重型、大型用q420b钢建筑钢结构的立柱焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种重型、大型用Q420B钢建筑钢结构的立 柱焊接方法。
【背景技术】
[0002] 在建筑钢结构技术领域，通常将主要构件的钢板厚度大于等于10mm，或起吊装置 的起吊重量大于等于25吨，或每平米用钢量大于等于50Kg/M 2的钢结构称为重型钢结构， 将跨度大、建筑面积大、用钢量大的钢结构称为大型钢结构。重型或大型建筑钢结构广泛用 于大型工业厂房的构建或者大型、超大型工业设备，如冶金转炉的设置和防护。
[0003] 在冶金行业，转炉容积的设计总吨位超过200吨的转炉为超大型转炉，转炉容积 的设计总吨位不小于120吨的转炉为大型转炉。转炉钢结构，是指设置在转炉周围，起隔 热、防溅作用，并对周围的平台及梁柱起保护作用的钢结构构筑物。
[0004] 现有的建筑钢结构，为多层框架柱结构，其包括实腹式上立柱和H型钢格构式下 立柱，上立柱和下立柱之间采用肩梁节点连接。H型钢立柱包括腹板和固定连接在腹板两端 的翼缘板，其具有截面模数大、截面稳定性好、截面上各点延伸均匀、内应力小、便于拼装组 合成构件等优点，是搭建承载能力大、截面稳定性好的大型建筑钢结构的常用型材。搭建钢 结构时，需要将翼缘板焊接固定在腹板的两端，焊接作业包括对接焊缝作业和T形焊缝作 业，其中，对接焊缝作业包括将翼缘板拼接的全焊透焊接作业和将腹板拼接的全焊透焊接 作业，T形焊缝作业是指将腹板和翼缘板进行对接与角接组合的焊接作业。
[0005] 目前，国内能生产的建筑钢结构钢种主要有〇195、〇215、〇235、〇255、〇275碳素钢， 用于建筑钢结构的低合金高强钢，如、Q345、Q390、Q420B、Q460,且生产技术也不稳定，低合 金高强钢的价格较碳素钢高出许多。碳素钢强度低，为了提高建筑钢结构的整体结构强度， 就需要将建筑钢结构设计得更复杂，因此国内现有的建筑钢结构存在结构复杂，占用空间 大，整体重量大的技术问题。
[0006] 在用碳素钢腹板和翼缘板制造 H型钢过程中，如果腹板和翼缘板厚度大于50mm， 为了获得焊缝组织优良的强韧性，防止冷裂纹的产生，需要对碳素钢腹板和翼缘板进行预 热，预热温度通常为80~120°C。
[0007] 如公开号为CN102107312A的中国专利文献，针对现有的常温状态下厚钢板的对 接焊接以及T型焊接施方法容易产生裂纹和较大的焊接变形的技术问题，公开一种常温状 态下厚钢板的对接焊接以及T型焊接施工方法，首先，对待切割的厚钢板进行预热处理，预 热时割嘴与厚钢板表面成8-12°倾角，再采用液化石油气切割工艺将厚钢板切割成符合要 求的尺寸，得到腹板或翼缘板；切割时，割嘴垂直于厚钢板表面，切割气流长度为厚钢板厚 度的1/2 ;焊接时，将处理后的腹板或翼缘板对接定位，在母材上位于焊道两侧80-120mm范 围内，每隔400-600mm设置一块电炉板，对母材均匀加热至90-110°C，停止加热8-12min，再 继续加热至150-180°C，再、对上述加热处理后的腹板或翼缘板进行焊接，具体步骤为：先 焊正面坡口深度的1/3,然后翻转对接后的腹板或翼缘板并对其采用碳弧气刨清根后，用砂 轮打磨，清除渗碳层与熔渣，直至露出金属光泽后采用热磁粉探伤法进行底部的MT探伤， 待确定无裂缝后，进行反面焊缝的施焊；焊完后再翻转对接后的腹板焊接件，或者翻转对接 后的翼缘板焊接件，焊接正面的其余2/3焊道，直至完成盖面焊；盖面焊结束后，将焊缝及 焊缝边缘140-160mm的部位用石棉布覆盖，并加热至200-300°C，保温5-6h ;焊缝施焊24h 后，作超声波无损探伤检验。通过该方法能有效避免在焊接厚钢板过程中出现的焊接裂纹 以及焊接变形等缺陷。
[0008] 随着工业生产技术的发展，为了有效提高资源利用率，降低工业生产成本，工业项 目越来越大型化、特大型化，相应的用于大型、特大型工业项目的碳素钢建筑钢结构的设计 也越来越复杂，体积越来越大，重量也越来越大。为了有效降低建筑钢结构的设计复杂性， 减小占用体积，降低建筑钢结构的整体重量，近两年来，在建筑钢结构技术领域，开始使用 低合金高强钢作为钢结构构件的制作材料。
[0009] 由于低合金元素的强化作用，使低合金高强钢不但具有较高的强度，还具有较好 的塑性、韧性和焊接性。其中，Q345是目前用于制造建筑钢结构构件的主要钢种，与Q345相 比，低合金尚强钢Q420B的强度和承载能力更尚，并具有良好的承受动荷载和耐疲劳性能。 用低合金高强钢代替碳素结构钢制造建筑钢结构，可以节省钢材15%~25%，并减轻钢结 构自重，低合金高强钢开始被越来越多地应用到大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建 筑、桥梁工程或者其他需要承受动力荷载和冲击荷载的钢结构中。
[0010] 在焊接技术领域，采用不同钢种制成的构件，在焊接连接时，就焊接方法本身存在 实质性差别，也即用碳素钢腹板和翼缘板制造 H型钢的焊接方法不能用于低合金高强钢腹 板和翼缘板制造 H型钢的焊接工艺。在用低合金高强钢腹板和翼缘板制造 H型钢过程中， 为了获得焊缝组织优良的强韧性，防止冷裂纹的产生，对需要对低合金高强钢腹板和翼缘 板，特别是焊接强度级别大于等于390MPa低合金高强钢腹板和翼缘板进行预热，特别是焊 接强度级别大于等于390MPa，预热温度通常为100~150°C。
[0011] 如公开号为CN102632328A的中国专利文献，针对现有的Q370qE钢埋弧自动焊低 温焊接方法，存在焊缝的冷裂硬脆倾向，低温冲击韧性较差，桥梁钢结构的抗冲击动载性能 差的技术问题，公开一种Q370qE钢埋弧自动焊低温焊接方法，是当环境温度为0~_15°C 时，通过对焊接全过程温度条件的控制，尽可能避免低温环境的影响，减缓焊接过程焊缝的 冷却速度，从而来降低焊缝的冷裂硬脆倾向，有效提高Q370qE钢埋弧自动焊焊接接头低温 冲击韧性，其具体控制条件如下：母材除湿预热，预热温度范围为80~120°C ;定位焊采用 焊条电弧焊，打底层焊接采用富氩混合气体保护焊，填充层、盖面层焊接采用埋弧自动焊； 焊条焊剂的烘干和保温，烘干温度为300~350°C，烘干时间为2小时，在保温箱中保存的温 度为100~150°C ;焊接过程中利用履带式陶瓷电加热器通电加热，铺盖于焊缝及两侧，使 焊缝层、道间温度控制为160~200°C，以对焊缝进行保温、缓冷；焊接完成后，对焊区保温、 缓冷，直至冷却至环境温度。该方法能降低焊缝的冷裂硬脆倾向，有效保证Q370qE钢埋弧 自动焊焊接接头低温冲击韧性，增强桥梁钢结构冲击动载的性能，提高桥梁使用寿命。
[0012] 上述低合金高强钢腹板与腹板之间、翼缘板与翼缘板之间、腹板与翼缘板之间焊 接连接，均需对腹板和翼缘板进行预热。预热通常采用火焰加热、电加热器或者其他加热方 式，但无论采用哪种加热方式对腹板和翼缘板进行预热，均需消耗能源，较高的预热温度， 还会造成的工作环境恶化，加大焊接作业的难度。
[0013] Q420B钢是一种低合金高强钢，其屈服强度为420Mpa，由于其含碳量低，其具有良 好抗腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性，是一种良好的结构钢。由于Q420B钢和Q345、Q370qE钢在 合金成分上具有较大差别，用于Q345、Q370qE钢构件的焊接方法不能借用到Q420B钢