100mm鋼板高空仰焊技術探討

郁澤洪　龔本虎

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100mm鋼板高空仰焊技術探討

郁澤洪龔本虎

【摘 要】本文介紹了厚板高空仰焊焊接質(zhì)量保證需要重視過程控制，以及形成前期準備控制、焊接準備、焊接過程控制、焊后檢查及焊接缺陷處理等一系列控制措施。

【關鍵詞】焊接殘余應力；焊接變形；100mm厚板；材質(zhì)GJC；高空仰焊

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、鋼結(jié)構(gòu)的應用和施工技術的進步，建筑懸挑跨度越來越大，結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化和復雜化，結(jié)構(gòu)傳力路徑越來越復雜，導致結(jié)構(gòu)局部采用高強厚鋼板。由于構(gòu)件外形尺寸大和構(gòu)件自重大，吊裝設備的影響，必須進行分段，通常采用焊接連接，焊接殘余應力的影響不能忽略，影響結(jié)構(gòu)的安全性和厚鋼板層狀撕裂。焊接變形會導致測量定位困難，影響施工質(zhì)量。國內(nèi)外研究者對厚板焊接殘余應力和焊接變形進行了實驗研究和數(shù)值模擬分析[1]，但是應用到工程中還有一段距離。高強度厚鋼構(gòu)件在高層及大懸挑鋼結(jié)構(gòu)中廣泛應用，厚板的焊接變形和焊接殘余應力的影響不可忽略，施工中依靠工程經(jīng)驗對厚板焊接殘余應力和殘余變形進行控制。如，深圳平安金融中心出現(xiàn)120mm厚Q460GJC鋼板，130m高度仰焊[2]。新保利鋼結(jié)構(gòu)工程局部采用125mm 厚GR60級（相當Q420）鋼材，國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程局部采用110mm厚Q460級鋼材[3]。本工程存在100mm厚Q390GJC鋼板，15m高度仰焊，依據(jù)工程經(jīng)驗在騰訊（北京）總部大樓項目上成功應用，形成厚板高空仰焊技術。

1.工程概況

本工程鋼結(jié)構(gòu)主要有：勁性鋼柱，東西南北4個立面桁架，東北角、東南角、西南角3個角部懸挑鋼結(jié)構(gòu)，樓層H型鋼梁，轉(zhuǎn)換桁架，平面連橋，10個核心筒及鋼板墻。構(gòu)件類型包括十字型、H型、箱型、圓管型等，總用鋼量約4萬噸，現(xiàn)場構(gòu)件安裝最大單重達60t，鋼構(gòu)件材質(zhì)主要為Q345B、Q345C、Q345GJC、Q390GJC。鋼材有12mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、80mm、100mm等不同厚度。地下室分部立面桁架圈梁分部在M020/A/M01/V軸線上，即東/ 南/西/北四個面，梁頂標高-0.500m。共有53個接頭。

東立面圈梁共有15個焊接接頭，其中鋼板厚度100mm的6個、80mm的2個、40mm的7個；南立面圈梁有9個接頭，其中100mm的6個，80mm的2個，40mm的1個；西立面圈梁有14個接頭，其中100mm的3個、80mm的1個，40mm 的10個；北立面圈梁有15個接頭，其中100mm的3個、80mm的1個、40mm的10個。材質(zhì)是Q390GJC，截面形式采用BOX結(jié)構(gòu)（寬度*高度*厚度： 2000 （2400）×1200×100、（2000~1200）×1200×80、1200×1200×40。此部分焊縫共計291.2m，其中仰焊[4]為83.2m，占桁架圈梁焊縫的28.6%。

2.前期準備控制

鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)深化團隊進行構(gòu)件節(jié)點優(yōu)化和坡口設計，避免層狀撕裂，為后續(xù)焊接變形控制準備。

鋼構(gòu)件制作前，到制作廠進行工藝、技術、質(zhì)量及進度交底，保證構(gòu)件出廠質(zhì)量。

按規(guī)范要求進行原材料見證取樣復試，并進行原材料探傷，質(zhì)量從源頭控制。

構(gòu)件進場后，由質(zhì)檢組人員進行了構(gòu)件進場驗收記錄。對構(gòu)件的長度、截面、對角線、扭曲度、鋼筋搭接板、孔距、鋼筋套筒和栓釘?shù)冗M行了與圖紙核對、劃線檢查。在構(gòu)件主體上標注了標高、中心線（或軸線）和測量控制線。

構(gòu)件吊裝初步就位，夾板固定，利用測量控制線進行校正，最后利用全站儀進行復核。

3.焊接準備

圈梁構(gòu)件安裝、校正及測量定位已完成，整個立面桁架的焊接順序及部位先柱柱焊接、柱梁焊接、最后梁梁對接焊接。圈梁焊接時從中間向兩端焊接，在中間預留一組接頭不焊，先焊立焊并對稱焊接，再焊平焊、仰焊。一個焊口焊接完后應順著焊下個焊口，按順序焊接完成三組后，再預留一組接頭。整體斜梁焊接完成24—48小時后，再焊接端部預留焊縫，最后焊中間預留焊縫?？刂埔c如下：

3.1 圈梁材質(zhì)為Q390GJC，按照設計文件和相關標準的要求選擇本工程中對應的焊接材料：大橋牌ER55-D2-Ti實心焊絲、E551T1-K2C藥芯焊絲、E5515-G電焊條，焊絲規(guī)格為Φ1.2、電焊條規(guī)格為Φ4.0，并檢查了焊接材料質(zhì)量證明書和合格證。

3.2 挑選適合本鋼柱認可范圍的參與騰訊項目鋼結(jié)構(gòu)焊接考試的焊工。

3.3 焊接工藝技術文件及操作規(guī)程審查。

3.4 坡口形式、尺寸及表面質(zhì)量檢查組對后構(gòu)件的形狀、位置、錯邊量、角變形、間隙等的檢查。

3.5 焊接環(huán)境、焊接設備等條件確認。本圈梁焊接地點在騰訊北京總部大樓項目現(xiàn)場，地處北京市海淀區(qū)中關村軟件園二期院內(nèi)，5月13日開始仰焊焊接，焊接當天環(huán)境溫度是12度到28度，濕度小于20%，風力小于2m/s，焊接作業(yè)區(qū)域搭設了防風棚作為防風措施，腳手架平臺鋪滿了保溫石棉布作為防火材料。焊接設備采用NB-630逆變式多功能氣體保護焊機。

4.焊接過程控制

4.1 焊前坡口打磨。

4.2 焊前火焰預熱。焊前焊縫區(qū)域預熱及坡口清理，預熱溫度檢測。

4.3 開焊打底及打底電流電壓與焊評對比檢查。開焊打底，焊接電流電壓檢查控制，過程檢查與交流，焊接過程中道間層數(shù)按焊評控制檢查，焊接道間溫度控制跟蹤，分段焊接每日完成監(jiān)控旁站，夜間停焊道間保溫。

4.4 焊縫收縮余量檢查。

焊中檢查控制的重點是焊接電流、焊接電壓、焊接速度、預熱溫度、層間溫度及后熱溫度和時間等焊接工藝參數(shù)與焊接工藝文件的符合性檢查。

5.焊后檢查

5.1 焊縫的外觀質(zhì)量與外形尺寸檢查，焊后外觀，焊縫外形尺寸檢查及收縮測量。

5.2 焊后的無損檢測，檢測UT探傷。5.3 焊接工藝規(guī)程記錄及檢驗報告

6.焊接缺陷處理

多層多道焊焊道缺欠的處理、焊道布置及焊接順序檢查，焊道間缺欠（焊道熔合區(qū)易出現(xiàn)未融合及裂紋缺陷，止裂措施），焊接過程中檢查發(fā)現(xiàn)層次道間過渡預留偏小，要求道間搭接超過20mm，便于焊道結(jié)合部位融合及焊道美觀。

7.結(jié)論

強調(diào)焊接過程控制的重要性，對過程檢驗的程序和內(nèi)容進行了規(guī)定：就焊接產(chǎn)品質(zhì)量控制而言，過程控制比焊后無損檢測顯得更為重要，特別是對高強鋼或特種鋼，產(chǎn)品制造過程中工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能和質(zhì)量的影響更為直接，產(chǎn)生的不利后果更難以恢復，同時也是用常規(guī)無損檢測方法無法檢測到的。

參考文獻

[1] 郭彥林, 陳航, 袁星. 厚鋼板對接焊接三維有限元數(shù)值模擬與分析. 建筑科學與工程學報, 2014(01):90-97.

[2] 陸建新, 楊定國, 王川, 等. 深圳平安金融中心超厚Q460GJC鋼材全位置焊接技術. 施工技術, 2015(08):17-20.

[3] 高樹棟, 路克寬, 李久林, 等.高強特厚板焊接施工技術. 建筑技術, 2007(07):502-505.

[4] 戴為志, 黃明鑫, 蘆廣平. 仰焊技術在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接工程中的應用. 鋼結(jié)構(gòu), 2008,23(3):6-10.

（作者單位：中建三局第一建設工程有限責任公司鋼結(jié)構(gòu)公司）

【中圖分類號】TU511.35

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2016）02-0059-02