浅谈铸钢节点施工质量控制

李起程（北京兴电国际工程管理有限公司，北京 100048）

0 引言

随着钢结构异形建筑及大跨度建筑的发展，钢结构节点复杂性不断提升，其节点焊接难度大、变形大，依靠钢板加工及焊接已无法满足节点的受力要求，铸钢件在工厂内一次整体浇铸，能够美观且有效地解决因相贯线切割及重叠焊缝焊接引起的应力集中问题。然而，铸钢件在工程使用中一般存在重量较大、形状不规则等特点，导致其加工及安装的质量控制难度较大。本文以某医院钢结构用铸钢件的施工质量控制为例，对其加工及安装整个过程质量控制进行分析。

1 工程概况

某医院项目（以下简称“本项目”）地上部分共分为四个单体，分别为一号住院楼、二号住院楼、科研教学楼及门急诊综合办公楼，其中科研教学楼及二号住院楼为钢框架—屈曲约束支撑结构；铸钢节点位于二号住院楼光筒上方，由一根主钢柱转换为一根直柱及三根斜柱来支撑上方悬挑结构（如图1所示）；下部钢柱为箱型柱，其截面尺寸为□1100×900×80；上部钢柱截面尺寸为□700×700×50；钢柱材质为Q390GJC，铸钢件材质为G20Mn5QT，铸钢件总重量约为12 t。

图1 铸钢节点示意图

2 铸钢节点加工质量控制

2.1 方案确定及审核

铸钢节点采用优质树脂砂为模具，外观平整，根据铸钢节点结构的特殊性，借助模拟凝固软件，制定合理的铸造工艺。浇铸采用一次成型方式，成型后需进行热处理。热处理是通过加热、保温和冷却等方法改变钢的内部组织结构，从而改善钢性能的一种工艺。温度和时间是影响热处理过程的主要因素。铸钢件的加热速度取决于钢的化学成分、铸件的断面大小以及铸件的形状。一般合金钢铸件的加热速度与碳钢铸件相比较低。铸件断面较大，形状复杂、断面厚薄相差较大时，加热速度较缓慢。保温时间取决于铸件的壁厚或炉子的堆料情况。铸钢节点正火后，铸件内残余应力较大。因此，采用正火加回火的方式消除铸钢件内应力，最终使铸件各项性能指标满足项目要求。

2.2 放样及试加工

铸钢件加工前，应对铸钢件节点进行初步分析，在现有基础上进行进一步的技术放样及加工，以保证现场的施工进度。根据节点构造进行精确建模，同时对节点构造进行优化，严格按现场焊接要求确定现场坡口形式和定位企口，确保外形精度满足安装要求。

2.3 化学成分控制

为了确保将化学成份控制在标准之内，浇注之前，必须对钢水成份进行炉前快速分析。成份合格方可浇注，否则须调整钢水成份，待成份合格后浇注。采用直读光谱仪进行炉前快速分析；为保证良好的焊接性能，应严格控制碳当量；铸件冷却凝固后，在试块上取样，再进行一次化学分析，并将此样做为最终化学成份结果。

2.4 外形尺寸和端面质量控制

铸钢节点在从图纸向模型及铸件转换的过程中，每一个步骤都可能产生误差，使几何形状发生变化。因此，铸钢件出模后，节点相关位置应采用三座标测量，现场安装端面采用机加工，保证外形尺寸符合图纸和安装要求。

2.5 加工质量检验

铸件浇注时用同炉钢水，浇注试样经随炉热处理后，机械加工制成标准试样，并对其进行机械性能试验；铸件出厂前，需对铸件进行无损检测，铸钢件不允许存在影响使用性能的裂纹、冷隔、缩松等缺陷。铸钢件按GB/T 7233.1—2009《铸钢件 超声检测 第1部分：一般用途铸钢件》进行超声波检测，质量等级为Ⅱ级；不可超声波探伤部位采用磁粉表面探伤，依据GB 9444—1988《铸钢件磁粉探伤及质量评级方法》，质量等级为3级合格。

3 铸钢件进场质量控制

（1）核查铸钢件质量证明文件，对构件的型式检验报告、出厂合格证及质量证明文件进行核验，确保质量证明文件齐全。

（2）根据GB 50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》、GB/T 11352—2009《一般工程用铸造碳钢件》及设计文件，对铸钢件的外观、及尺寸进行复核，确保外观质量及构件尺寸满足国家规范及设计要求。

（3）由于此铸钢件为非标准件，材料进场复试时，需在按批浇铸过程中连体铸出试样坯，经同炉热处理后加工成两组试件，其中一组用于出厂检验，另一组随铸钢产品进场进行见证复验；铸钢件按批进行检验，每批取1个化学成分试件，1个拉伸试件和3个冲击韧性试件（由设计要求决定）。

（4）为保证铸钢构件与合金钢焊接质量，需在铸钢件安装前进行焊接工艺评定，通过焊接工艺评定确定铸钢件焊接时所用焊接材料、焊接方法及焊接参数，并通过工艺评定确保铸钢件焊接满足设计要求；施工作业人员在现场焊接前需根据已确定的焊接工艺评定进行焊接考试，考试合格后方可上岗操作。

4 铸钢件安装施工质量控制

本项目铸钢构件为异型构件，吊装时必须保证下口与钢柱上口契合，并保证异形铸钢件吊装一次就位。

（1）吊装前准备：利用tekla模型软件确定重心位置，明确吊耳数量和位置，确定钢丝绳长度及调整点位置，检查吊耳位置和焊接质量；铸钢件吊装之前，提前安装定位连接板，搭设作业平台、测量定位点、测量设备检定等。

（2）吊装精度控制：吊装就位后利用全站仪进行微调，并及时利用定位连接板及点焊进行固定。

（3）焊接质量控制：铸钢件的焊接需按照焊接工艺评定确定的焊接参数进行，焊接时采用两侧交替和左右对称焊接，焊条焊接时横向摆动宽度不得大于焊条直径的5倍；采用手工电弧焊多层多道焊接进行打底焊接；铸钢件与异种钢的接头焊接必须保证对称、连续焊接，一次完成；焊接完成24 h后进行超声波无损检测。

5 结语

随着异形钢结构工程的发展，铸钢节点被更加广泛地应用在工程建筑中。设计采用铸钢节点使得复杂节点受力性能实现优化，可在施工中实现。铸钢件的出现是异形钢结构发展的必然趋势，本文对铸钢件的加工和安装施工质量控制进行了分析探讨，希望为铸钢件的施工质量控制工作提供一些参考。