摘要：
3低合金高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)
2004年，低合金高強(qiáng)鋼ASTMA913Gr60(相當(dāng)于Q420)在北京新保利大廈工程成功使用，經(jīng)過兩年的發(fā)展，目前，國(guó)內(nèi)已有數(shù)個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程使用高強(qiáng)鋼，如國(guó)家體育場(chǎng)(鳥巢)使用國(guó)產(chǎn)Q460E-Z35鋼，最大板厚110mm，國(guó)家游泳中心(水立方)工程使用國(guó)產(chǎn)Q420C鋼，中央電視臺(tái)新臺(tái)址工程使用了Q390D、Q420D-Z25、Q460E-Z35級(jí)別鋼，高強(qiáng)鋼在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，帶動(dòng)了高強(qiáng)鋼焊接技術(shù)的發(fā)展。
(1)建筑鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)鋼獲得良好性能的途徑：
①合金強(qiáng)化：通過微合金元素的細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化，提高鋼板的強(qiáng)度和韌性；通過正火細(xì)化晶粒、均勻組織，進(jìn)一步提高鋼板的塑性和韌性。國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)鋼(中厚板)主要是通過這種方法制造的；
②組織強(qiáng)化(如淬火+回火)：軋后加熱溫度超過相變重結(jié)晶溫度30～50℃，經(jīng)水冷后生成的淬火過飽和固溶體為不穩(wěn)定組織，強(qiáng)度和硬度都很高。隨后進(jìn)行600℃高溫回火則可使淬火固溶體分解軟化，達(dá)到塑性和韌性的要求，也稱為調(diào)質(zhì)處理。
③控軋控冷工藝(TMCP)：嚴(yán)格控制鋼板冷卻及厚度下降的過程，并在接近或低于鐵素體開始生成的溫度(Ar3910攝氏度)下完成終軋。其顯微組織及力學(xué)性能不可由熱處理獲得。這種軋制方式可在較低的碳當(dāng)量下獲得較高的強(qiáng)度且焊接性好；
④淬火+自回火控制軋制(QST)：盧森堡鋼廠的軋制H型鋼(Gr60鋼曾在新保利大廈工程中使用)，淬火后利用截面中部溫度散熱進(jìn)行自回火，是TMCP的特殊應(yīng)用。如Gr65鋼的淬火溫度為871攝氏度，自回火溫度為593攝氏度。其強(qiáng)度高同時(shí)焊接性好。
(2)高強(qiáng)鋼用焊材選配原則
①?gòu)?qiáng)匹配，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件：焊接材料熔敷金屬的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值。焊接接頭(焊縫及熱影響區(qū))各項(xiàng)性能全面要求達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值；
②兼顧焊縫塑性：厚板焊接時(shí)按厚度效應(yīng)后的強(qiáng)度選配焊材，節(jié)點(diǎn)拘束度大時(shí)可在1/4板厚以下配用低強(qiáng)焊材；
③滿足沖擊韌性要求：必須重點(diǎn)選擇焊材的韌性使焊縫及熱影響區(qū)韌性達(dá)到鋼材的標(biāo)準(zhǔn)要求。
(3)高強(qiáng)鋼焊接性評(píng)價(jià)方法
①碳當(dāng)量計(jì)算評(píng)定法；
②熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)評(píng)定法；
③插銷試驗(yàn)臨界斷裂應(yīng)力評(píng)定法。
(4)最低預(yù)熱溫度確定方法
①裂紋試驗(yàn)控制：根據(jù)斜Y坡口試樣抗裂試驗(yàn)確定最低預(yù)熱溫度；
②硬度控制：根據(jù)一定碳當(dāng)量的鋼材，其不同板厚T形接頭角焊縫熱影響區(qū)硬度達(dá)到350HV對(duì)應(yīng)的冷卻速度(540攝氏度時(shí))查表確定焊接線能量；
③根據(jù)裂紋敏感指數(shù)、板厚范圍、拘束度等級(jí)、熔敷金屬擴(kuò)散氫含量確定最低預(yù)熱溫④根據(jù)接頭熱輸入、冷卻時(shí)間T8/5和鋼材的特定曲線圖確定最低預(yù)熱溫度
(5)焊接質(zhì)量控制
①控制熱輸入與冷卻速度：控制焊接電流、電壓、焊接速度以及熔敷金屬800攝氏度~500攝氏度區(qū)間的冷卻時(shí)間(t8/5)(預(yù)熱、后熱)；
②控制焊縫中碳/硫/磷/氮/氫/氧含量：選用優(yōu)質(zhì)堿性低氫焊材，采用良好的操作手法充分保護(hù)熔池金屬(短弧、限制擺動(dòng)、傾角穩(wěn)定)；
③應(yīng)力與變形控制：選用高能量密度、低熱輸入的焊接方法，如氣體保護(hù)焊；用小線能量，多層多道焊接；減小焊接坡口的角度和間隙，減少熔敷金屬填充量；采用對(duì)稱坡口，對(duì)稱、輪流施焊；長(zhǎng)焊縫應(yīng)分段退焊或多人同時(shí)施焊；用跳焊法避免變形和應(yīng)力集中。
總之，對(duì)于高強(qiáng)鋼的焊接，應(yīng)根據(jù)鋼材本身的強(qiáng)化機(jī)理和供貨狀態(tài)，綜合考慮其性能要求，合理選擇焊接材料和試驗(yàn)方法對(duì)其焊接性作出評(píng)價(jià)，制定合理的焊接工藝，以指導(dǎo)實(shí)際焊接生產(chǎn)，如國(guó)家體育場(chǎng)工程應(yīng)用的Q460E-Z35鋼采用的是微合金強(qiáng)化，其碳當(dāng)量Ceq高達(dá)0.47%，因此，對(duì)該鋼種的焊接應(yīng)主要考慮采取措施以降低其冷裂傾向，而在新保利大廈工程中采用的是QST工藝強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼，該鋼種的碳當(dāng)量Ceq僅為0.36%，焊接性相當(dāng)好，但是由于它使用的是淬火加自回火的工藝，因此在焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度和焊接線能量，防止接頭出現(xiàn)弱化現(xiàn)象。
4厚板焊接技術(shù)
建筑鋼結(jié)構(gòu)中厚鋼板得到越來越大量的使用，如北京新保利大廈工程使用的軋制H型鋼翼板厚度達(dá)到125毫米(ASTMA913Gr60)，國(guó)家體育場(chǎng)(鳥巢)工程用鋼最大板厚達(dá)110毫米(Q460E-Z35)，大量鋼結(jié)構(gòu)工程采用厚鋼板，促進(jìn)了厚鋼板焊接技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也豐富了建筑用鋼的范圍，目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)如GB/T1591-94《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》和YB4104-2000《高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼板》規(guī)定的鋼板厚度最大僅為100毫米，因此超厚鋼板的使用也為相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的修訂奠定了基礎(chǔ)。
厚鋼板焊接的關(guān)鍵是防止由于焊接而產(chǎn)生的裂紋和減少變形，應(yīng)采取以下措施：
①選用合理的坡口形式，如盡量選用雙U或X坡口，如果只能單面焊接，應(yīng)在保證焊透的前提下，采用小角度、窄間隙坡口，以減小焊接收縮量、提高工作效率、降低焊接殘余應(yīng)力；
②選擇合理的預(yù)熱及層間溫度；
③對(duì)稱施焊，科學(xué)安排焊接順序；
④做好后熱及保溫處理。
