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建筑鋼結構厚鋼板現場焊接技術

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
關鍵詞:建筑鋼結構,焊接技術
    關鍵詞:建筑鋼結構,焊接技術

    　　【摘要】本文通過分析目前國內建筑鋼結構厚鋼板的使用情況及現場焊接的特點，介紹了常用的現場厚板焊接工藝及質量保證措施。

    　　一、建筑鋼結構厚板現場焊接的概況

    　　目前國內鋼結構建筑大量出現，建筑鋼結構的用量占全國年鋼產量的比例不斷增大，2005年建筑鋼結構的用量為1580萬t，預計2010年達到2600萬t。在許多超高層建筑和大跨度建筑中，為滿足建筑造型和結構設計的需求，大量使用到厚鋼板（一般指30～60mm以上）及超厚鋼板（一般指60mm以上）。如1986年施工的國內第一座超高層鋼結構大廈深圳發展中心，其鋼柱最大厚度達到130mm（見圖1）；1994年施工的深圳地王商業大廈鋼板最大厚度100mm；2007年封頂的上海環球金融中心使用的鋼板最大厚度為100mm，其中40mm以上鋼板用量占鋼結構總量的60%以上；在建的央視新臺址工程最大鋼板厚度達到110mm，其外框筒結構中大量使用到60～100mm鋼板，厚板約占鋼結構總量的70%。




    　由于受現場垂直運輸設備的起重能力以及運輸條件的限制，大量鋼結構構件如重型鋼柱、超長鋼梁、大型桁架等都需要分段分節后以散件的形式運到現場，然后在現場對這些構件進行組裝，在分段對接的位置就產生了大量的厚板現場焊接。相對于工廠焊接，厚板現場焊接具有以下特點：

    　　（1）現場焊接的作業環境相對較差。由于現場焊接屬于室外作業，而且一般工程施工的時間跨度較大，現場焊接作業需要?-歷冬季和夏季的轉換，還可能遇到大風、暴雨和濃霧等不利氣象條件的影響。尤其在超高層鋼結構施工中，高空的作業環境濕度大、風力大、溫度低。

    　　（2）現場焊接位置受到周邊環境的限制，焊接難度較大。因為構件一旦安裝就位，焊接位置就不能改變，而且不能像在工廠焊接時，可以利用行車及焊接作業平臺對構件進行?-轉及換位。

    　　（3）現場厚板焊接填充量較大。如一條1000mm長的焊縫，板厚100mm，采用CO2氣體保護焊，需要連續焊接6h。

    　　近年來，現場厚板焊接普遍采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊。藥芯焊絲CO2氣體保護焊兼有氣保焊和手工焊兩方面的優點，工藝性能好、易操作、施工效率高，是焊條電弧焊的3～4倍，冶金反應完善、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，飛濺少，焊縫成形光滑美觀，熔敷效率高，一般可達75%～85%，而且適用于全位置焊。厚板現場焊接最為常見的焊接缺陷是層狀撕裂和焊接裂紋，最常見的施工質量問題是焊接變形過大。

    　　二、現場厚板焊接典型工藝流程及常用焊接工藝

    　　1.現場厚板焊接典型工藝流程

    　　為控制厚板現場焊接的質量，要求按照圖2所示的典型工藝流程進行施工。


    　圖2 厚板現場焊接典型工藝流程

    2. 鋼梁厚板現場焊接常用工藝

    　　建筑結構的鋼梁一般采用箱形或H形截面，在跨度大、受力大的部位，鋼梁的上下翼緣板較厚，超過運輸長度限制的鋼梁需要在現場對接。
    鋼梁厚板焊接時翼緣的焊接位置通常為水平位置，腹板的焊接位置通常為立焊。考慮到仰焊作業難度較大，而且厚板焊接的焊縫填充大，如無特殊要求，上、下翼緣均應采用平焊的焊接位置；若鋼梁為箱形截面，可采用頂面開天窗或在腹板側面開人孔的方式施焊下翼緣對接焊縫。

    　　3.鋼柱厚板現場焊接常用工藝

    　　鋼柱對接位置一般采用單邊V形坡口，由于鋼柱有安裝垂直度的要求，所以在焊接過程中要注意采取對稱焊接的方式施工。對于腹板、翼緣均較厚的H形鋼柱，其腹板宜采用雙面坡口，焊接時先焊接腹板，再焊接翼緣。

    　　三、現場焊接質量保證措施

    　　1.焊工培訓

    　　厚板現場焊接的質量與操作者的水平和執行焊接工藝的能力有直接關系。由于每個工程的診-材料和結構特點均不相同，在開工之前，即使是持有有效焊工證的焊工也必須進行針對性的焊接培訓，以熟悉現場作業環境及母材的特性。

    　　2.診-材料質量

    　　鋼結構構件的診-材料和焊接材料的質量是保證現場焊接質量的基礎。由于厚板現場焊接接頭普遍存在拘束應力大的特點，尤其是在T形、角接連接形式下（厚板H形鋼

    　　柱、梁，Box箱型柱、梁）層狀撕裂現象尤為突出。除了對鋼材質量等級A、B、C、D有要求外，還對材料的Z向性能提出要求（抗層狀撕裂等級——材料斷面收縮率Z15、Z25和Z35）。

    　　現場焊接前，施工單位應對焊縫坡口兩側100mm的范圍進行超聲波探傷，以確保焊縫質量。

    　　3.提供較為良好的作業環境

    　　現場厚板焊接因填充量大，一般情況下應確保一條焊縫可以一次焊接完成，避免中途停頓，所以現場焊接操作平臺及防護棚的搭設要求較高。要求在現場焊接部位采用特制型鋼架或腳手架鋼管進行搭設，平臺底部滿鋪跳板，跳板上面覆蓋防火石棉網，焊接操作平臺周邊設踢腳板，防止小件物體墜落。在焊接平臺周邊及頂部，用防火材料搭設防護棚，要求防護棚頂部不透風、周邊不漏水，還能承受一定的外部荷載。

    　　4.嚴格執行焊前、焊后的熱處理工藝

    　　對于Q345級別及以上的鋼材，在板厚超過30mm的情況下，要求嚴格執行JGJ81—2002規定的焊前預熱及焊后熱處理要求。在條件許可的情況下，應優先選用電加熱技術進行焊前、焊后熱處理。

    　　5.采用合適的焊接順序

    　　由于厚板焊接熱輸入量大，焊接收縮量也較大。對于獨立的構件如單獨的鋼柱，宜采用雙人對稱焊接的方式進行，防止鋼柱焊后垂直度超出規范要求。對于復雜的桁架現場焊接，要求在桁架整體拼裝完成后開始焊接，總體的焊接順序宜從中間向四周展開，盡量避免在周邊形成約束的情況下進行焊接。如上海環球金融中心周邊帶狀桁架采用如圖3所示的焊接順序進行焊接：上弦對接節點1→節點2→節點3→節點4，其次進入下弦：對接節點1→節點2→節點3→節點4，腹桿從中部向兩端施焊，且腹桿上下兩端不同時焊接。


    6.加強焊接過程中的變形監測

    　　焊接變形雖然會影響構件的安裝質量，但也是可以利用的。在現場焊接作業前，焊工應提前了解構件的安裝誤差，適當地利用焊接變形消除部分安裝誤差。對于比較重要的構件，為避免焊接完成后變形過大，在焊接作業過程中，應對焊接結構進行同步監測，一旦發現變形超標，應及時調整焊接順序或焊接速度，以保證最終的鋼結構施工質量。

    　　四、結語

    　　建筑鋼結構厚板現場焊接質量對建筑結構的安全至關重要，在施工過程中容易出現質量問題。施工單位在焊接作業前首先應確保診-材料的合格，做好焊接工藝評定試驗，并針對現場的作業環境進行焊工培訓，加強焊接操作過程的管理。在診-材料合格的前提下，由合格的焊工按照?-過評定合格的焊接工藝施工，厚板現場焊接的質量一定是可以得到保證的。

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