1前言
近年来,随着都市的再开发,建筑物向大型化、高层化的方向发展。相应地,建筑用钢板向高强度化、大厚度化的方向推进。钢板厚度增大,造成钢板焊接时要进行多层、多道次焊接。为了减少焊接道次、降低焊接工作量,对窄坡口焊接技术进行了研究。过去提出的建筑钢结构的窄坡口气体保护电弧焊使用的保护气体不是100%二氧化碳气体,而是20%Ar与 二氧化碳的混合气体。以100%二氧化碳为保护气体的电弧焊接技术虽然具有可获得大熔深的优点,但存在的问题是,焊接时飞溅多,产生的飞溅附着或堆积在坡口壁和焊枪喷嘴,导致焊接效率显著下降。
为了解决上述问题,日本JFE钢铁公司开发出J-STAR?焊接技术。J-STAR?是使用添加微量电弧稳定剂稀土元素的焊丝,并以焊丝作为负极的正极性二氧化碳气体保护电弧焊接技术。J-STAR?焊接技术扩大了过去建筑钢结构焊接部的L形25°坡口和I形坡口的应用,并获得了日本建筑综合试验所的建筑技术性验证。本文介绍的J-STAR?焊接技术应用实例是对建筑钢结构矩形立柱进行角焊。该焊接实例中,利用J-STAR?焊接技术的特点使焊接坡口超窄化,提高了焊接效率。
2 J-STAR?焊接技术的特点
图1是J-STAR?焊接技术特点的示意图。传统的二氧化碳气体保护电弧焊是焊丝为正极的“逆极性”焊接。与此不同,J-STAR?焊接技术是使用添加微量稀土元素的焊丝,并以焊丝作为负极的正极性二氧化碳气体保护焊。J-STAR?焊接技术可形成稳定的圆锥状电弧和微细连续化的喷射过渡。其结果是:
1)焊接飞溅微细化,飞溅量显著减少;
2)焊接电弧集中,可获得大熔深;
3)焊缝金属表面焊渣的剥离性良好;
因此,采用J-STAR?焊接技术对厚钢板进行窄坡口多层焊接,可减少焊接工作量。
3超窄坡口J-STAR?焊接技术
为了进一步提高焊接施工效率,JFE钢铁公司开发出超窄坡口J-STAR?焊接技术。在超窄坡口焊接中,为了防止坡口底角部熔深不足和熔合不良等焊接缺陷的产生,必须使坡口底角部达到充分的熔融以及使坡口侧壁稳定熔融,为此,开发的超窄坡口J-STAR?焊接技术,采用具有上述特点的J-STAR?焊接技术和前端弯曲的导电嘴,进行一焊层两道次的焊接。图2是超窄坡口J-STAR?焊接技术的概略示意图。由于坡口侧壁熔融区扩大,可将前端略有弯曲的导电嘴插入狭窄的坡口内,使焊接电弧直接喷射到坡口底部和坡口侧壁。并且由于J-STAR?焊接技术电弧具有很强的指向性,使坡口侧壁稳定熔融。因此,超窄坡口J-STAR?焊接的坡口断面面积缩小到传统坡口断面的1/2,从而抑制了焊接变形并缩短了焊接工期。
4超窄坡口J-STAR?焊接技术在建筑钢结构矩形立柱的应用
日本熊本城天守阁修复工程中,大天守六层钢结构的主要钢结构焊接矩形立柱的角焊接采用了超窄坡口J-STAR?焊接技术(图3)。传统的矩形立柱角焊接方法是埋弧焊。由于埋弧焊的焊接线能量大,导致立柱发生焊接变形。永井制作所采用JFE钢铁公司提出的使用超窄坡口J-STAR?焊接技术的解决方案,用超窄坡口J-STAR?焊接技术制作大天守六层高的矩形立柱,抑制了立柱的焊接变形并大幅度缩短了焊接工期,受到了施工方的高度评价。 (高宏适)