杂质 ,在轧制过程中易形成片状硫化夹杂物等材质缺陷 ,可能导致钢材沿板厚方向 (Ｚ向 )受力时 (通常为焊接收缩应力 )容易分层撕裂 ,产生层状撕裂后一般很难修复。因此 ,在刚颁布的《高层民用建筑钢结构技术规程》(ＪＧＪ99-98)中特别规定 :当板厚大于或等于 50ｍｍ(笔者认为 3 6ｍｍ更严格 )并且承受沿板厚方向的拉力作用时 ,应按现行国家标准《厚度方向性能钢板》(ＧＢ53 1 3 )的规定 ,附加板厚方向的断面收缩率 ,并不得小于该标准Ｚ1 5级规定的允许值。
改善厚钢板的Ｚ向性能与冶炼工艺有关 ,国际上通行的做法有两种。一是提纯法 ,即通过降低钢材中硫、磷的含量达到提高Ｚ方向性能的目的 ,目前我国标准采用此法。Ｚ向性能分为Ｚ1 5、Ｚ2 5、Ｚ3 5三个等级 ,均与含硫量指标有关。在大连远洋大厦高
层钢结构的设计中 ,特别将含硫量 0 .0 40 %、含磷量0 .0 3 5%统一控制到 0 .0 1 % ,实践效果很佳。另一种做法是通过特殊的冶炼工艺 ,使硫化物等有害杂质在钢材中的存在形态由片状变为球形 ,如美国、日本等国家所用的厚钢板 ,尽管硫、磷含量高于我国同类钢板的要求 ,但Ｚ向性能并不差。
总之 ,高层钢结构用厚钢板在订货时一定要提出Ｚ向性能的等级要求 ,并按规定进行抽样复验。
2　焊接材料的选用
焊缝中扩散氢含量是直接影响焊接接头抗冷裂纹性能的主要因素之一 ,而在环境条件和钢材表面洁净程度得到严格控制的情况下 ,扩散氢含量主要受焊接材料的影响。
高层钢结构焊材的扩散氢含量控制应更加严格 ,现行标准一般规定的允许值小于 8ｍＬ/ 1 0 0ｇ,这不够 ,应将其提高到 5ｍＬ/ 1 0 0ｇ以下。对进入施工现场的焊材应按批号做扩散氢含量试验 ,合格后方可投入使用。在采用ＣＯ2 气体保护焊时 ,在焊枪喷嘴下和保护罩内涂防飞溅膏时 ,易引起扩散氢含量显著升高 ,这点应引起注意。
3　焊接试验
正确的焊接工艺是在大量焊接试验基础上制定的。目前国内高层钢结构还没有成熟的工艺 ,因此焊接试验应该尽可能完整。具体如下 :
(1 )斜Ｙ形坡口抗冷裂纹敏感性试验。确定母
材的可焊性。
(2 )焊接工艺确认试验。试验项目应能覆盖焊接中所碰到的不同板厚及各种节点形式.