八号工程进入施工阶段,由中国建筑总公司三局负责施工。这时张志远、白韵姿夫妇也退伍转入中建三局工作,张志远任一分公司经理,白韵姿任三局医院护士长。
工程开始不久就从各方面传来一则坏消息:无论是预制场,还是八号工程车间施工现场,都发现进口螺纹钢焊接接头抽检不合格:断口不是在母材处而是在焊接接头处或热影响区,无论是人工电弧焊还是对焊,或竖向柱筋的电渣压力焊,都有类似情况。张志远还对宇高说:过去一提到进口货一般都认为质量肯定比国产的同类产品质量好,还舍不得用,或抱着好钢用在最重要的地方。现在看来恰好是这些地方出问题多。八号工程指挥部决定部分工程暂停,能改用国产钢的改用国产钢尽快复工,已经用了进口钢材的预应力构件和巳埋入混凝土的等候处理。1979年1月6日,国家建委发出:“关于使用进口螺纹钢筋应注意的几个问题的通知”的文件,规定对进口钢材严禁作预应力筋使用,严禁对进口钢材采用电弧焊接。
八号工程指挥部为了进步了解进口钢材的来龙去脉,更科学地处理已使用进口钢材的构件和施工部位,决定一方面组织力量迅速查清本市工程使用进口钢材的数量与流向。另一方面组识一个由市建委,404厂、中建三局组成的市主管部门、建设、设计,施工各有关部门代表组成技术指导组,由市建委副主任带队,市建委总工程师、中建三局总工、404厂字高参加的五人小组于1979年5月赴北京、上海、向先行一步的同行取经。
从国家建委处了解到我国从1976年开始进口螺纹钢49017吨,至1979年共进口了80万吨,主要生产国有日本、西德、荷兰等国,全国共165个重要工程,132建工局,33个房地产项目使用过。如国防科工委的7013厂用了进口钢于仓库薄腹梁,上海宝钢用于基础,105电厂用于连系梁柱搭接电弧焊,上海闵行电厂用于两台12.5万千瓦机组等。由于我国进口方合同仅向外方提出钢材机械性能要求,没有提出化学成份的要求,这批进口钢大多数是用废钢铁回炉冶炼的,价钱虽便宜,但含碳量普遍较高,可焊性没有保证。
指导小组走访了北京市建委、北京第二构件厂,上海市建委、上海宝山钢铁总厂、上海闵行发电厂、上海冶金设计院等单位。还收集了西德、荷兰、日本、苏联、西班牙等国生产螺纹钢机械性能、焊接、冷弯试验资料共六大类440个试验资料。以及进口钢的化学成分资料。了解到北京建工局建科字第053文,上海市建委沪建(79)第116号文,宝钢总厂工程指挥部(79)沪宝钢指施技字第144号文对使用进口螺纹钢问题的通知等技术文件。市技术指导小组组长、市建委付主任要求宇高代表小组起草一份调查报告和技术指导意见提请全组成员讨论通过。认为报告详尽有说服力,有具体施工技术措施,可作为对进口螺纹钢试验,使用、处理的指导性意见。
回到宏州404厂后,施工方中建三局一分公司经理张志远米找宇高,希望宇高像在7169工程作的控制爆破技术讲座一样,给一分公司技术人员和各级领导结合这次京沪调研作一个有关进口钢的特性及对焊技术讲座,宇高答应了。
宇高说:各进口螺纹钢的性能相差很大,一般从日本、荷兰进口的螺纹钢可焊性会好些,如日本生产的(标准JISC3112)代号为SD35、SD40的螺纹钢,含碳量为0.23~0.28%与我国产的16Mn等型号的II级钢在机械性能、化学成份上很相似,经焊接接头试验合格者也可用电弧焊,用于非预应力结构。但最好不要与国产II级钢焊,因为两种钢材的焊接参数不一定相同,而且建议用T-50焊条。荷兰生产的(标准DIN488)含碳量为0.22%在试验合格的基础上可暂按我国Ⅲ级钢使用,也限于用在非预应力结构。
有人问:西德产的螺纹钢如何使用?宇高回答:西德生产的钢筋代号 BST42/50RU 的螺纹钢由于含碳量高,含碳量达0.36%属中碳钢,可焊性差,采用电弧焊或点焊后热影响区变脆,特别是打火引弧处和烧伤处将出现脆裂,所以这类钢筋绝对不允许点焊和电弧焊,可用无焊搭接接头、平螺纹接头。也有工程采用预热闪光对焊加焊后热处理的,但成本太高,把握性不大,我还是倾向不要焊。
进口钢材有一些国产钢材所没有的特点,如含碳量高,而含锰量不高,强度却很高,且屈强比高,延伸率也可以。可能是回炉钢中含铌、铬、钼等元素,另外国外与我国的轧制工艺也不一样,问题出在我们国内的施工企业用老一套对付国产钢的办法来对付进口钢。国外人工费贵,材料费便宜所以他们多用施工简单但耗材料的梆扎接头,对可焊性要求不高。而我国则相反,喜用节省材料但费人工的焊接接头。所以国情不同,方法各异。
在承受冲击荷载的中重级工作制的吊车梁的受拉钢筋为防止疲劳破坏也不得采用这一些塑性稍差的进口钢材。
进口钢材的接头推荐用闪光接触对焊,下面我会在对焊中讲到。
对已经使用了进口钢材的地方与构件区别国别不搞一刀切,对用于中重级工作制的吊车梁一律降级改用于次要工程的非重要梁如系梁、过梁处,用了进口钢作主拉预应力筋的大型屋面板一律不得用于工程可作报废处理。已完工者作好定期观测工作。
宇高又进一步谈到对焊的焊接问题:接触对焊的热源用公式:
Q=0.24I²Rt表示。式中Q——热量(千卡),I——电流强度(安培),R——电阻(欧姆)t——通电时间,其中R=2R棒+R接。
R棒——从电极夹具到钢筋焊端的钢棒电阻
R接——两钢筋焊接接触点的接触电阻
由于焊接的方法不同,对焊又分为电阻对焊和闪光对焊。
在电阻对焊时,两焊接头加工通电,开始时接触点面积很小,所以“R接”很大,使温度迅速升高,当温度达600℃时,金属产生塑性变形由于顶锻压力接触面增大,“R接”减少趋近于0,于是R=2“R棒“,以后全靠“R棒”这电阻加热,与此同时,接头钢材开始聚合再结晶(晶粒互相吞并)使两焊件成为共同的晶粒而结合在一起。由于焊件没有和空绝缘。在接触处有一层空气层,在温度达1000℃时,会产生脆性金属氧化物,在顶锻加压中产生破碎并存在于接头组织中,温度再升高,金相组织产生重结晶时,氧化物成为杂质分布晶粒周围,形成氧化链状结晶体,使焊缝塑性、冲击韧性降低。而且高温影响周围过热区段重结晶,使晶粒变粗,塑性下降。
连续闪光对焊:在焊接过程中由于接触面不平,开始时仅个别点接触,升温后该接触点熔化形成金属过梁,这时熔化的金属过梁受两个力,一个是熔化金属的表面张力使过梁扩大,另一个是电流磁效应使断面减少,两者共同作用使接头温度升高金属熔化,由于金属气体的爆炸再借助旁边变压器的磁效应力的作用,使已熔化的金属向一边闪去,并使熔化的金属飞溅,将焊口处的空气(氧、氮)推开,减少氧化、氮化物的杂质生成。另外熔化金属中含的碳元素与剩下的氧发生反应生成一氧化碳、二氧化碳成为保护性气体使熔化金属不至氧化。这样就避免电阻对焊难免的氧化物生成。
接触对焊的金相概念:钢筋接触对焊时沿不同的区段,因温度不同产生不同的物理化学变化,焊口处会氧化与碳烧失。由于对焊冷却速度大,金相组织变化不平衡。从焊头向外数大致分为:1500℃以上的完全熔化区;1500~1200℃的过热区;1200~930℃的常化区;930~750℃的不完全结晶区;750~500℃的重结晶区;500℃以下的蓝脆区。
在蓝脆区钢表面出现蓝色的考蓝,这是由于冷却速度太快,形成魏式组织使钢材塑性、冲击韧性降低。另外过热区金属晶粒粗大,表现为脆性。因而应尽量想办法从接触对焊工艺上把过热区缩小,或焊后用热处理的方法加热到930℃的常化区,使之产生常化组织,才不会有过热区的影响。如山西电视楼用了西德螺纹钢作对焊,后来请清华与钢铁研究院的专家会商就采用了预热对焊后加热处理的方法,但这样增加了不少费用,仅限于对已施工的部位处理。
讲到这里张志远递了一杯水给宇高并说:宇高你再给大伙讲讲为获得良好的对焊接头如何从对焊工艺上想办法及热处理的方法。高接着说:对焊工艺涉及对焊参数的选择我建议:
1. 调伸长度(钢筋端至电极夹具间的距离)的选择原则:是使接头区域获得均匀加热,又不致在顶锻时发生旁弯。该值随钢筋强度等级提高而增加,如Ⅰ级钢为1.25d~0.75d;Ⅱ级钢为1.5d~1d;Ⅲ级钢为2.5d,其中直径小者取高值,直径大者取低值。
2. 闪光留量(烧化留量)的选择:应使闪光过程结束时,钢筋端部均匀加热并达到足够温度。为10+e~15+e毫米,e——两钢筋端部压伤及不平部分总长,钢筋越粗该值越大。
3. 顶锻留量:包括有电顶锻及无电顶锻留量,前者能消除氧化作用,使熔化金属表面紧密结合,会挤出氧化物及杂质,后者使焊口在冷却时将液体金属全部挤出,以免由于冷却收缩内部产生孔洞影响强度,增加冲击韧性。有电顶锻留量取1.5mm~3mm,无电顶锻留量取3.5mm~5mm,也是直径大者取高值。
4. 闪光速度控制:应随钢筋直径增大而降低,闪光过程由慢到快,使终止阶段闪光较强烈,以保护金属免受氧化。
5. 顶缎速度应越快越好,特别是顶锻起始的0.1秒应将钢筋压缩1.5~3mm,使焊口迅速闭合,使金属免受氧化。
6. 变压器级次用于调节焊接电流太小,钢筋直径大,其级次要高。对焊参数根据电流和时间不同,分为大电流短时间的强参数及较小电流和较长时间的弱参数,前者可减少接头过热,提高焊接效率,但易产生淬硬倾向。后者可减少温度梯度及冷却速度。
大直径钢筋应采用预热闪光对焊,工艺过程为一次闪光——预热——二次闪光及顶锻。一次闪光的作用是闪平端部,预热又有断续闪光预热及电阻预热两种,前一种是使两钢筋端部交替轻微接触与分开,发出断续闪光来预热。后者是两钢筋端面一直紧密接触用脉冲电流产生电阻热来实现预热,但该法所需功率大。
焊后通电热处理的方法是焊后松开钳口,加大钳口距,再夹紧,待接头降温至暗黑色后,采取低频脉冲式通电加热;当加热至钢筋表面色暗红或桔红色时,结束通电,松开夹具,待稍冷后取下钢筋。
这就是我们推荐在进口钢材(除西德钢外)连接中用连续闪光对焊和预热闪光对焊的原因。另外由于不同的钢种含合金元素不同可焊性也有差异。过去用3号、5号钢屈服点低,屈强比小,钢材利用率低,后来用高含碳的70MnSi、60MnZ强度提高了,但可焊性太差。再后发展采用含碳不高的高强低合金钢,如炼钢时加人价格不贵的锰铁并控制好含锰量,使锰含量不大于2%(最好1.5%左右)由于Mn溶于铁素体中有利提高强度,但含Mn过高又会产生热敏感性对淬火、焊接不利,另外Si也可以提高铁素体强度。因而我国出了16Mn、25MnSi、44Mn2Si,西德出了St105、S90、30T2C(30Mn2Si)屈服点由过去3号5号钢的24~40kg/mm²提高到50~145kg/mm²。
稀土元素在我国产的铁矿石,如攀枝花铁矿中是共生矿,因而我国产低合金钢中有含钒、钛的钢种,如16SiTi、25SiTi、45SiTi、40SiV、45MnSiV、35SiTi等。稀土元素在钢中起着清除杂质、气体。有利于脱硫,——改善钢组织,细化晶粒,提高钢的塑性、冲击韧性、耐磨性。
对低合金钢的可焊性从定量的观点可用该钢种的碳当量Ec来衡量:
当Ec≤0.4%时可焊性好。
当Ec为0.4%~0.6%时可焊性尚可,但须预热后焊接。
当Ec〉0.6%时可焊性差,不宜用焊接连接。
最后谈一谈接触电渣焊,这是最近才兴起竖向钢筋接驳法,比电弧焊容易掌握、工效高、成本低、工作条件好。它是利用电流通过渣池产生电阻热将钢筋端部熔化,然后施压使钢筋焊合。当焊≤∮22的钢筋时采用一台20KVA交流弧焊机,焊直径〉∮22筋时用两台20KVA弧焊机并联使用。
当上钢筋较长较粗时宜用“导电焊剂法”要求钢筋该面预先磨平,选粒度为8~10mm的导电焊剂1~2片放入钢筋端面,通电使电焊剂及钢筋端部相继熔化成渣池,待数秒后熔化量达到规定值后断电,用力顶压挤出金属熔渣与熔化金属形成焊接接头。
当上钢筋直径较小面焊机功率大时宜用“电弧引燃法'在未磨平的钢筋间装满焊剂,通电后操纵压杆使两钢筋形成2~3mm空隙产生电弧,接着借操纵杆使上钢筋缓缓上升进行引弧(焊∮25筋提升8mm)之后进行电渣过程和顶压即成。
当钢筋面平整而焊机功率小,宜用“铅丝球引燃法”,即用22号铅丝绕成∮10~15mm紧密小球放入两钢筋头之间,而后装满焊剂施焊。接触电渣焊参数:
∮16用电流200A~300A、电压20V~35V、顶压力150~180kg、通电时间25~30秒。
∮32用电流450A~600A、电压20V~35V、顶压力180~200kg、通电时间40~50秒。
我认为这种焊接法有渣池保护不仅使焊口免于接触空气而氧化,而且因渣池存在减小了冷却速度,相当于进行了热处理,也是进口钢材的一种好焊接法。
宇高讲完后问大家:听明白道理没有?大伙一致说:听明白了,处理进口钢材更有信心了。
张志远最后说:今天我请宇高来是利用我俩曾是战友关系,义务为我分公司干部作了一次生动、具体的业务培训。让我们再次用热烈的掌声感谢姚处长!
会场上再次响起经久不息的掌声。
宏州404厂八号工程继续顺利开展,预制场的工作是中建局二分公司负责的。宇高派出基建处章工作为去构件场的联络监理兼设计代表,预制场负责9m跨50t级后张法预应力鱼腹式重级工作制吊车梁,9m先张法预应力屋面板、天花反槽板等构件预制运输的任务。章工带回来预制场的要求:召开建设、设计单位与中建三局二分公司设计交底与联络会议。宇高、章工等宏州404厂基建处、设计室几个同志来到二分公司预制场。
宇高先作介绍:八号工程吊车梁跨度大,吨位重拟采用鱼腹式预应力吊车梁,采用工字形断面,由于梁下部主预应力筋是二次抛物线的曲筋只能用后张法,用四束5*∮12钢铰线为预应力筋,控制总预应力为183吨,为防止施工时因偏心受压对吊车梁上翼缘因受拉产生裂纹以及翻身时的侧向安全,在吊车梁上翼缘布置了两条∮22的V级钢(44Mn2Si)先张法预应力筋每条控制预应力为46.9吨,由于先张法是采用平卧长线法施工,44Mn2Si粗钢筋肯定要有焊接接头。44Mn2Si 钢含碳量高达0.42~0.52%、Mn含量0.7~1%、Si含量1.1~1.4%可焊性处于尚可偏低阶段,因而必须采用预热闪光对焊,而且含C、Mn 量处于高端时最好加焊后电热处理,由于承受重级工作制的反复荷载,焊口处要打磨平顺以免产生应力集中,预应力锚具最好采用螺丝端杆锚具以便使放松时能分级对称放松。
二分公司表示同意并提出:
1. 用6m跨肋高300mm非预应力板加长为9m后施加预应力屋面板,这样可充分利用旧模板。
2. 吊车梁预应力筋为曲线筋且下翼缘断面不大还有不少非预应力筋,抽芯很困难建议改为不抽芯的预埋管。
3. 吊车梁曲筋,图纸仅给出二次抛物线公式及中、端几点坐标,能否由设计人按1m间距放置井字架处给出二次抛物线具体座标,以便于钢筋工施工。
宇高基本同意上述意见,第一点9m跨肋高300mm的大型屋面板肋高控制在高跨比为1/25~1/35的中值1/30是合理的。第二点同意改用∮75薄铁皮波纹管作埋管,但吊车梁下翼缘因埋管削弱后,是否需加大截面由404厂设计室章工复算后发通知。第三由404厂设计室章工计算出二次抛物线各点坐标后发通知,以方便施工。
宇高还强调后张法施工顺序要坚持对称、先中间后边缘的原则以及翻身后应设端头临时支架防侧翻等施工安全注意事项。
安装工作进行很顺利,吊车梁安装后开始吊车轨道安装准备,待屋面结构安装定型后即时安装吊车轨和吊车,宇高向张志远提出建议:利用吊车搭活动平台作安装天花波型瓦及粉刷天花的活动脚手架,张志远对宇高说:“你这小子鬼点子是多,这个主意是多快好省的主意。”吊车轨道还采用了熔槽焊无缝联接,使吊车行驶更平稳。
八号工程进入天面灌缝阶段,张志远来找宇高说:“成品聚氯乙稀胶泥现在缺货,我原来把精力放在预制构件吊装上,因为一是吊装方案影响施工总体进度,二是吊装是高空作业、安全工作很重要。因而我对采购员所反映的这填缝的胶泥缺货也未当一回事,想过几天会有货的。想不到万事俱备只欠胶泥这鬼东西,总不能大家坐在那里干等吧!你鬼主意多,帮忙想个办法吧。”宇高说:“巧妇难为无米之炊”我也没有办法,但如果你不怕麻烦,这几件东西又买得到,我建议你自己配制。”志远说:“也是一种办法,总比坐等强,不知要哪几样东西?”宇高回答:“煤焦油、聚氯乙稀脂、乙丁脂、硬脂酸钙、滑石粉。”过了一天张志远来说:“这几样东西都能买到,你说如何配,买多少?”宇高开玩笑地说:“要我义务做你的技术员、预算员、采购员,有什么报答?”志远说:“我们哥俩讲什么彼此,这事办成了,我叫白韵姿烧一桌菜请你和若兰带女儿全家三口吃饭。”宇高说:“若兰也说要去拜见韵姿大姐呢!”
宇高说:“聚氯乙稀胶泥配方为:煤焦油100:聚氯乙稀树脂12.5:乙丁脂9:硬脂酸钙0.7:滑石粉22。冷底子油配方为:乙甲苯(或粗苯)1:煤焦油3~4。”
“100m²大屋面板用料:稀释剂煤焦油是139kg,主要材料聚氯乙稀树脂17kg,塑化剂乙丁脂13kg,抗老化剂硬脂酸钙1kg,填料滑石粉30kg,冷底子的耗量7kg。
该胶泥技术指标:90℃不流淌;老化试验7~8年约1~2mm;与混凝土表面粘结力≥2kg/cm²。”
张志远问:“有什么技术要领?”宇高说:“一是基层混凝土干燥,含水量≤3%;二是基面无粉尘,浇灌胶泥之前要用风筒或手提式风机将基层吹干净;三是冷底子油刷后不能隔天浇,要当天浇灌,塑化加热一锅浇一锅,最好用夹层加热车加温,每锅大约用11分钟时间,倒出温度≥120℃,如胶泥边缘与混凝土基层不粘可用热烙铁加温;四是防水材料多为易燃品,要特别注意防火。”
屋面防水材料解决后,施工进度大大加快。若兰又调到厂技术资料档案中心作资料整理工作。这天宇高和若兰带了8岁的女儿姚江霓来到张志远、白韵姿家里作客。若兰说:“白大姐你们两夫妻真的太传奇,一个去过朝鲜,两人去过大漠,而且亲手打过匪特。宇高的第一个图台、图板也是当时作连长的张大哥帮忙做的。”若兰又对女儿江霓说:“你白阿姨还为你爸爸包扎过伤口!”志远说:“你爸爸还用电台指挥过解放军歼灭了美蒋空降特务!又是你爸爸多次帮我度过难关。”两家人此时又沉浸在对过去岁月的回顾之中。他们手中的一杯充满茉莉花茶清香的青花瓷杯上轻雾辽绕,不知是这些小花的馨香泽了瓷,还是瓷的清辉润了花,就像两家人谁帮谁一样说不清。白韵姿对宇高说:“你讲的故事中你表叔符大可的故事好像有头无尾,大可后来的情况如何?有没有回来与翠花团聚?我也想听一听。”宇高说那我就讲讲我表叔符大可千里寻妻的故事。