杭州東站站房地下通道鋼結構焊材選用要求

浙江東南網架股份有限公司（杭州 311029）楊弘生 周觀根 吳志新

1.Q345級、Q345GJ級和Q345q級鋼材的對比

杭州鐵路樞紐杭州東站擴建工程大量采用了Q345qE、Q345qD鋼板，其執行標準為《橋梁用結構鋼》GB/T714—2008。Q345q級力學性能指標與Q345級、Q345GJ級鋼材對比如表1所示。由表1可知，Q345級、Q345GJ級和Q345q級鋼材的屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率接近，但Q345q級鋼材沖擊吸收能量比Q345級、Q345GJ級鋼高38.2%。

表1

2.焊接材料的選配原則

（1）焊材選配基本要求 ①焊接性能應與基材相匹配。②焊接接頭（包括焊縫金屬和熱影響區）沖擊韌性不得低于母材標準。

（2）確定焊接材料的選配基本原則 ①CO2氣體保護焊用藥芯焊絲執行標準《碳鋼藥芯焊絲》GB/T10045—2001，焊絲的熔敷金屬化學成分和力學性能參考E50XT—1，但沖擊試驗要求同母材。②埋弧焊絲執行標準《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》GB/T12470—2003和生產廠家企標，熔敷金屬沖擊試驗要求同母材。焊絲化學成分參考牌號為H10Mn2，但對S、P含量控制要嚴于H10Mn2，對鎳含量有限制。③焊條執行標準《低合金鋼焊條》GB/T5118—1995，熔敷金屬化學成分和熔敷金屬力學性能參考型號為E5015(16)—G焊條，但沖擊試驗要求同母材。

3.焊接材料的化學成分及性能指標

對于本工程主要采用的Q345qE鋼，其沖擊試驗溫度為-40℃，沖擊吸收能量值要求≥47J，因此與其對應的焊接材料熔敷金屬沖擊試驗也應滿足此要求；對于Q345qD鋼，其沖擊試驗溫度為-20℃，沖擊吸收能量值要求≥47J，因此與其對應的焊接材料的熔敷金屬沖擊試驗也應滿足此要求。但為了便于生產施工管理，將Q345qE級鋼和Q345qD級鋼選用焊材的沖擊試驗要求統一規定：沖擊溫度為-40℃，沖擊吸收能量值≥47J。

焊材化學成分及性能指標要求如下：①氣體保護焊焊絲、焊條的化學成分及埋弧焊絲的化學成分如表2所示。②熔敷金屬拉伸試驗結果應符合表3規定。③熔敷金屬沖擊試驗結果應符合表4規定。

表2 化學成分要求

表3 熔敷金屬拉伸試驗結果

表4 熔敷金屬沖擊試驗結果

4.焊材具體型（牌）號及廠家選定

根據上述選用要求，與國內知名的幾家焊接材料生產廠家聯系，優選規模大、所生產焊材類型多、技術實力強的生產廠家，確定其是否能提供滿足選用要求的焊材。最終選擇了武漢鐵錨焊接材料股份有限公司生產的CO2氣體保護焊焊絲（YCJ501Ni—1）、焊條電弧焊焊條（CJ507Ni）、埋弧焊焊絲（MCJQ—1）三種焊接材料。焊材進廠后，首先進行焊材復驗，焊材復驗結果如表5所示。

表5 焊材進廠復驗結果

5.CO2氣體保護焊采用實芯焊絲的可行性問題分析

現有焊絲國標《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》GB/T8110—2008中，ER50XX—X系列焊絲，雖熔敷金屬拉伸試驗能滿足Q345qE母材指標要求，但沖擊試驗只能夠滿足-30℃、沖擊吸收能量值≥27J的要求。焊材廠家也沒有能夠滿足相應要求的實芯焊絲；即使有，其采用的保護氣體也為富氬氣混合氣體（80%Ar+20%CO2）。

采用富氬氣保護氣體，優點是合金燒損減少，焊縫更利于獲得優良的力學性能，焊縫外觀成形好，飛濺少；缺點是焊接成本提高，焊接時對油、銹及水分等雜質的敏感性增大，故焊前需嚴格清除被焊坡口表面的鐵銹、油污及水分等雜質，否則對焊接工藝性能及焊縫力學性能極為不利。

目前鋼結構企業氣體保護焊保護氣體普遍采用的是CO2氣體。有的企業已經在車間采用管道集中供CO2氣體，我公司車間即普及采用管道供氣。這樣減少了員工搬運換氣瓶的時間，進而提高了工作效率；而對于采用混合氣體，只能采取瓶裝混合氣體，無論從工作效率還是生產成本上考慮都是不經濟的。因此未采用實芯焊絲用于橋梁結構鋼焊接。

6.H型鋼焊接出現夾渣現象

工程中的框架結構鋼梁為焊接H型鋼，截面積為H2750mm×1200mm×40mm×50mm，長度為20 400mm，采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊進行打底、填充焊縫的焊接，門式埋弧焊進行蓋面焊接。在打底、填充焊接完成后，進行UT檢測，發現存在個別構件在靠近H型鋼翼緣板側出現夾渣現象，且深度不等，大小不一，如圖1所示，在深度10～30mm不等的陰影區域可能會出現夾渣缺陷。

圖1 夾渣示意

經現場實際調查，分析產生夾渣的原因如下：①采用藥芯焊絲焊接時，產生熔渣較實芯焊絲多，多層焊時如未清理干凈，則產生夾渣。②對于Q345qE級鋼，為滿足低溫沖擊要求，焊絲藥粉添加了鎳等合金成分，使沖擊吸收能量滿足母材要求。但合金元素的添加導致熔池金屬流動性變差，不利于熔渣的浮出，導致夾渣。③焊速過慢，焊渣超前，焊渣來不及浮起。④在焊接過程中或清根時，處理不當，在翼緣板側或根部產生尖銳夾角。焊接時在尖角處生成熔渣，熔渣有一定粘度，緊貼翼緣板，冷卻快，熔池凝固后熔渣還未來得及浮出而產生夾渣，具體分如下三種情況，如圖2～圖4所示。

圖2

圖3

圖4

根據上述原因分析，確定預防夾渣缺陷的注意事項及采取的措施：①藥芯焊絲焊接電弧較軟，電弧穿透性差、熔深淺，每道焊縫焊接完畢后，認真清除表面的熔渣，如發現表面夾渣則采用磨光機打磨或碳刨清除干凈后，再進行下道焊縫的焊接。坡口寬度較寬時，應采用分道焊進行焊接，不應寬擺動。②焊接過程中，焊絲送進要均勻，以利熔渣浮起；始終保持清晰的熔池，使熔渣與熔池良好分離；適當增大焊接電流，保證熔池停留時間，防止冷卻過快，以利熔渣浮出。③注意每道焊縫的成形質量，焊縫金屬應圓滑過渡到母材，避免焊縫與翼緣板側母材出現尖角；避免出現咬邊現象；反面清根時，應清根刨削出圓滑坡口形狀，避免出現尖角現象。④將構件的一端墊起5°左右（見圖5），焊接方向如圖5中箭頭所示，目的是使焊接過程中產生的熔渣向熔池后流動，使熔渣浮在熔池的后面。⑤適當提高預熱溫度以減緩熔池的凝固速度。⑥要求焊絲生產單位根據實際情況，對其生產的焊絲脫渣工藝性能進行調整。

圖5

總結確定以上原因后，對焊工技術交底，在焊接過程中認真執行上述注意事項和措施，使焊接過程中夾渣缺陷的產生幾率大大降低。

7.結語

（1）通過對Q345q級鋼母材性能的分析，結合對市場現有焊材情況的調查，確定了相應的匹配焊材，滿足了焊接生產的需要。

（2）對于焊工來講，鋼結構企業不同于其他的涉及焊接施工企業，不是流水作業，構件形式不同，有板對接、T型、箱形，焊接位置又涉及平焊、橫焊和立焊，甚至涉及仰焊位置。焊工從一種構件形式或焊接位置過渡到另一種構件形式或焊接位置，需要有一個適應期；從一種焊接材料過渡到另一種焊接材料同樣需要一個適應周期。因此在焊工構件形式轉換和焊接材料變化前，一定要對焊工進行技術交底，讓其產生足夠的重視，同時在焊材變化前，應加強對新焊材進行試用，待其對新焊材的工藝性能有充分的了解和適應后，再進行實際構件的焊接。