不同焊接工艺对Q420D开平板钢疲劳性能与Q420D卷板

本遗址博物馆建筑主体设计为：首层采用直径54m的跨度桁架支撑转换结构，以托起上部高57m仿古塔建筑。整个转换结构平面形状为圆形，为了不破坏古文物中心区域地面，上部结构通过大跨度转换结构将荷载传递到直径54m 的基础环梁上，而保护区中心地带有直径约50m 的空间基础，使遗址区域得到完整的保护。工程主体结构在转换层以上采用钢框架结构，而转换层本身则采用箱型钢管桁架结构，且转换结构主要构件采用Q420－D 钢材。该工程焊接具有技术要求高、工序复杂、工作量大的特点，是一项典型的系统工程。仿古塔钢结构剖面见图1，桁架支撑转换箱梁结构见图2。

桁架支撑转换结构的设计

桁架结构具有自重轻、刚度大和跨度大等特点，从而在大跨度承重结构中得以广泛应用［2］。该工程中桁架支撑转换结构是重要的部位，其结构设计的合理性直接影响整个建筑的安全性。经分析，若12榀桁架对基础环梁产生的水平推力过大，则基础环梁除传递竖向载荷外，还必须有足够的长期的轴向抗拉刚度，以确保上部结构安全。而将桁架支撑点定位于桁架中轴处，则在理论上不会产生水平推力，基础环梁的受力主要以竖向力为主，扭转效应不明显，连接节点按铰接设计。

终确定的桁架设计方案为：整个转换结构平面形状为圆形，沿径向布置12榀放射状径向桁架竖向支撑（支撑12根内圈柱），外圈柱需布置桁架间次梁支撑。桁架总高度为8．2m，桁架支撑点位于桁架总高度的中分线上。桁架支撑在直径为54m 环向混凝土承台梁上，转换结构主体采用Q420－D钢。遗址博物馆结构内部及施工、竣工后的情况如图3所示。

 主要焊接接头形式及坡口设计

焊接坡口设计是焊接工艺制定过程中的一项重要内容。从坡口焊缝熔敷金属的熔合比、打底焊缝的成型系数、防止层状撕裂以及提高焊接功效等因素考虑，合理设计30～60mm 厚箱梁面板端面对接的坡口形式及尺寸，从而确定焊接工艺评定坡口形式，见表1。

4 焊接方法及焊接材料的选择

以热轧状态使用的Q420－D 低合金高强钢焊接性总体良好，但由于这类钢中含有一定量的合金元素及微合金化元素，在焊接过程中如果操作不当，就很容易产生焊接缺陷和其他不良影响（根部裂纹、表面裂纹、接头区域出现的层状撕裂；焊接应力大、焊缝组织粗大、冲击韧性降低；焊接效率低等）。如何选择科学、合理的焊接材料和焊接工艺是保证工程质量的关键。

 Q420－D低合金高强钢的焊接特点分析.

4．1．1、热影响区的淬硬倾向

Q420－D 钢在焊后冷却过程中，热影响区容易形成淬火组织，使近缝区的硬度提高，塑性下降。结果导致焊后发生裂纹，或者结构在较小载荷下，较易产生脆性破坏。

4．1．2、冷裂纹敏感性

Q420－D 钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。为防止冷裂纹的产生，主要从以下3方面采取工艺措施：1）选择合适的焊接材料，应使焊缝金属强度与母材金属相匹配，选用碱性较高的焊材，焊前要严格进行烘干，焊丝应仔细去除油污，以减少氢的来源。2）提高预热温度，以减缓焊后冷却速度。3）焊后及时进行热处理，可改善焊接接头的组织，减小残余应力，加速氢的扩散。还应注意拟定合理的焊接工艺参数和焊接顺序。

4．1．3、热裂纹及再热裂纹倾向

采用高热输入焊接方法焊接高拘束度接头，例如厚板的埋弧焊和大线能量的熔化极气体保护焊时，焊接接头也会出现各种形式的热裂纹。在含碳化物形成元素较多，并能产生沉淀硬化的Q420－D

钢接头中，往往会在焊件焊接后消除应力处理时，沿

焊接过热区形成再热裂纹。此种裂纹具有明显的晶间分布的特征，其起源部位往往在接头的应力集中区。

 钢材性能及焊材的选择

Q420－D 钢的化学成分要求见表2，力学性能见表3。

4．3 焊接材料选用原则

依据韧性匹配原则，焊接材料分为高强、等强和低强匹配3种。过高的强度和过低的强度对焊接接头的综合性能都会带来不利的影响，通常采用等强匹配的原则。故在拘束度过高应力集中的场合，应适当采用低强匹配以提高焊接接头抗裂能力。

高强卷板   Q420D       7.75  150059.78 吨   安阳 安钢

高强卷板   Q420D       3.75  150058.89 吨   安阳 安钢

高强卷板   Q420D       5.75  150028.71 吨   安阳 安钢

高强卷板   Q420D       5.75  150028.9 吨      安阳 安钢

高强卷板   Q420D       3.5   1500 29.04 吨   安阳 安钢

高强卷板   Q420D       2.65  150029.11 吨   安阳 安钢

高强卷板   Q420D       2.65  150029.03 吨   安阳 安钢

高强卷板   Q420D       2.75  125021.46 吨   安阳 安钢