HRB400级20MnSiV钢筋的焊接技术.docx
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HRB400级20MnSiV钢筋的焊接技术
HRB400级20MnSiV钢筋的焊接技术
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关键词:
HRB40020MnSiV钢筋材料性能,焊接工艺参数
文摘:
本文就结合杨树浦电厂化水车间试点工程,对HRB400钢筋的材料特性分析以及钢筋闪光对焊、电渣焊、坡口焊等工艺参数进行试验、摸索出适合和电厂粗直径钢筋的接技术,应用于工程中。
目录
(一)前言
(二)HRB400级20MnSiV钢筋的生产工艺
(三)HRB400级20MnSiV钢筋的材料性能
(四)HRB400级20MnSiV钢筋的可焊性
(五)HRB400级20MnSiV焊接技术
1)钢筋闪光对焊
2)钢筋电渣压力焊
3)钢筋电弧坡口焊
(六)结语
(一)前言
我国钢筋生产长期以来,奉行"独立自主,自力更生"的方针,结合国情,吸取国外先进经验,立足于我国多锰硅、少铬、钼的矿产资源情况,发展了锰、硅元素和稀有元素为主的低合素钢筋,国产钢筋的生产已有五十多年的历史,从早期的3号钢、5号钢、25锰硅、44锰硅钢筋到如今的20锰硅,20锰硅钒等,几十年来已建立起锰硅钒、锰硅钛、锰硅铌等低合金化系列钢筋,根据钢筋不同牌号、品种,将主要的力学性能列表如下:
表1 不同牌号钢筋的主要力学性能
序号
钢筋牌号
代表品种
БSMPa
БSPa
δ5%
备 注
1
HPB235(R235)
235
370
25
2
HRB335
20MnSi
335
490
16
原Ⅱ级
3
HRB400
20MnsiVT;
20MnSiV,
20MnSiBNb
400
570
14
原Ⅲ级
4
RRB400(KL400)
K20MnSi
440
600
14
余热处理筋
5
HRB500
35MnSiV等
500
630
12
原Ⅳ
6
CRB550(LL550)
500
550
δ10%8
7
Q235
235
410
δ10%23
盘园
其中HRB335的20MnSi钢筋,HRB400的20MnSiV,20MnSiNb等均已大量生产,相当于原Ⅳ钢筋的40Si2MnV;45MnSiTi;以及余热处理的K20MnSi等品种,过去也有批量生产用于预应力构件,以上产品均已经过一段时间的应用,总结、调整、均反映在新修订实施GB50010-2002混凝土结构设计规范和相应的混凝土施工质量验收规范,及GB1499钢筋标准中,关于钢筋焊接的技术规定,有望在即将出版的钢筋焊接及验收规程JGJ18-2002之中。
纵观我国钢筋混凝土结构中,目前主要受力钢筋采用了屈服强度标准值为335MPa的HRB335(原Ⅱ钢筋20MnSi),使用效果虽好,但与国际上通常用的屈服强度标准值为420MPa钢筋比,强度偏低,同类设计估计多用10-20%的钢材,另外早期用过的Ⅲ钢筋,25MnSi,其强度标准值仅用370MPa比Ⅱ级钢提高不多,而且由于25MnSi含碳、含硅量高,塑性差,在钢筋弯曲冷加工的正、反弯操作中,弯曲角度处易断裂,尤其是25MnSi钢筋可焊性差,最终遭淘汰。
几经周折,我国钢铁行业"六五"计划期间,开始了新Ⅲ级钢筋的生产,当时各厂生产的22MnSiV,20MnSiV,21MnSiNb等品种,经多年的试制、试验,和科研,以及试点工程应用。
终于获得成功,纳入标准生产,从而于1995年由冶金部、建设部联合推出推广使用新Ⅲ级钢的通知,目前HRB400牌号,即原有的新Ⅲ级钢筋。
电力建设的设计与施工,为了改变现浇厂房框架结构的肥梁、胖柱面貌从90年代初开始,我公司即与浦东钢铁公司(原上钢三厂)、华东电力设计院组成HRB400级20MnSiV课题组,先后在石洞口第二电厂率先应用,97年后又结合杨树浦电厂化水车间做为试点工程。
该试点工程开展了工程设计,钢筋焊接工艺、框架节点为荷载试验等研究工作,并于98年完成以上课题,通过技术鉴定,用于化水车间的二层框架结构中,现已安全运行四年以上,可以认为HRB400级钢筋对焊、电渣焊等焊接技术合格,工程结构安全,本文将介绍试点工程的钢筋焊接技术,以期进一步推动HRB400钢筋在电力工程中的应用。
(二)HRB400级20MnSiV钢筋的生产工艺
1、生产工艺流程
20MnSiV钢采用转炉、平炉或电炉均可冶炼,浦钢公司主要采用转炉冶炼,其工艺流程是:
纯氧顶软转炉冶炼→连续铸坯→连铸坯精整检验→开坯加热→630轧机开坯(60方、67方、76方和95方)→方坯精整检验→方坯加热→400、330mm轧机轧制成材→钢筋冷却→钢筋剪切定尺→检验→入库。
2、为杨树浦电厂试点工程焊接试验,构件试验提供钢筋的化学成分及机械性能如下:
2.1本次提供焊接试验的20MnSiV含碳量为上限均按GB1499-91标准生产,其化学成份、力学性能见表2,表3。
表2 化学成份
冶炼炉号
C(%)
Mn(%)
S(%)
P(%)
Si(%)
V(%)
Mn V
C+----+----
6 15
GB1499-91标准
0.17/0.25
1.20/1.60
<0.045
<0.045
0.2/0.8
0.04/0.12
0.373/0.525
10-2-400(93.4.10)
0.25
1.48
0.022
0.032
0.50
0.12
0.505
160×220mm断面连铸坯经开坯厂开制成67方坯后,分别在1996年9月和10月轧制生产成钢筋。
其性能情况:
表3
轧制编号
规格(mm)
σS(MPa)
σb(MPa)
δ5(%)
冷弯
反弯
+45°
-23°
GB1499-91
8-25
------
28-40
≮400
≮570
≮14
d=3a,90°
----------
d=4a,90°
d=5a
-----
d=6a
B9-190
25
560/565
760/765
22/21
完好
完好
B10-27
28
570/570
740/735
23/23
完好
完好
B10-25
22
585/585
785/790
23/22
完好
完好
2.2 本次提供构件荷载试验用20MnSiV钢筋为电炉生产,其化学成份按GB1499-91标准的含碳量的下限生产的。
见表4、表5。
表4 化学成份
冶炼炉号
C(%)
Mn(%)
S(%)
P(%)
Si(%)
V(%)
Mn V
C+----+----
6 15
5-2299
0.19
1.41
0.014
0.021
0.40
0.05
0.428
钢锭于1997年1月20日在开坯厂开制成67方坯,在2月24日和3月5日分别轧制成ф25mm和ф22mm钢筋。
其性能情况:
表5 力 学 性 能
轧制编号
规格(mm)
σS(MPa)
σb(MPa)
δ5(%)
冷弯
90°d=3a
反弯
d=5a+45°
-23°
B2-155
25
470/460
610/605
27/26
完好
-
B3-72
22
485/480
625/625
27/28
完好
完好
(四)HRB400级20MnSiV钢筋可焊性
钢筋的可焊性,一般可用国际通用的碳当量公式进行预评估。
以20MnSiV试验用钢筋的碳当量进行评估如下:
国际通用碳当量公式
…………………………
(1)
俄国库古金公式
…………………………
(2)
当用20MnSiV试验钢筋10-2-400炉号,当化学成份上限时C=0.25,Mn=1.48,Si=0.5,V=0.12时代入
(1)
(2)公式
则Ceq=0.25+0.247+0.08=0.57
Ck=0.25+1.85+0.124=0.57
当用5-2299炉号化学成份C=0.19,Mn=1.41,Si=0.4,V=0.05时
Ceq=0.19+0.235+0.003=0.478
Ck=0.19+0.176+0.1=0.466
预评估认:
化学成份为国标GB1499-91中规定的上限值时,碳当量达到0.57,而中限时碳当量小于0.50,一般焊接碳当量大于0.55者,可焊性较差,反之可焊性良好,一般宜选用碳当量Ceq≤0.52最佳。
在试验时,应根据不同化学成份的碳当量采取不同的焊接参数,通过焊接数据的积累研究以解决施工听焊接问题。
(五)HRB400级20MnSiV焊接性能试验
在电厂工程中,钢筋砼现浇结构和装配式结构的厂房基础、柱、梁钢筋广泛采用闪光对焊、电弧坡口焊和电渣压力焊技术,故本课题仍以此三项焊接技术为题进行攻关。
通过焊工试焊进行技术上的研究分析,探索并建立20MnSiV钢筋的各项焊接工艺参。
通过阶段性试验工作,总结成果,分述如下:
1)钢筋闪光对焊
闪光对焊钢筋技术,在我国已有四十多年的历史,可根据各种级别钢材不同的强度和化学成份,选择合适的工艺参数。
钢筋对焊工工作可在手动或自动化焊机上进行,手动焊机有UN-50;UN-75;UN-100型分别可焊ф10-ф28mm钢筋,自动焊机目前有UN17-150型等,可焊ф18-ф40mm钢筋。
1.1钢筋对焊工艺选择
钢筋对焊工艺可分别采用三种焊接工艺。
(1)连续闪光焊
通过焊机上两电极之间钢筋不断接触连接续闪光、加热、顶锻的方式完成,适用于ф16mm以下钢筋对焊应用。
(2)预热闪光焊
端头切面平直的钢筋,经在焊机上预热和闪光,闪去过热金属并经快速顶锻而完成,预热闪光焊在ф12-ф20mm直径时可用。
(3)闪光一预热闪光焊
钢筋端面不平整,以及直径20-40mm的粗直径钢筋多用此法,经一次闪光,闪平端面后,预热充分,二次闪光闪去过热金属以及最后顶锻完成。
本次试验主要是用ф22、ф25、28mm直径的钢筋,故采用闪光一预热闪交焊施工工艺。
1.2 对焊钢筋焊接参数选择
焊接参数包括调伸表度(钳口距离),预热留量(在预热时掌握钢筋接触预热的频率和次数操作时的留量)。
二次闪光留量(又称烧化留量),顶锻留量(有电或无电顶锻)组成,在试焊过程中找准和调整焊接电流级次,研究焊接温度时间和压力之间的关系,就可以获得良好的焊接接头合格率。
1.320MnSiV钢筋的对焊工艺和参数
20MnSiV钢筋对焊试验工作从96年9月开始,经过11月份在气温5℃左右的低温状态下的焊接试验,以及97年4月和7月份等几次焊接试验,是由三名焊工组成的小组,在UN-100型焊机上进行的。
通过阶段性的试验,认为20MnSiV钢筋的可焊性良好,当化学成份的含碳量在中限及以下时,焊接参数与20MnSiVⅡ级钢筋焊接参数一致,当成份及含碳量在0.25上限时钢筋对焊预热参数宜采用中等偏低频率操作,预热次数宜每秒2-3次,一般预热不超过16-20次,见红区不小于25mm为好,具有一次闪光,闪平为准,预热充分,二次闪光短稳强烈,顶锻快而有力,合适的参数见下表。
HRB400级20MnSiV钢筋焊接工艺参数
焊接工艺
碳当量(Ceq)
规格
调伸长度
电流级次
工艺参数
备注
一次闪光留量mm
予热留量mm
二次闪光留量mm
顶锻留量mm
见红区mm
闪光-予
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