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高強(qiáng)異型節(jié)點(diǎn)厚鋼板現(xiàn)場超長斜立焊施工技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
1、所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域
    1、所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域
    　　在鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接領(lǐng)域，本工程外框雙向傾斜鋼柱大部分為多箱體截面,因結(jié)構(gòu)受力需要，部分鋼柱分節(jié)后的單節(jié)重達(dá)120t，超出現(xiàn)場吊裝設(shè)備的起重能力（最大吊裝設(shè)備為M1280D塔吊，最大起重能力為80噸），根據(jù)設(shè)計要求，鋼柱不能再分節(jié)，為滿足吊裝，需將鋼柱的部分箱體或牛腿與主體進(jìn)行分離安裝、現(xiàn)場焊接。
    　　分體柱的現(xiàn)場焊縫具有如下焊接特點(diǎn)：
    　　1、現(xiàn)場焊接長度較大，最長為14.88m，焊縫連續(xù)填充量大，單條焊縫填充量達(dá)0.55t。焊接時，每根鋼柱需要同時成對焊接近30m的焊縫，大量的焊接熱量集中，焊接應(yīng)力和變形控制難度非常大，在國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接中極為罕見，尚沒有先例可借鑒。
    　　2、焊接母材材料強(qiáng)度等級高，Q390D、Q420D高強(qiáng)鋼可焊性程度、焊接參數(shù)、焊接應(yīng)力和變形控制等受現(xiàn)場條件、焊接位置與焊接環(huán)境影響，存在較多的不確定性因素，對于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)方面，尚無成熟的規(guī)范及焊接工藝參數(shù)作參照。
    　　3、焊接位置全部為斜立向位置、超長焊縫和超厚板的焊接，每組焊縫需要大量技術(shù)過硬的焊工晝夜連續(xù)集中施焊，在施焊過程中容易產(chǎn)生巨大的焊接應(yīng)力，造成柱體變形、焊縫冷裂紋及母材層狀撕裂等質(zhì)量問題。同時對人員、焊接設(shè)備組織和安全保障方面也有很高的要求。
    　　4、焊接為坡口全熔透一級焊縫，焊接工藝、焊接技術(shù)措施、質(zhì)量控制手段和質(zhì)量檢查方面需要進(jìn)行專家論證，制定有針對性的焊接工藝。
    　　根據(jù)該工程復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系和現(xiàn)場實(shí)際工況，主承建單位在焊接施工方案制定，以及各關(guān)鍵施工技術(shù)與措施應(yīng)用方面，依托傳統(tǒng)技術(shù)，開展科技創(chuàng)新、大膽探索，進(jìn)行施工工藝革新，同時大力應(yīng)用新技術(shù)、新材料和新設(shè)備，為解決超大（重）型構(gòu)件滿足運(yùn)輸、吊裝和結(jié)構(gòu)受力需要而進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分離安裝、高空高強(qiáng)度厚板長焊縫的立向組拼焊接的成功實(shí)現(xiàn)奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。


    2、主要內(nèi)容
    　　總體思路：
    　　超長、超厚、高強(qiáng)材質(zhì)焊縫現(xiàn)場焊接采用的總體思路概括起來是：
    　　（1）、施工前，根據(jù)焊接形式有針對性地進(jìn)行焊接工藝評定；
    　　（2）、鋼柱分體安裝，先安裝本體鋼柱、并部分焊接，然后安裝分體下來的一部分鋼柱。
    　　（3）、焊接前先對焊接坡口兩側(cè)的母材進(jìn)行超聲波無損探傷檢測，同時用焊縫量規(guī)對焊縫的安裝組對情況進(jìn)行仔細(xì)的檢查。
    　　（4）、使用電加熱技術(shù)進(jìn)行焊接預(yù)熱、后熱、加熱保溫，保證鋼柱整體溫度同步均勻加熱和降溫。
    　　（5）、焊接過程中采用分層、分道、對稱、同速退焊的方法進(jìn)行施焊。
    　　（6）、在整個焊接過程中，采用高精度全站儀對鋼柱的軸線進(jìn)行跟蹤測量，如鋼柱的軸線有所偏移，應(yīng)及時通過調(diào)整焊接順序和應(yīng)用電加熱技術(shù)對鋼柱進(jìn)行校正。
    　　（7）、焊接完成24小時后采用超聲波無損探傷和磁粉探傷檢測焊縫的焊接質(zhì)量，同時在一個月內(nèi)每隔7天對焊縫再次進(jìn)行檢查，防止延遲裂紋的產(chǎn)生。
    　　技術(shù)方案：
    1、施工要點(diǎn)
    　　1）、焊接工藝參數(shù)
    　　CO2半自動氣體保護(hù)焊實(shí)芯焊絲焊接參數(shù) (立焊)


    　　2）、焊接接頭的準(zhǔn)備
    　　焊接前應(yīng)認(rèn)真檢查母材坡口的間隙是否超標(biāo)，如有超標(biāo)應(yīng)在坡口表面用小熱輸入、多層、多道堆焊方法減小間隙，使坡口角度和間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可正常施焊。檢查邊緣是否光滑，確保無影響焊接的割痕缺口，質(zhì)量應(yīng)符合 GB50205—2001規(guī)范規(guī)定的要求，若發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)用磨光機(jī)認(rèn)真打磨處理，合格后方可進(jìn)行焊接。
    　　3）、分體鋼柱的焊接順序
    　　分體鋼柱的立向焊縫縱向通長分布在鋼柱內(nèi)箱體一側(cè)，焊接熔敷金屬量大，由于焊接收縮變形產(chǎn)生的焊接應(yīng)力對結(jié)構(gòu)質(zhì)量將造成不利因素，而且母體橫截面較大剛性對子體形成很大約束，因此控制焊接應(yīng)力、防止厚板在焊接時的冷裂紋及層狀撕裂，將是主要的技術(shù)重點(diǎn)，在焊接施工前必須制定出合理的焊接順序，并嚴(yán)格按照制定的焊接順序進(jìn)行焊接作業(yè)。
    　　4）、焊接方法
    　　采用薄層多道窄擺幅和分段退焊的焊接方法進(jìn)行施焊，嚴(yán)格控制單道焊縫的厚度和寬度，減少焊接熱輸入，以減小降低焊縫的機(jī)械性能因素，單道焊縫厚度應(yīng)不大于5mm、擺動寬度不大于20mm。分段退焊焊接接頭的處理：
    　　在分段退焊上段焊縫時，每一層焊接至上一區(qū)域分段處止焊，再退至下段與下一區(qū)域分段處起焊，焊接至上一段起焊處止。在某一段焊接前，需將上段焊縫起焊處和下區(qū)域止焊處的焊接缺陷需用碳弧氣刨，并將接頭處理成緩坡形狀，達(dá)到焊接要求，每一層的焊縫接頭必須錯開不小于50?，以避免焊接缺陷的集中。
    　　5）、焊接工藝要求
    　　在焊接過程嚴(yán)格按照焊接工藝評定的各項(xiàng)焊接參數(shù)進(jìn)行施焊，嚴(yán)禁采用超出工藝評定允許變化范圍的電流、電壓，在焊接作業(yè)點(diǎn)掛設(shè)焊接工藝卡，操作者可隨時查看并按要求進(jìn)行焊接操作。
    　　A、預(yù)熱：
    　　由于分體鋼柱的焊縫均是超長焊縫，焊接時安排大量的焊工分段同時施焊，為保證焊接的質(zhì)量，減小焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，焊前預(yù)熱非常重要。為達(dá)到所需要的溫度，焊前預(yù)熱的預(yù)熱方式主要以電加熱為主，對局部電加熱無法加熱到的地方采用火焰加熱的方式進(jìn)行，預(yù)熱溫度為：不低于120℃。測溫點(diǎn)位于焊縫兩側(cè)并離焊縫中心75mm處。
    　　B、層溫控制：
    　　與預(yù)熱一樣，超長焊縫層溫控制十分困難，焊接時焊縫分段焊接的長度，應(yīng)控制在一定長度1m左右，需隨時對焊接焊縫進(jìn)行測溫監(jiān)控，層間溫度應(yīng)控制在不低于預(yù)熱時的溫度（即層間溫度應(yīng)不低于120℃），發(fā)現(xiàn)層溫過低時，必須立即進(jìn)行加熱補(bǔ)償，待達(dá)到溫度后再進(jìn)行焊接。
    　　C、后熱及保溫
    　　分體鋼柱與主體的立向焊縫，由于是分段焊接完成，先焊接完成段的焊縫溫度需保持并接近后一段焊接部位焊縫的溫度；當(dāng)整條焊縫全部焊接完成后，應(yīng)立即放置電加熱設(shè)備，在放置電加熱設(shè)備的過程中，為了防止焊縫溫度的降低，應(yīng)先用火焰加熱法對焊縫進(jìn)行補(bǔ)償加熱，保證整個焊縫的溫度不低于焊接過程中的最高層間溫度（即150℃）。當(dāng)電加熱器的溫度升高到150℃以上時，火焰加熱換為電加熱方法，從而保證焊縫的均勻收縮，減少焊縫分段焊接的收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。后熱溫度應(yīng)控制在不低于250℃，恒溫120分鐘后，進(jìn)行保溫覆蓋，然后緩冷至常溫。偶遇雷電不能連續(xù)施焊時，應(yīng)立即采取上述后熱措施，再次開始焊接前應(yīng)按上述規(guī)定重新預(yù)熱。
    　　D、焊接時的其它注意事項(xiàng)
    　　1、在開始施焊前，應(yīng)對施焊人員進(jìn)行詳細(xì)的交底，并對焊接人員明確其所在的焊接部位；
    　　2、在焊接過程中，應(yīng)準(zhǔn)備至少兩臺備用焊機(jī)，保證某臺焊機(jī)出現(xiàn)故障后，立即有焊機(jī)投入使用；
    　　3、在焊接過程中，每一個班組應(yīng)準(zhǔn)備至少一名焊工，保證某焊工發(fā)生不可預(yù)見的緊急情況后，立即有人投入焊接；
    　　4、在整個焊接過程中，安排專人全程進(jìn)行監(jiān)護(hù)，一來對焊接質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督，二來對焊接工人進(jìn)行防護(hù)，以免發(fā)生意外。同時，監(jiān)護(hù)人員還要認(rèn)真、詳細(xì)地做好焊接過程中各項(xiàng)參數(shù)的記錄。
    　　5、若在夏季焊接，由于天氣炎熱，焊接時焊工都在封閉的環(huán)境中施焊，在焊接過程中應(yīng)對焊接工人做好防暑降溫的后勤保障。
    　　關(guān)鍵施工技術(shù)：
    　　1、半自動藥芯焊絲C02氣體保護(hù)焊現(xiàn)場焊接技術(shù)
    　　使用具有氣渣聯(lián)合保護(hù)作用的藥芯焊絲C02氣體保護(hù)焊，提高焊接中的抗風(fēng)挺度，使得焊縫及熱影響區(qū)晶粒較細(xì),焊接接頭力學(xué)性能高。模擬現(xiàn)場實(shí)際工況，通過大量焊接工藝試驗(yàn)，選取最佳焊接工藝參數(shù)。藥芯焊絲C02氣體保護(hù)焊屬氣渣聯(lián)合保護(hù)，兼有氣保護(hù)焊和手工焊兩方面的優(yōu)點(diǎn)，工藝性能好、易操作、施工高效率高、是焊條電弧焊的3～4倍，冶金反應(yīng)完善、工藝性能好、晶間腐蝕性能及低溫沖擊性能均較理想；特別是弧穩(wěn)，飛濺少，焊縫成型光滑美觀，熔敷效率高，一般可達(dá)75%～85%，而且可以采用大電流進(jìn)行全位置焊接，對設(shè)備要求低等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
    　　2、超長斜立焊縫現(xiàn)場焊接的電腦自動控溫、密集電加熱技術(shù)
    　　高強(qiáng)鋼厚板焊接加熱的目的就是為了減少焊縫區(qū)與兩側(cè)母材的溫度差，降低焊接區(qū)的冷卻速度，減少焊接應(yīng)力，加速氫的擴(kuò)散，避免產(chǎn)生淬硬組織，防止產(chǎn)生焊接裂紋。對低合金高強(qiáng)度鋼的焊接，焊前預(yù)熱尤為重要。
    　　在焊接完成后，立即對焊件進(jìn)行后熱處理，確保焊接接頭中的殘余氫能擴(kuò)散逸出，減少延遲冷裂紋的產(chǎn)生。由于超重鋼柱分離吊裝，現(xiàn)場焊接的單條焊縫長度長，母材厚度大，材質(zhì)高，為了克服傳統(tǒng)火焰加熱的不均勻性、升溫緩慢、工效低以及易破壞母材化學(xué)成分的缺點(diǎn)，保證焊縫兩側(cè)母材快速升溫和受熱均勻，采用DWK-360kw電腦溫控儀進(jìn)行控溫，每組輸出10kw/220V,每臺輸出36個點(diǎn)，在焊縫兩側(cè)加熱，并對稱布設(shè)加熱器。每米焊縫用10-20kw磁鐵式陶瓷電加熱器（外面帶鐵盒）加熱，每臺電加熱設(shè)備最高用電負(fù)荷達(dá)360kw。構(gòu)件正面加熱，正面測溫，加熱升溫速度應(yīng)緩慢，一般情況應(yīng)控制在50℃/h以內(nèi)，嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度。測溫時，測溫點(diǎn)應(yīng)選在距坡口邊緣50mm處，平行于焊縫中心的兩條直線上。焊接過程中隨時監(jiān)控，嚴(yán)禁出現(xiàn)過熱和過冷現(xiàn)象。
    　　3、多人同步對稱、分段分層退焊技術(shù)
    　　根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合焊接專家的意見，鋼柱母體與子體的焊接連接采用薄層多道窄擺幅、分段分層退焊、多人同時對稱焊接的方法。焊前將整條焊縫按1—2m/段進(jìn)行分段，每段焊縫又分成兩或三小段，在每組焊縫的每個分段對稱位置處同時配備兩名焊工按照規(guī)定的焊接順序從下至上、沿焊縫斜立。方向開始分層多道退焊，焊接選擇相同的焊接電流參數(shù)及每層的焊接厚度，并盡量保持同時、同速施焊，以保證相同的焊接熱輸入，使收縮趨于同步。分段焊接順序?yàn)椋合葟姆侄紊喜康?/3處向上焊接，焊完一層后再從中間的1/3處由下向上焊接中間的1/3段的第一層，然后再從此分段的底部向上焊接下面1/3段的第一層，這樣完成第一層的焊接；接著再由下向上焊接上面1/3段的第二層，依次類推直到焊接完所在分段部位的全部焊接。焊接中嚴(yán)格控制單道焊縫的厚度和寬度，減少焊接熱輸入，以減小降低焊縫的機(jī)械性能因素，單道焊縫厚度應(yīng)不大于5mm、擺動寬度不大于20mm。
    　　4、防焊接變形加固與實(shí)時位形監(jiān)測技術(shù)
    　　在焊縫兩側(cè)，沿焊縫長度方向，每隔1.5m設(shè)置剛性約束板，減少焊接變形，同時在焊前預(yù)熱、焊中和焊后加熱過程中用全站儀對鋼柱的柱頂三維坐標(biāo)變化進(jìn)行實(shí)時跟蹤測量，避免焊接變形過大，引起柱頂位形的偏移，影響下一節(jié)柱的安裝定位。一旦出現(xiàn)偏差過大，則調(diào)整電加熱位置和加熱溫度、并合理控制升溫與恒溫時間。
    　　3、保密要點(diǎn)
    　　根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合焊接專家的意見，鋼柱母體與子體的焊接連接采用薄層多道窄擺幅、分段分層退焊、多人同時對稱焊接的方法。焊前將整條焊縫按1—2m/段進(jìn)行分段，每段焊縫又分成兩小段或三小段，在每組焊縫的每個分段對稱位置處同時配備兩名焊工按照規(guī)定的焊接順序從下至上、沿焊縫斜立方向開始分層多道退焊，焊接選擇相同的焊接電流參數(shù)及每層的焊接厚度，并盡量保持同時、同速施焊，以保證相同的焊接熱輸入，使收縮趨于同步。

    4、與國內(nèi)外同比情況
    　　1、國內(nèi): 根據(jù)查新資料表明，超長、超厚板、高強(qiáng)材質(zhì)焊縫施工現(xiàn)場焊接的工藝在我國屬首次應(yīng)用，因而施工中無類似的工程可以借鑒，本工程中10多根鋼柱超長焊縫的順利完成，將添補(bǔ)我國此項(xiàng)施工工藝的空白，為今后類似工程的施工提供理論依據(jù)和實(shí)際操作方法。
    　　2、國外: 目前國外介紹本超長焊縫的的文獻(xiàn)較少, 能檢索到的工程實(shí)例少之又之，從焊縫長度、板厚、和最終成形控制變形程度來看，電央電視新臺址建設(shè)工程的超長焊縫施工難度均比文獻(xiàn)中所提到的工程要高出許多。另外, 對前述幾方面, 國外尚未沒有相應(yīng)的深入研究和探討的文獻(xiàn)資料，其焊接水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

    5、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益
    　　經(jīng)濟(jì)效益：
    　　Ⅰ、一次性成功完成分體柱高強(qiáng)度材質(zhì)、超長超厚板焊接。
    　　Ⅱ、總體工期提前5天
    　　減少大型機(jī)械租賃費(fèi)：5*13萬=65萬元
    　　減少人工費(fèi)：5*2萬=10萬元
    　　減少管理費(fèi)：5*1萬=5萬元
    　　減少其他措施費(fèi):20萬元
    　　總共節(jié)約費(fèi)用：100萬元
    　　社會效益：
    　　1、通過將超過現(xiàn)有塔吊起重量的鋼柱分體后安裝、現(xiàn)場焊接的方案，給后序懸臂部分超重構(gòu)件的深化設(shè)計提供了依據(jù)，節(jié)約了懸臂部分的深化設(shè)計時間，從而使得懸臂部分的投料加工得以提前進(jìn)行，為中央電視臺新臺址工程2008年在奧運(yùn)會開幕之前投入運(yùn)營爭取了時間，奠定了基礎(chǔ)。
    　　2、根據(jù)查新資料表明，超長、超厚板、高強(qiáng)材質(zhì)焊縫施工現(xiàn)場焊接的工藝在我國屬首次應(yīng)用，因而施工中無類似的工程可以借鑒，本工程中10多根鋼柱超長焊縫的順利完成，將添補(bǔ)我國此項(xiàng)施工工藝的空白，為今后類似工程的施工提供理論依據(jù)和實(shí)際操作方法。高強(qiáng)鋼超長、超厚板現(xiàn)場焊接成功，將為中國建筑新技術(shù)的交流、推廣與發(fā)展發(fā)揮重要作用，同時也提高了施工單位的知名度和核心技術(shù)競爭力。

    6、應(yīng)用推廣情況
    　　本工程在超長、超厚板斜立焊縫技術(shù)，無論從設(shè)計到施工都是一次嘗試，將為以后類似工程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。總結(jié)此類技術(shù)，形成施工工藝，確保我公司在這方面技術(shù)優(yōu)勢，為公司與三局承接工程創(chuàng)造條件。此焊接工藝已獲得總公司工法，在上報國家級工法，向全國建筑行業(yè)類似工程積極推廣。在焊接過程中，中建總公司、各級專家領(lǐng)導(dǎo)、海內(nèi)外同行多次來現(xiàn)場視察參觀，進(jìn)一步擴(kuò)大了影響，大大地提高了我企業(yè)知名度和信譽(yù)。此類超長超厚板焊接技術(shù)的成功，將為中國建筑新技術(shù)的交流、推廣與發(fā)展發(fā)揮重要作用。
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