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建筑鋼結(jié)構(gòu)厚鋼板現(xiàn)場焊接技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
關(guān)鍵詞:建筑鋼結(jié)構(gòu),焊接技術(shù)
    關(guān)鍵詞:建筑鋼結(jié)構(gòu),焊接技術(shù)

    　　【摘要】本文通過分析目前國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)厚鋼板的使用情況及現(xiàn)場焊接的特點，介紹了常用的現(xiàn)場厚板焊接工藝及質(zhì)量保證措施。

    　　一、建筑鋼結(jié)構(gòu)厚板現(xiàn)場焊接的概況

    　　目前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑大量出現(xiàn)，建筑鋼結(jié)構(gòu)的用量占全國年鋼產(chǎn)量的比例不斷增大，2005年建筑鋼結(jié)構(gòu)的用量為1580萬t，預(yù)計2010年達(dá)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(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)第一座超高層鋼結(jié)構(gòu)大廈深圳發(fā)展中心，其鋼柱最大厚度達(dá)到130mm（見圖1）；1994年施工的深圳地王商業(yè)大廈鋼板最大厚度100mm；2007年封頂?shù)纳虾－h(huán)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(jié)構(gòu)總量的60%以上；在建的央視新臺址工程最大鋼板厚度達(dá)到110mm，其外框筒結(jié)構(gòu)中大量使用到60～100mm鋼板，厚板約占鋼結(jié)構(gòu)總量的70%。




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

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

    　　（2）現(xiàn)場焊接位置受到周邊環(huán)境的限制，焊接難度較大。因為構(gòu)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(yè)平臺對構(gòu)件進行?-轉(zhuǎn)及換位。

    　　（3）現(xiàn)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(xù)焊接6h。

    　　近年來，現(xiàn)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(yōu)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(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，焊縫成形光滑美觀，熔敷效率高，一般可達(dá)75%～85%，而且適用于全位置焊。厚板現(xiàn)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(zhì)量問題是焊接變形過大。

    　　二、現(xiàn)場厚板焊接典型工藝流程及常用焊接工藝

    　　1.現(xiàn)場厚板焊接典型工藝流程

    　　為控制厚板現(xiàn)場焊接的質(zhì)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(xiàn)場焊接典型工藝流程

    2. 鋼梁厚板現(xiàn)場焊接常用工藝

    　　建筑結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(yè)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(yīng)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(cè)面開人孔的方式施焊下翼緣對接焊縫。

    　　3.鋼柱厚板現(xiàn)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(xiàn)場焊接質(zhì)量保證措施

    　　1.焊工培訓(xùn)

    　　厚板現(xiàn)場焊接的質(zhì)量與操作者的水平和執(zhí)行焊接工藝的能力有直接關(guān)系。由于每個工程的診-材料和結(jié)構(gòu)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(xùn)，以熟悉現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及母材的特性。

    　　2.診-材料質(zhì)量

    　　鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的診-材料和焊接材料的質(zhì)量是保證現(xiàn)場焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。由于厚板現(xiàn)場焊接接頭普遍存在拘束應(yīng)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(xiàn)象尤為突出。除了對鋼材質(zhì)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(xiàn)場焊接前，施工單位應(yīng)對焊縫坡口兩側(cè)100mm的范圍進行超聲波探傷，以確保焊縫質(zhì)量。

    　　3.提供較為良好的作業(yè)環(huán)境

    　　現(xiàn)場厚板焊接因填充量大，一般情況下應(yīng)確保一條焊縫可以一次焊接完成，避免中途停頓，所以現(xiàn)場焊接操作平臺及防護棚的搭設(shè)要求較高。要求在現(xiàn)場焊接部位采用特制型鋼架或腳手架鋼管進行搭設(shè)，平臺底部滿鋪跳板，跳板上面覆蓋防火石棉網(wǎng)，焊接操作平臺周邊設(shè)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(shè)防護棚，要求防護棚頂部不透風(fēng)、周邊不漏水，還能承受一定的外部荷載。

    　　4.嚴(yán)格執(zhí)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(yán)格執(zhí)行JGJ81—2002規(guī)定的焊前預(yù)熱及焊后熱處理要求。在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用電加熱技術(shù)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(gòu)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(guī)范要求。對于復(fù)雜的桁架現(xiàn)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(huán)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(jié)點1→節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點4，其次進入下弦：對接節(jié)點1→節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)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(jiān)測

    　　焊接變形雖然會影響構(gòu)件的安裝質(zhì)量，但也是可以利用的。在現(xiàn)場焊接作業(yè)前，焊工應(yīng)提前了解構(gòu)件的安裝誤差，適當(dāng)?shù)乩煤附幼冃蜗糠职惭b誤差。對于比較重要的構(gòu)件，為避免焊接完成后變形過大，在焊接作業(yè)過程中，應(yīng)對焊接結(jié)構(gòu)進行同步監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)變形超標(biāo)，應(yīng)及時調(diào)整焊接順序或焊接速度，以保證最終的鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

    　　四、結(jié)語

    　　建筑鋼結(jié)構(gòu)厚板現(xiàn)場焊接質(zhì)量對建筑結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要，在施工過程中容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。施工單位在焊接作業(yè)前首先應(yīng)確保診-材料的合格，做好焊接工藝評定試驗，并針對現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境進行焊工培訓(xùn)，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(xiàn)場焊接的質(zhì)量一定是可以得到保證的。

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