Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１５ 文章编号！ｌ００２—０２５Ｘ（２０１５）０３—００３７—０７ ．工艺与新技术．３７ 大型超厚Ｇ２０Ｍｎ５铸钢件异种钢焊接施工技术 路程，钟红春，汪永胜，叶代英，杨永彬 （中建钢构有限公司华南大区．广东广 Ｉ ５１０６４０） 摘要：以广州东塔桁架层连接处巨型铸钢节点为背景，对建筑钢结构４２５ ｍｍ超厚Ｇ２０Ｍｎ５铸钢与Ｑ３４５Ｃ铜异种焊接技术进行了研究 通过合理地构件分段、焊缝坡口设计、焊接材料选择、工艺参数优化、焊接顺序，以及采用计算机温控电加热技术，进行焊前均匀预 热、层问温度控制、焊后保温，较好地实现了消氢处理与焊后残余应力的释放，有效地解决了施工空间受限、焊接热应力影响区过度 集中的异种铜焊接难题 经分析发现．该Ｇ２０Ｍｎ５铸钢焊缝接头的综合力学性能与理论值基本吻合，且较好满足设计与使用要求 关键词：钢结构；铸钢件；异种钢焊接；焊接热应力；裂纹 中图分类号：ＴＧ４５７ 文献标志码：Ｂ 影响区过度集中，加大了本工程焊接施工的难度。 ０前言 本文着重阐述了广州东塔工程关于巨型Ｇ２０Ｍｎ５铸 随着铸造工艺的提高．铸钢节点以其合理性与 实用性越来越多地应用于空间建筑结构上 在一些 复杂多支腿、大跨度结构中．因铸钢节点不受节点 位置、形状、尺寸的限制，其采用工厂整体浇铸成 形．可避免多节点相贯焊接造成应力集中的现象 目前，在国内外对荷载较大、受力复杂的关键部位 钢件与Ｑ３４５ｃ厚板接头的焊接施工方法．为本工程 及后续相关铸钢件的焊接施工与应用研究提供一定 实践指导和参考依据。 １工程概况 广州东塔总建筑面积约为５０万ｍ ，地下５层、 地上１１２层，建筑总高度５３０ １ＴＩ．塔楼沿高度方向设 有５道桁架加强层，包括核心筒钢板剪力墙、伸臂 采用铸钢节点形式取得了很好的经济效益… 但铸钢件属于脆性材料，晶粒粗大、匀质性差， 结构较轧制钢板疏松．又因其加工后的热处理状态 不一，使组织与力学性能存在差异 铸钢件与低合 金结构钢的焊接为两种不同材质的焊接．往往会产 桁架及双层蝶式环桁架．其中在塔楼６７Ｆ ６８Ｆ． ９２Ｆ～９４Ｆ核心筒四角钢板墙与伸臂桁架连接处采用 铸钢节点．每道伸臂桁架层共设８个实心铸钢节点． 其在整个塔楼结构中属于核心构件．如图１和图２ 所示 生过大的焊接收缩应力．增大了铸钢件厚度方向的 层状撕裂倾向，若焊接材料、焊接Ｔ艺选取不当， 易使焊缝产生冷裂纹、气孑Ｌ等缺陷…。目前，在国内 铸钢节点焊接多见用于网架、场馆类建筑结构上． 较少见报道应用于超高层钢结构建筑 ］ 本丁程所 采用的铸钢件自身质量大（１２ ｔ）、结构尺寸大（最 大板厚４２５ ｍｌＴ１），且铸钢节点区存在密集、多向异 种对接接头．施＿Ｔ空间受限．局部区域焊接热应力 收稿日期１ ２０１４—０７—２５ 基金项目：中建总公司课题（ＣＳＣＥＣ一２０１０一Ｚ—Ｏ１—５－０３） 图１塔楼核心简铸钢件分布图 ３８ ．工艺与新技术． 霎 （ 亘 ：） 崮２伸臂桁架与铸钢节点焊接矮头立向分币幽 １．１铸钢件结构特点 本＿Ｔ程铸钢件材质为Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ．其长度６ １００ ｍｍ．横截面 寸为４２５ ｍｍｘ４２５ ｍｍ．两侧与伸臂桁 架连接臂厚２２０ ｍｍ．单件自身质量达ｌ２ ｔ．该铸钢 件存在多部位与Ｑ３４５Ｃ钢异种对接焊．在国内诸多 钢结构工程中．属于加工难度较大的铸钢节点．其 结构形式与尺寸如图３所示 — ＝ ｌ ０００ — ＝＝］ ｌ ０００ ３７ ３７ 图３ Ｇ２０Ｍｎ５铸钢件结构形式与横截面尺寸 １．２铸钢件焊接难点分析 （１）铸钢与低合金结构钢化学成分、力学性能 和物理性能存在较大差异．且铸钢组织疏松、晶粒 粗大、性脆，若过多的铸钢成分熔入到熔池中，易 使焊缝过渡区产生脆性的淬火组织与裂纹等缺陷［５］， 则应尽可能降低铸钢等焊接母材金属的熔合比，可 通过对铸钢件不开坡口与Ｑ３４５Ｃ钢板单面Ｖ形坡Ｉ５１ 全对接 （２）铸钢件为４２５ ｍｍｘ４２５ ｍｉｌｌ截面的实心构 件．板厚较大．安装现场与多向构件连接焊、且接 头位置较集中．易造成多向焊接热应力拘束，焊后 焊接技术 第４４卷第３期２０１５年３月 结构出现较大变形偏差 本Ｔ程采取先于制作厂内 将铸钢件局部与Ｑ３４５Ｃ钢构件组焊连接成吊装单元． 尽量减少现场异种钢对接焊工作量 同时将２２０ ｍｍ 的Ｑ３４５Ｃ核心筒钢板墙制成ｌｌ０ ｍｍ厚双贴板、错 位坡口与Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢对接焊．其后待核心筒钢 板墙、铸钢连接件全部安装焊接完，最后再施焊伸 臂桁架与铸钢对接焊缝（ｔ＝２２０ １１１１３１），如此能有效避 免铸钢节点部位热应力过度集中、结构变形等现象， 如图４所示 ～一 焊缝接头 图４铸钢连接节点焊缝截面分布图 （３）铸钢件节点形状不规则、较厚且不均匀， 使构件难以获得均匀的预热温度．焊缝易产生冷裂 纹。此时．必须采取有效的预热措施，确保铸钢件 均匀预热 （４）该铸钢节点为超厚板焊接，焊缝填充需多 层多道持续施焊完成．焊缝余高会产生应力集中， 使焊缝 现层状撕裂 此时，在施焊期间应减少使 用碳弧气刨．每道焊缝余高控制在０～４ ｍｍ．同时焊 后及时加热保温 （５）铸钢件刚性较大．返修会使局部应力加剧， 且降低调质态铸钢的强度．应尽量采取措施降低铸 钢对接焊缝返修率．避免二次返修。 ２铸钢件焊接 ２．１ Ｇ２０Ｍｎ５铸钢与Ｑ３４５Ｃ钢焊接性分析 ２．１．１ 焊接母材 在本工程中．铸钢件节点与核心筒钢板墙结构、 Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１５ 伸臂桁架结构等焊接相连。核心筒钢板墙、伸臂桁 架等结构材质均为Ｑ３４５Ｃ Ｚ１５钢．其化学成分、力 学性能分别见表１和表２ 铸钢件为砂型铸造而成 的Ｇ２０Ｍｎ５低合金高强度钢．供货态经调质处理． 其化学成分、力学性能分别见表３和表４，符合 ＣＥＣＳ２３５：２００８《铸钢节点应用技术规程》的标准 要求 表１ Ｑ３４５Ｃ钢化学成分（质量分数） （％） 表２ Ｑ３４５Ｃ钢的力学性能 Ｉ屈服强度／ＭＰａ 抗拉强度／ＭＰａ ｌ伸长率（％） 冲击吸收功／Ｊ ｆ０℃） 标准值１ ≥３４５ ４７０￣６３０ １ ≥２１ ≥２６ 实测值４３７ ５５７ ｌ ２６．０ １１７ 表３ Ｇ２０Ｍｎ５铸钢件化学成分（质量分数） （％ 元素 Ｃ ｌ Ｓｉ Ｍｎ ｌ Ｐ≤ Ｓ ｌ Ｎｉ 标准值 ０１７～０ ２３ｌ≤０．６０ １ ００～１ ６０ｌ≤０．０２０ ≤０．０２０ ｌ≤０ ８０ 实测值 ０ １ ８ ｌ ０ ２９ １．１０ ｌ ０．０１２ ０．００７ ｆ 一 注：材料号为１．６２２０。 表４ Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢件的力学性能 屈服强度／ＭＰａ ｌ抗拉强度，ＭＰａ 伸长率（％） 冲击吸收功／Ｊ（０℃） 标准值 ≥３００ ｌ５００￣６５０ ≥２２ ≥６Ｏ 实测值 ４０５ ｌ５７２ ２４．８ 按照国际焊接学会ＩＩＷ提出的碳当量公式．计 算Ｑ３４５Ｃ钢碳当量如下： ｗ（Ｃ） ｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５ Ｏ．３７９％。 按照日本ｊＩＳ标准提出的碳当量计算公式进行 Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢碳当量计算如下： ＣＥ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍ０／４＋Ｖ／１４ ０．４８７％。 当Ｗ（Ｃ）ｑ≤０．４％时，焊接性好；当 （Ｃ）ｑ＝０．４％ ～０．６％时．焊接性稍差．在焊接时需制订严格的热处 理工艺措施；当 （Ｃ） Ｉ＞０．６％时，焊接性较差，属难 焊材料，需采用较高的预热温度和严格的工艺方法 两种材料中Ｓ．Ｐ等有害元素含量均未超出规定 值，对该铸钢件节点的焊接性能影响较／］－￣［５－７］ 由以上分析可知，Ｑ３４５Ｃ钢的碳当量Ｗ（Ｃ） ０．４％，其淬硬倾向不大，热影响区不容易产生冷裂 纹，焊接性良好；但Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢的碳当量ＣＥ＞ Ｏ．４％，焊接性较差，且其整体刚性大、强度高．焊 ・工艺与新技术．３９ 接过程中易产生裂纹．需制订严格的预热温度及焊 接工艺方法 ２．１．２焊接材料选择 Ｇ２０Ｍｎ５铸钢与Ｑ３４５ｃ钢的焊接属于异种钢焊 接，在焊材的选用上，除了依据低强度理论外。还 需考虑满足焊缝的抗裂性能要求。首先．根据设计 要求与ＪＧＪ８１—２ｏ０２《建筑钢结构焊接技术规程》中 焊材匹配原则．按Ｑ３４５Ｃ钢选用Ｅ５０级焊材 但 Ｇ２０Ｍｎ５铸钢具有淬硬倾向、抗裂性能差的特点．考 虑应用微合金元素提高焊缝综合指标的机理．在保 证满足５０级强度的同时．又使焊缝获得良好的塑韧 性，以提高焊缝的抗裂能力＿８ｌ。因此，在进行多项试 验的基础上，决定采用ＥＲ５０—６型焊丝．其熔敷金属 化学成分与力学性能分别见表５和表６ 表５熔敷金属的化学成分（质量分数） （％ 元素 Ｃ Ｍｎ Ｓｉ Ｓ Ｐ 标准值 ０．０６～０ １５ １．４０￣１．８５ ０ ８０～１．１５ ≤０ ０２５ ≤０．０２５ 实测值 ０ ０９８ １ ４８ Ｏ．９２ Ｏ．Ｏ１Ｏ Ｏ．Ｏ１３ 元素 Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ Ｍｏ Ｖ 标准值 ≤０．Ｏ１５ ≤０ Ｏ１５ ≤Ｏ．５０ ≤Ｏ．１５ ≤Ｏ３Ｏ 实测值 ０．０２７ ０．０２２ ０．１ｌ ０．００４ Ｏ．ＯＯ１ 表６熔敷金属的力学性能 ｌ屈服强度／ＭＰａ ｌ抗拉强度／ＭＰａ 伸长率（％） 冲击吸收功／Ｊ（３０ ｏＣ） ｝标准值ｌ ＞Ｉ４２０ ｌ ＞１５００ ≥２２ ≥２７ 实测值ｌ ４３１ ｌ ５４２ ２８．５ ５８，７６，１１６ 屈服强度匹配系数（熔敷金属屈服强度与母 材屈服强度之比值）和抗拉强度匹配系数（熔敷 金属抗拉强度与母材抗拉强度之比值）．也是反映 焊接接头力学性能非均质性的重要参数 当焊缝 强度与母材强度之比大于１．称为超强匹配：等于 １，称为等强匹配；小于１（最低０．８６），称为低强 匹配。对于建筑钢结构工程，多采用等强或超强 匹配［８一 实际施工验证表明．采用比母材强度低１０％的 焊接材料施焊（即抗拉强度系数在０．９以上）．能够 实现焊接接头等强度设计．如果抗拉强度系数在 ０．８６以上，接头强度也可达到母材的９５％以上．这 与母材对焊缝金属的拘束作用有关 ］ ＥＲ５０—６型 焊丝熔敷金属与Ｑ３４５Ｃ钢及Ｇ２０Ｍｎ ５铸钢的强度匹 配关系见表７ ４０ ．Ｉ 艺与新技术． 表７焊缝强度匹配系数 ｌｊ服强度 系数 抗拉强度匹配系数 匹配组合 ＥＲ５０—６／Ｑ３４５Ｃ ｊ ＥＲ５０—６／Ｇ２０Ｍｎ５ ＥＲ５０—６／Ｑ３４５Ｃ ＥＲ５０－６／Ｇ２０Ｍｎ５ 系数值 ０ ９９ １ ０６ ０ ９７ ０ ９５ 由表７结果可知．ＥＲ５０—６焊丝熔敷金属的屈服 强度系数、抗拉强度系数对于两种母材而言．上下 波动均不超过１０％：且由焊丝的化学成分与力学性 能可知．其熔敷金属的塑韧性与Ｑ３４５Ｃ钢的接近． 故采用该焊丝既能很好地保证焊接接头等强设计． 又使焊缝接头具有较好的塑韧性与抗裂性 ２．２焊接Ｔ艺分析 根据本Ｔ程实际情况．在施工现场与构件制作 厂进行多项严格的焊接Ｔ艺评定．最终确定该 Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ异种钢节点对接焊采用半自动ＣＯ， 气体保护焊和实心焊丝的１ 艺完成．焊缝设计为 Ｑ３４５Ｃ钢开斜４５￣单面Ｖ形坡口．如图５所示：同 时，焊接过程采用经评定合格的工艺参数．见表８。 图５接头坡口设计示意图 表８焊接工艺参数 焊材 保护气体 焊接 电弧 道次 焊接 ｎｌｋ 号 盘径 气体 保护 流量 电流 电 焊接速度 热输入 ／『ｌｌ『ｌ１ “Ｉ＿・ｍｉｎ。） ／Ａ 厂ｖ ，（‘－ｍ・ｍｉｎ一０） ，（ｋＪ・（ 【ｌ ｌ） 手］底层 ＣＭＡＷ ＥＲ５０－６ ２２～２５ １９０－２２０ ２６－３０ ３０－４０ ≈１０．５ 填充层 ＧＭＡＷ ＦＲ５０－６ １ ２ Ｃ（）， ２０～２４ ２３０－２５０ ２８－３２ ３５－４４ ｌ２．９ 盖商｝未 （ ＭＡＷ ＥＩ１５０－６ ｌ８～２２ ２００～２３０ ２５￣２８ ２５～３５ ９．５ ２３节点焊接ＪＪｃ而序 为 避免铸钢节点产生焊接应力集巾．应采取 合理的焊接顺序．以便有效避免铸钢节点局部区域 产生较大的残余应力．从而避免结构焊后出现较大 变形或形状偏差 核心筒每个角部铸钢连接结构包括铸钢与钢 板墙制作单元、现场对接钢板墙、两榀伸臂桁架 等 部分．如图６所永． 安装焊接时，首先两边 焊接技术 第４４卷第３期２０１５年３月 对称安排４名焊Ｔ，同时进行焊接①和②号焊缝， 其余板厚对接焊缝先均不焊．且不打底加焊：其 后．待现场所有钢板墙安装焊接完．开始焊接伸 臂桁架２与铸钢件接头③，最后焊接伸臂桁架１ 与铸钢件接头④。 桁架２ ｍｍ） 墙Ｑ３４５Ｃ （ｔ＝ｌ １ｏ １］ｌｌｎ） Ｃ，２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ Ｇ２ＯＭｎ５铸钢 铡板墙 Ｉ＿ 一连接制作单元 焊缝接头 ！ｊ （ ④焊接先后次序 图６铸钢接头焊接顺序平面示意图 铸钢节点立面安装顺序如图７所示，①～④立焊 缝对应于图６中①号焊缝，①’～④’立焊缝对应于 图６中②号焊缝。首先安装每个角部铸钢件制作单 元，其次安装其左侧钢板墙．最后安装上侧钢板墙 第１步．待左侧钢板墙安装校正完．安排６～８名焊 丁分上下两段，同时对称焊接①～②与①’～②’立 焊缝：第２步，安排３～４名焊Ｔ施焊钢板墙底部③ 号焊缝：第３步，待上侧钢板墙安装矫正完，安排４ 名焊Ｔ分上下两段，同时对称焊接④～④与④’～④’ 立焊缝，其后冉焊接⑤号焊缝；第４步，待所有核 心筒钢结构焊接完．最后进行焊接伸臂桁架处的⑥ 号焊缝 焊接过程中所有立焊缝均采取分段跳焊的 方式进行．水平焊缝则无要求 图７铸钢接头现场施焊立面示意图 Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１５ ３焊接质量控制 ３．１焊前准备 在Ｇ２０Ｍｎ５铸钢＋Ｑ３４５Ｃ钢接头焊接前．清除每 个接头坡口及两侧的水分、油脂、锈蚀等杂物。其 后．检查坡口角度与间隙是否符合焊接要求．坡口 间隙控制在１０ ｍｉｌｌ左右 为了便于焊工在高处受限空间作业．焊前需在 铸钢节点处搭设焊接操作平台；同时采取防风、防 雨措施 ３．２焊前预热处理 为了延长焊接接头从峰值温度降到室温的冷却 时问．使焊缝中的扩散氢充分逸出．改善焊缝金属 与热影响区的显微组织．有效提高焊接接头的抗裂 性．焊前需对接头进行预热处理 ３．２．１预热温度的确定 根据文献［５，７］介绍的估算预热温度公式： ［Ｃ］化＝Ｃ＋Ｍｎ／９＋Ｃｒ／９＋Ｎｉ／１８＋Ｍｏ／１３（化学成分影 响的碳当量）． 考虑厚度因素，用厚度碳当量计算： ［Ｃ］厚＝０．００５￣Ｅｃ］化（板厚影响的碳当量）， 总的碳当量公式： ［Ｃ］总＝［Ｃ］厚＋［Ｃ］化， 焊接预热温度可根据下面的经验公式： Ｔｏ＝３５０￣（［Ｃ］总一０．２５） 计算，从而确定Ｑ３４５Ｃ 钢（１１０ ｍｍ）与Ｇ２０Ｍｎ５铸钢（１１０ ｍｍ）的预热温 度．具体结果见表９ 表９预热温度参数值 钢材 Ｉ ［ｃ］ ｌ ［ｃ］ ｌ ［ｃ］ Ｉ Ｔｏ１％ Ｑ３４５Ｃ ｌ ０．２７４ ｌ ０．１５１ ｌ ０．４２５ Ｉ １４６．３ Ｇ２０Ｍｎ５ ｌ ０．３２５ ｌ ０．１７８ ｌ ０．５０３ ｆ １７６．２ 根据异种钢焊接时．预热温度应执行抗冷裂性 较差材料的预热规范．且以预热温度高的钢材一侧 为最低预热温度．故执行Ｇ２０Ｍｎ５铸钢的预热温度 和预热规范，即 为１５０～２００ ｏＣ＿８＿。 ３．２－２预热温度均匀控制 焊前将陶瓷磁铁式预热器固定在焊缝坡口两侧．同 时使用石棉保温被对铸钢件的四个面进行包裹预热处 ］二艺与新技术．４１ 理。预热过程中，采用电脑温控仪设定自动控温．预热 温度为１５０℃．预热时间为８ ｈ．使铸钢件整体处于恒 温状态 对于无足够空间设置电加热方式的部位．则在 焊前１ ｈ采用氧乙炔中性焰集中加热到相同温度 ３．３焊中控制、防止焊缝层状撕裂 在焊接过程中．利用ＣＯ，气体作为焊接保护气 氛，采取多层多道焊，每层厚度３～４ ｍｉｌ１．每层焊缝 焊后清除焊渣等有害杂质．确定无缺陷后．继续施 焊下一层 每道焊缝宽度和深度保持一致．接头错 开呈楼梯状．尽量减少焊缝接头 同时．为了缩短熔池高温停留时间．避免产生 魏氏组织．利用红外线测温仪每隔３０ ｍｉｎ实时监测 一次温度．将层间温度控制在９０～２００ ｏＣ范同（预热 电加热片不撤）．当焊缝温度低于工艺要求时应立即 加热．待温度达到工艺要求后再施焊 每个单节点 焊缝应一次性连续完成，中途不得无故停焊 如遇 特殊情况中途停焊．需对焊缝进行后热保温处理． 当再次施焊时对焊缝进行重新预热．预热温度比焊 前预热温度提高１０～２０ ３．４焊后热处理 由于Ｇ２０Ｍｎ５铸钢含杂质较多．焊后氢含量较 高，为了使焊缝中扩散氢及时逸出．避免氢致裂纹， 同时释放焊后残余应力．防止焊缝因应力过于集中 而产生裂纹 所以．焊道施焊完后．采用预热时设 置的陶瓷电加热片进行后热保温、消氢处理．并由 电脑温控仪设定自动控温．后热温度为２５０～３５０℃． 并采用双层石棉布包裹．恒温保护１２ ｈ后缓冷至常 温．具体方法见表ｌ０ 表１０焊后保温热处理方法 序号 温度区间／℃ 时间／ｈ 备注 １ ３５０ 保温２ ２ ３５０－３００ 降温１ 降温速率不大于５０℃／ｈ ３ ３００ 保温１ ４ ３００－２Ｏ０ 降温２ 降温速率不大于５Ｏ℃，ｈ ５ ２００ 保温２ ６ ２００～常温 降温４ 降温速率不大于５０ ／ｈ ４ Ｇ２０Ｍｎ５铸钢节点性能分析 Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢与Ｑ３４５Ｃ钢接头焊后２４ ｈ．观 ４２ ．工艺与新技术 察发现焊缝表面成形良好、过渡均匀，无明显咬边、 夹渣、气孔等缺陷：并对焊缝进行ＵＴ探伤，焊缝等 级评定为Ｉ级 同时．结合焊接工艺评定试验．分别对该 Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢与Ｑ３４５Ｃ钢焊接接头进行拉伸试验、 弯曲试验以及冲击试验．综合分析了该异种钢节点 焊缝的力学性能 经６组Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢与Ｑ３４５Ｃ钢焊接节点拉 伸试验得 ．材料破坏断裂的位置均出现在铸钢件 母材端．且６组试样的平均拉伸破坏应力值为５３５．５ ＭＰａ．大于ＧＢ／Ｔ ２６５１—２００８《焊接接头拉伸试验方 法》标准的要求值４７０ ＭＰａ，如图８所示。同时， 将该铸钢节点与Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢、Ｑ３４５Ｃ钢等两焊 接母材的抗拉强度进行了对比分析．如图９所示。 图８ Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ焊接接头抗拉强度曲线 图９ Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ接头与母材的抗拉强厦对比 经弯曲试验（ｄ：３０， ＝１８０ｏ）后，该铸钢节点 的１２组试样均未出现裂纹现象．符合ＧＢ／Ｔ ２６５３— ２００８《焊接接头弯曲试验方法》的标准要求。 常温下分别测试了３组铸钢节点试样焊缝中心 区、焊缝热影响区的冲击吸收功Ａ Ｋｖ，其中焊缝中心 区的冲击吸收功平均值为７７ Ｊ，焊缝热影响区的冲 击吸收功平均值为８２ Ｊ，均大于ＧＢ／Ｔ ２６５０－－２００８ 焊接技术 第４４卷第３期２０１５年３月 《焊接接头冲击试验方法》标准的要求值３４ Ｊ，如图 １Ｏ所示。 呈 一 量 Ｉ圭Ｉ １０ Ｇ２０Ｍｎ５铸钢焊援币点冲击试验 综上结果可知．该Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ焊缝接头的 抗弯曲、抗冲击性能均较好，且其抗拉强度与焊接 母材基本接近．这也验证了前面焊材选择设计的结 论 在拉伸试验中铸钢母材均最先出现疲劳破坏． 这是因为Ｇ２０Ｍｎ５ＱＴ铸钢属于脆性材料．其组织疏 松、塑韧性较差，当该焊接节点受到破坏应力作用 时．疲劳破坏源首先产生于母材中的铸钢端．这也 说明．该异种钢焊接接头达到了等强对接的同时． 又具有较好的塑韧性与抗冷裂性．完全满足建筑结 构的设计与使用要求 ５ 结论 （１）通过合理的钢构件分段制作．减少施Ｔ现 场异种钢对接焊缝．以及优化的焊缝坡口设计．能 有效解决该厚板Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ铸钢节点施工空间 受限、焊接热应力影响区过度集中的焊接难题。 （２）核心筒角部Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ铸钢节点施工 时．采取合理的焊接顺序．有效避免了铸钢节点局部 接头产生较大的应力拘束．致使结构焊后产生变形。 （３）厚板Ｇ２０Ｍｎ５＋Ｑ３４５Ｃ异种钢焊接时，结合 理论分析．通过焊接选材、优化设计焊接方法与工 艺参数．以及采取合理的温度预热、焊中控温、焊 后保温工艺方法．均能获得等强匹配、良好塑韧性 与抗冷裂性的高质量焊缝接头。 参考文献： ［１］刘锡良，林彦，铸钢节点的工程应用与研究［Ｊ］．建筑钢结构进 Ｗｅｌｄｉｎｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ，，ｖ Ｖｏ１．４４ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０ｌ５ 文章编号：１００２—０２５Ｘ（２０１５）０３—００４３—０３ 工艺与新技术．４３ 铝合金搅拌摩擦点焊工艺研究 方喜风 ，陈大军２，付 宇 ，路 浩 （１．南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛２６６１１１；２．机械工业哈尔滨焊接技术培训中心，黑龙江哈尔滨 １５００４６） 摘要：采用回填式搅拌摩擦点焊设备，对６系列铝合金进行了搅拌摩擦点焊试验，优化了焊接工艺参数。对点焊对接接头的拉伸、弯 曲性能．搭接接头的剪切、正拉性能以及搭接接头的疲劳性能进行测试，对搅拌摩檫点焊接头的性能进行综合评价，研究发现搅拌摩 擦点焊接头力学性能优良。 关键词：搅拌摩擦点焊；接头；力学性能；断裂形式 中图分类号：ＴＧ４５３．９ 文献标志码：Ｂ 用于运动车型Ｍａｚｄａ ＲＸ一８的发动机罩和后门生产。 ０序言 ２００５年．德国Ｒｉｆｔｅｃ公司把搅拌摩擦点焊技术应用 到ＢＭＷ５系列车型门框和窗框边柱的生产 川Ｉ崎重 工把ＦＳＳＷ技术用于生产Ｆａｓｔｅｃｈ ３６０Ｚ列车车顶顶 填充式摩擦点焊是德国ＨＺＧ中心发明的一项新型 固相点连接技术．因其接头平整美观、质量高、缺陷 少、节能等众多优点而将成为替代轻合金传统点连接 技术的优良工艺 填充式摩擦点焊能耗比传统电阻点 焊设备能耗低５％，工作不需要提供大的电流。搅拌摩 擦点焊连接过程中材料不会熔化．热输入保持在较低 板．低热输入改变了车顶顶板的平面度及美观度 ］。 本文开展了某６系列铝合金材料的填充式搅拌 摩擦点焊的工艺研究．分别对对接接头的拉伸性能、 弯曲性能．搭接接头的剪切性能、正拉性能，以及 搭接接头的疲劳性能进行测试，对搅拌摩擦点焊接 头性能进行综合评价 水平，焊接接头具有良好的结合强度，焊接质量稳定。 搅拌摩擦点焊工作过程不产生任何电磁和噪声污染。 ２００３年．日本Ｍａｚｄａ公司将搅拌摩擦点焊技术 １搅拌摩擦点焊工艺及设备 收稿日期：２０１４—０６—１８ １．１搅拌摩擦点焊设备 采用回填式搅拌摩擦点焊设备进行焊接试验。 基金项目：青岛四方机车车辆股份有限公司工艺开发资助项目 ・＋ｎ＋一＋“＋一十”＋“＋ —・ ＊＋－—— ”—－ ＊＋一—— 展，２００４．６（１）：１２—１８． ［７］戴为志，黄明鑫，芦广平，等．国家体育场（鸟巢）钢结构安装 卢立香．铸钢节点在大跨度管桁架建筑钢结构中应用探讨［Ｊ］．空 间钢结构，２００３，１８（５）：２８—３０． 工程焊接技术［Ｊ］．电焊机，２００８，３８（４）：５１—７６． ［８］邱德隆，高树栋，芦广平，等．Ｑ４６０Ｅ—ｚ３５钢焊接性试验及工艺 评定［Ｊ］．电焊机，２００８，３８（４）：２６—５０． 『９］杨政．沈李强．ＧＳ一２０Ｍｎ５Ｖ铸钢节点座焊接工艺的研究和实 隋庆海．孙建奖。申豫斌．铸钢与钢管相贯焊组合节点的研究与 试验［Ｊ］．建筑钢结构进展，２０１０，１２（４）：５１—５６． 徐亚杰．桂凌华．陆关林．等．杭州湾跨海大桥海中平台超大型 铸钢件焊接工艺［Ｊ］．施工技术，２００９，３８（１０）：２７—２９． 践［Ｊ］．现代焊接，２００７（９）：４５—４６． ［１Ｏ］张蕾．Ｑ５５Ｏ＋Ｑ６９Ｏ异种钢焊接接头强韧性匹配研究［Ｄ］．山东 孙开敏，贾宝华．Ｑ４６０Ｅ—Ｚ３与ＧＳ２０Ｍｎ５Ｖ异种钢焊接［Ｊ］．电焊 机，２０１２，４２（８）：２０—２５． 王海东．居金文．王剑春．９０ ｍｌｘｌ铸钢件ＧＳ一２０Ｍｎ５＋Ｅ级钢的焊 济南：山东大学．２０１１． 作者简介：路程（１９８６～），男，广西柳州人，硕士．助理工程师 接工艺［Ｊ］．船舶标准化工程师，２０１３（４）：３４—３６． 主要从事焊接工程与钢结构施工技术管理．
