大型铸钢节点与无缝钢管焊接技术-修改稿

大型铸钢节点与无缝钢管焊接技术胡冰1 胡宏业2张璐3（1.东莞富恒商住开发有限公司,广东东莞 523112; 2.阿克苏诺贝尔管理（上海）有限公司,上海 200040;3.西安市市政设施管理局,西安 710016）第一作者：胡冰男 1975年3月出生本科工程师一级注册建造师 E-mail:hubing0325@摘要本文介绍了某工程中大型铸钢节点与无缝钢管焊接的关键技术。

成功解决了工程中铸钢节点与无缝钢管节点形式的选取、铸钢节点与无缝钢管V形坡口的设计原则、焊接工艺、焊材焊接机具选择、焊接环境、焊接参数、焊前预热措施、焊接质量控制、焊接变形控制、焊接防护措施以及焊后处理等技术。

关键词铸钢节点无缝钢管节点节点形式焊接技术变形控制质量控制Welding Technology of Large Cast-steel and Seamless Steel Pipe ConnectionHu Bing1 Hu Hongye2 Zhang Lu3(1.Dongguan Fuheng Commercial Residential Building Development Co., Ltd. Dongguan 52311，China;2. Akzo Nobel Asian Co., Ltd. Shanghai 200040, China;3. Municipal Facility Management Bureau of Xi'an City , Xi'an 710016, China)ABSTRACT The paper introduces the key technology of welding cast-steel joint to the seamless steel pipe in a project. It is a successful case for similar project and the contents include choice of the welding joints of large cast-steel and seamless steel pipe, design principle of V-shape groove of the joints, welding process specification, selection of welding machine and welding material and welding key points ,such as welding environment, welding parameters, welding warming-up, control of deformation, and welding protection, measures after welding, etc.KEY WORDS cast-steel joint; seamless pipe joint;joint type;welding technology; deformation control;quality control铸钢节点作为一种新型的钢结构节点已在我国大型复杂的空间结构中得到大量运用。

结构中构件与构件之间节点的连接形式和力学性能日趋复杂，传统的焊接节点、钢管相贯节点等节点形式难以在空间结构复杂受力、制作工艺、焊接工艺上满足要求。

节点构造的好坏，对结构的受力性能、结构安全、施工工艺、工程造价都有相当大的影响。

因此，随着铸钢件设计技术提高、加工工艺完善，其在大型公共建筑、空间结构中大量运用。

在国内外已经建成或在建的大型工程中，使用了大量铸钢节点。

本文详细介绍了某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。

1 工程概况1．1铸钢节点本工程为独特树状空间结构，由主枝、中枝和端枝组成。

主枝、中枝和端枝的连接处采用铸钢节点。

铸钢节点由4-10根分枝以不同的空间角度汇交。

节点具有非标性、各异性、多枝性、多向性、体积较大、吨位重等特点。

铸钢节点最大的空间尺寸为3.6m×3.8m×4.2m，最重重量为6.8吨。

铸钢节点与无缝钢管需要现场组对，全方位焊接连接。

图1，铸钢节点实物。

图1 铸钢节点实物1)铸钢材质及化学分析铸钢件材料选用ZG-275-485H，材质符合《焊接结构用碳素钢铸件》（GB/T 7659-1987）中的ZG-275-485H化学成份标准。

无缝钢管材料选用Q345-B，规格Φ350 mm×12mm、Φ350 mm×19mm、Φ450 mm×22 mm。

材质符合《低合金高强度结构钢》（ GB/T 1591-94）化学成份标准。

化学分析用试样制取按《钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》（GB/T 222-1984）的规定制取。

化学成分试验方法按《钢的化学成分分析用试样取样法及成品化学允许偏差》（GB 222-84）及GB 223《钢铁及合金化学分析方法》标准执行。

2)力学性能试验标准《金属拉伸试验方法》（GB228-87）；《钢材力学及工艺性能试验取样规定》（GB2975-82）；《金属夏比（V型缺口）冲击试验方法》（GB/T229-94）。

3)外形检测标准《铸件尺寸公差》（GB6414-86）；《铸件重量公差》（GB/T 11351-89）；《铸造内圆角》（Q/ZB156-73）；《铸件质量分等通则》（JB82001-90）；《铸造外圆角》（Q/ZB157/73）《铸件尺寸公差与机械加工余量》（GB6414-1999）；EN1559-1 铸件技术交货条件——通则；EN1559-2 铸件技术交货条件——铸钢件的附加要求。

4)磁粉探伤及缺陷定级标准《铸钢件磁粉探伤及质量评级方法》（GB9444-1988）；《磁粉检测实施方法》（ASTMB709-95）；《铸钢件渗透探伤及缺陷显示痕迹的评级方法》（GB/T 9443-1988）；《铸钢件射线照相及底片等级分类方法》(GB/T5677-1985)。

1．2铸钢节点与无缝钢管焊接综合考虑安全、经济、焊接受力情况、铸钢铸造及施工方便等因素，铸钢节点采用半空心半实心的节点形式。

见图2，图3。

图2，铸钢节点剖面大样图3，铸钢节点与无缝钢管连接剖面大样1．3 铸钢节点与钢管接头设计铸钢节点与钢管接头设计按以下原则进行：1）不同材质、不同壁厚接头；2）Ｖ型坡口；3）等强设计；4）防止应力集中；5）便于现场焊接。

铸钢节点分枝间距现场焊接与铸造要求:空间杆件外壁最小间距为300mm。

当相邻杆件夹角较小时，杆件长度超过2米，杆件外壁间距按不小于150mm设计。

本工程主要为铸钢节点与无缝钢管对接的全方位焊接，坡口形式为带内衬管V 形坡口。

这样的坡口形式可减少焊缝断面，减少根部与面缝部收缩差，防止由于焊接应力过度集中在近面缝区产生撕裂现象。

见图4，图5。

图4，铸钢分支与无缝钢管连接剖面大样图５，铸钢节点与无缝钢管连接剖面大样图2 铸钢节点与钢管焊接2．1焊接工艺评定对工程首次采用的钢材、焊材、焊接方法、焊接接头形式等的各项焊接参数进行焊接工艺评定，以焊接工艺评定结果指导现场安装焊接工作。

2．2 材料成分及机械性能[1-2]铸钢节点与钢管对接为全方位焊接，在选择铸钢节点材料、钢管材料及焊接材料时，要求考虑材料的力学性能满足设计要求，还需要良好的焊接性能。

必须将C、S、P含量控制在合适的范围之内。

即C含量控制在0.12~0.20%，S、P含量控制在0.04%以内；碳当量控制在0.44%以内；以便焊接时与Q345-B钢材相适应[3]。

2．3 焊材及焊接机具选择采用手工电弧焊焊接，焊条选用E5015，直径选用φ3.2-φ4mm[4]。

配备功率强大，可远距离配线，电压降极小，性能先进，可随时由操作者远距离手控电压、电流变幅的整流式CO2焊机，型号：日产OTC-600A，以适应高空作业，满足全方位焊接需要频繁调整焊接电压、电流的要求。

对接接头定位焊接采用小直径（φ3.2mm）E5015焊条进行。

焊条必须严格按使用说明书进行烘烤，定位焊的焊接长度为每处约为50mm，焊肉厚度约为4mm。

表三焊条E5015化学成分[4]2．4 焊接场所风力≤5m/s时，采用棚布围护，禁止露天不采取防雨措施施焊。

清除易燃物、施焊障碍，焊接必须搭设操作平台，做防风雨措施，采用彩条布对焊接区域进行全方位立体保护，彻底解决风、雨对焊接的影响。

2．5 接头装配质量要求组对前先采用锉刀、砂布、盘式钢丝刷将铸钢件接头坡口内壁15-20mm范围仔细清除锈蚀及污物。

由于铸钢件的表面光洁度较差，在组对前必须把凹陷处用角向磨光机磨平，坡口表面有得不平整、锈蚀等现象。

无缝钢管的对接处清理与铸钢件相同。

不得在铸钢件部位进行硬性敲打，防止产生裂纹。

预留焊接收缩量，用千斤顶之类起重器具把接头处坡口间隙调节为上部间距大于下部间距2-3mm的焊接收缩预留量，以保证整个焊接节点最终的收缩相等。

预检采用钢直尺、角尺、楔尺、焊缝量规等核查节点拼对间隙、错边状况、坡口有无损伤，确认符合规程要求。

定位焊后采用角向磨光机将始焊与终焊处磨成缓坡状。

2．6 焊接电流参数[4]2．7 焊前预热[6]为了降低热影响区冷却速度，防止焊接延迟裂纹的产生，对ZG-275-485H铸钢节点与Q345-B无缝钢管进行焊接前，预热应沿焊缝中心两侧各100mm以内进行全方位均匀加热[5]。

当预热温度范围均达到预定值后，恒温20-30分钟。

温度的测试在离坡口80-100mm 处进行，采用红外线温度测试仪测试。

加热源采用氧乙炔加热时至少使火焰焰心距管壁不少于100mm的距离且不时绕管运作，以免造成加热不均匀，单点温度过高而造成对铸钢件的损伤。

预热温度见表6。

３焊接控制要点铸钢与无缝钢管对接接头在焊接根部时，应自焊口的最低处中线10mm处起弧至管口的最高处中心线超过10mm左右止，完成半个焊口的封底焊，另一半焊前应将前半部始焊与收尾处用角向磨光机修磨成缓坡状并确认无未熔合现象后，在前半部分焊缝上起弧始焊至前半部分结束处焊缝上，完成整个管口的封底焊接。

根部焊接需注意衬板与无缝钢管坡口部分的熔合，并确保焊肉介于3-3.5mm之间。

1）调试电流、电压等严禁在构件上进行，起收弧必须在坡口内进行，焊条接正极，直流反接。

2）弧时采用擦拉弧法，自坡壁前段燃弧后引向待焊处，确保短弧焊接。

3）运燃弧时采用往复式运焊手法，在两侧稍加停留，避免焊肉与坡口产生夹角，应达到平缓过渡要求。

4）填充层焊接在进行填充焊接前应剔除首层焊后焊道上的凸起部分与粘连在坡壁上的飞溅粉尘，仔细检查坡口边沿有无未熔合及凹陷夹角，如有上述现象必须采用角向磨光机除去，不得伤及坡口边沿。