盧塞爾體育場(chǎng)項(xiàng)目質(zhì)量控制及關(guān)鍵工藝研究

杜冰冰　王笛　闕子雄　水峰　馮林濤　胡誠(chéng)安　鄧鵬明

摘要：針對(duì)盧塞爾體育場(chǎng)項(xiàng)目，詳述工廠制作時(shí)本項(xiàng)目的QA/QC質(zhì)量管理，制定了項(xiàng)目檢驗(yàn)和檢測(cè)計(jì)劃ITP，詳述人員資質(zhì)、材料管理、項(xiàng)目檢驗(yàn)等具體要求。同時(shí)以典型柱腳節(jié)點(diǎn)為例進(jìn)行關(guān)鍵工藝研究，通過制作工藝研究、小夾角焊接技術(shù)、大截面端銑技術(shù)、大角度坡口開設(shè)等技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)本工程構(gòu)件質(zhì)量控制要求。

關(guān)鍵詞：QA/QC質(zhì)量管理;ITP;工藝研究

中圖分類號(hào)：TG457.2+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1001-2303（2020）03-0120-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.03.22

1 工程概況

盧塞爾體育場(chǎng)是2022年卡塔爾世界杯主場(chǎng)館，是一種大跨度索桿結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)中東地區(qū)使用的碗和器皿，效果圖如圖1所示。

其中鋼結(jié)構(gòu)主要由V形柱、壓環(huán)和Vessel（容器結(jié)構(gòu)）三部分組成，材質(zhì)主要為S355J2、S355J2H、S355NL，典型節(jié)點(diǎn)分析如圖2所示。

2 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)分析

盧塞爾體育場(chǎng)作為2022年世界杯主場(chǎng)館，將承擔(dān)開幕式、揭幕賽、決賽、閉幕式等多項(xiàng)重任，建成后將成為卡塔爾的國(guó)際化地標(biāo)建筑，其重要性不言而喻，工程的特點(diǎn)和重難點(diǎn)如下：

（1）質(zhì)量管理的重要性。本工程對(duì)質(zhì)量精度、安全和外觀要求非常高，如何運(yùn)行一套完善的質(zhì)量管理體系是保證工程是否順利完工的難點(diǎn)之一。

（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。典型節(jié)點(diǎn)如柱腳、壓環(huán)、V-frame柱，結(jié)構(gòu)中心線不在一個(gè)平面內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拼裝難度大，如何保證節(jié)點(diǎn)的尺寸是制作控制的難點(diǎn)之一。

（3）焊接高難度性。鋼板最厚90 mm，小夾角部位多，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部隔板密集，施焊空間狹小，焊接難度大，如何保證焊接質(zhì)量是制作的難點(diǎn)之一。

3 建立QA/QC質(zhì)量管理體系

工程采用歐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，按照EN1090-2EXC3等級(jí)要求執(zhí)行。項(xiàng)目要求從原材料鋼板出廠開始至項(xiàng)目完工，所有材料的制作、加工、安裝等必須由獨(dú)立的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)全程跟蹤，并出具報(bào)告。為了保證場(chǎng)館的絕對(duì)安全，所有的密閉空間必須提供影像資料，由監(jiān)理旁站密封。所有的構(gòu)件偏差必須符合歐標(biāo)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，焊接坡口大小、間隙等必須監(jiān)理檢查合格才能施焊。上述要求比以往工程都更為嚴(yán)格，必須制定一套完善的質(zhì)量管理體系并堅(jiān)決執(zhí)行才能保證工程的順利進(jìn)行。

針對(duì)本工程制定的QA/QC質(zhì)量管理體系內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

（1）項(xiàng)目檢驗(yàn)和檢測(cè)計(jì)劃ITP。

編制項(xiàng)目檢驗(yàn)和檢測(cè)計(jì)劃ITP，具體內(nèi)容不再羅列，根據(jù)ITP制定表1中17項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目表格，作為完工資料上報(bào)審批并存檔。

（2）制作驗(yàn)收主要標(biāo)準(zhǔn) 如表2所示[1-3]。

（3）鋼結(jié)構(gòu)加工制作工藝技術(shù)文件。

按照EN 1090-2 EXC3的要求編制工藝文件進(jìn)行構(gòu)件加工、組裝、焊接、檢驗(yàn)等工序。工藝文件內(nèi)容包括制作要領(lǐng)、焊接要領(lǐng)、焊接計(jì)劃和檢驗(yàn)要領(lǐng)等部分。

（4）人員資質(zhì)。

本項(xiàng)目要求具有IWE、CWI資質(zhì)的人員擔(dān)任焊接技術(shù)、檢測(cè)的主要負(fù)責(zé)人。無(wú)損檢測(cè)人員符合EN

473 II或ISO 9712二級(jí)檢測(cè)資質(zhì)。根據(jù)工程需要依照EN ISO15614標(biāo)準(zhǔn)制定了本工程的焊接工藝評(píng)定項(xiàng)目，共計(jì)43項(xiàng)，在WPS基礎(chǔ)上，根據(jù)EN 287-1標(biāo)準(zhǔn)組織焊工進(jìn)行歐標(biāo)取證工作。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)類型和焊縫等級(jí)要求，分別進(jìn)行了取證工作，如表3所示，圖3為焊工取證照片。

（5）材料管理。

所有原材料及其生產(chǎn)廠家品牌等均需報(bào)甲方后提交業(yè)主審批，通過后方可進(jìn)行采購(gòu)。所有原材料均需提供符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的材料質(zhì)保書，如沒有原材料質(zhì)保書，需由授權(quán)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行原材料復(fù)試并出具檢測(cè)報(bào)告，具體詳見ITP。

①原材料檢測(cè)。

檢驗(yàn)項(xiàng)目：尺寸、外觀、規(guī)格，有Z向性能要求的和厚度≥40mm的鋼板、鋼管，逐張、逐根進(jìn)行UT探傷，滿足EN 10160 S1E0級(jí)要求，并做好記錄。

②原材料追溯管理。

a. 本工程鋼材入場(chǎng)后由材料員負(fù)責(zé)保管，按照規(guī)格單獨(dú)堆放，并采用標(biāo)識(shí)牌標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)牌包括材質(zhì)類型、規(guī)格、內(nèi)控號(hào)等信息，如圖4所示。

b. 鋼板復(fù)驗(yàn)要求：材料原則上在廠家生產(chǎn)過程中見證取樣進(jìn)行復(fù)試，到廠后原材料根據(jù)項(xiàng)目要求抽樣復(fù)試。

c. 材料需要從質(zhì)保書爐批號(hào)、材質(zhì)內(nèi)控號(hào)追溯到下料后的零件號(hào)，再到最終的構(gòu)件號(hào)。

d. 下料管理：根據(jù)套料圖中對(duì)應(yīng)的內(nèi)控號(hào)來(lái)領(lǐng)用材料，內(nèi)控號(hào)都是唯一的，不得亂用其他規(guī)格的材料代用。切割下料時(shí)，根據(jù)套料要求每個(gè)零件上標(biāo)識(shí)零件號(hào)、內(nèi)控號(hào)、配送班組。

③焊材管理。

選用等級(jí)與母材S355J0 & S355J2相匹配的焊材，須出具符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)保書。

（6）空洞管理。

本工程所有隱蔽區(qū)域（簡(jiǎn)稱空洞）必須監(jiān)理旁站檢測(cè)，并在密閉前、密閉過程、密閉后各提供2張照片資料存檔，拍攝時(shí)要求標(biāo)記構(gòu)件號(hào)、空洞號(hào)、圖紙?zhí)?，并且要求照片中顯示當(dāng)時(shí)時(shí)間地點(diǎn)（見圖5）。

4 典型節(jié)點(diǎn)工藝研究[4-5]

以柱腳節(jié)點(diǎn)為例，詳述節(jié)點(diǎn)的制作關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制。

4.1 螺栓孔精度保證技術(shù)

柱底板厚度90 mm，截面2.8 m×2.4 m，均為高強(qiáng)螺栓孔。為了保證孔位精度和底板平面度，采用整體下料，在大型數(shù)控機(jī)床整體鉆孔。鉆孔前，首先劃制十字中心線，并根據(jù)十字中心線從中間向兩邊劃制孔位中心線，形成矩形控制網(wǎng)?？孜粚?duì)角線距離，孔位間距偏差控制在1 mm以內(nèi)。鉆孔時(shí)底板在機(jī)床上固定，從中心向兩邊鉆孔。

4.2 裝配工藝要點(diǎn)

①如圖6所示，先進(jìn)行底板1與夾板2的組裝，焊縫要求為全熔透一級(jí)，夾板2厚度80 mm，采用K型坡口形式，如圖7中焊縫形式①所示。焊接前對(duì)夾板2進(jìn)行加固，減少變形，焊接后進(jìn)行探傷檢測(cè)，合格后，矯正兩板之間的角變形。

②如圖8所示，兩側(cè)箱體在地面放樣單獨(dú)組拼，然后再與底板和夾板拼裝，最后進(jìn)行焊接。板3、板5、板7、板9為彎扭板件，由于彎扭較小，在平臺(tái)上通過火焰矯正的方式進(jìn)行成型，然后再拼裝成箱體，焊縫形式如圖7中焊縫形式②所示。為了保證端部尺寸，箱體端部預(yù)留500 mm暫不焊接。箱體與底板組裝時(shí)加放3 mm焊接收縮余量。

③箱體內(nèi)部加勁板布置如圖9所示。加勁板裝配順序如圖10所示。加勁板及周圍的焊縫采用圖7中的焊縫形式③。此流程中加勁板眾多，分步組裝步驟多，必須嚴(yán)格按照裝配流程制作，并進(jìn)行隱蔽報(bào)驗(yàn)。

④如圖11所示，裝配外部的箱型牛腿N1、N2。N1和N2首先在組裝平臺(tái)上散拼，并進(jìn)行焊接，然后再與主體進(jìn)行裝配。

4.3 焊接技術(shù)

①采用CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接。焊材選擇大西洋焊絲CHW-50C6，直徑為φ1.2 mm。電流220～300 A，電壓24～34 V，焊接速度25～38 cm/min。焊前預(yù)熱：采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度不得低于100 ℃，預(yù)熱加熱寬度為焊縫兩側(cè)各100 mm，測(cè)溫點(diǎn)在離電弧經(jīng)過前的焊接點(diǎn)各方向50 mm處。焊接過程采用對(duì)稱施焊、多層多道焊。控制熱輸入，層間溫度不超過250 ℃。層間溫度測(cè)量點(diǎn)在焊道的起始點(diǎn)。

②小夾角焊接技術(shù)：如圖12所示，C為局部放大圖，箱體與中間部位的夾板角度小于30°，采用常規(guī)工藝從外部焊接沒有辦法做到全熔透。針對(duì)此種小夾角焊接部位，首先從外部進(jìn)行打底焊接，然后從內(nèi)部進(jìn)行清根，之后在內(nèi)側(cè)進(jìn)行焊接，焊腳大小為板厚的1.5倍。

4.4 空間三維測(cè)量技術(shù)

鋼構(gòu)件制作過程中及完畢后，均采用全站儀對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)，關(guān)鍵控制點(diǎn)偏差在2 mm以內(nèi)。關(guān)鍵控制點(diǎn)為每個(gè)箱體的端部四個(gè)角點(diǎn)，底板四個(gè)角的孔位中心點(diǎn)，三維測(cè)量示意如圖13所示。

4.5 大截面端銑技術(shù)

為了達(dá)到底板平面度偏差0.5 mm的技術(shù)要求，底板采用整體端銑技術(shù)（見圖14）。底板端銑量3～4 mm，為了保證底板的有效厚度，底板在下料時(shí)加厚5 mm余量。采用激光測(cè)距儀不斷調(diào)整底板與端銑機(jī)床之間的距離，保證偏差在1 mm范圍內(nèi)再進(jìn)行端銑。端銑后精度在0.1 mm以內(nèi)。

4.6 外觀保證技術(shù)

本工程外觀要求極高，所有焊縫要求打磨，不允許存在焊道（見圖15）。打磨最常見的問題是打磨過度導(dǎo)致凹坑，而規(guī)范要求焊縫不能低于母材。打磨過度的原因主要是打磨方法不對(duì)，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)分析，制定具體的打磨措施如下：

①主焊縫：先砂帶機(jī)粗磨留0.5 mm左右，再粗砂輪細(xì)磨，最后拋光片精磨。

②局部凹坑：修補(bǔ)后再打磨拋光，禁止直接打磨。

③T型接頭焊縫，采用粗砂輪細(xì)磨，然后采用角磨機(jī)打磨圓滑，最后拋光片精磨。

4.7 油漆施工技術(shù)

本工程油漆采用佐敦品牌，施工前由技服對(duì)工廠參與人員進(jìn)行培訓(xùn)取證工作，施工過程中技服全程參與，對(duì)油漆施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督管理，并出具施工報(bào)告。

油漆施工關(guān)鍵控制點(diǎn)：施工環(huán)境、除銹質(zhì)量、油漆配比、底漆質(zhì)量、中間漆質(zhì)量、附著力檢測(cè)等。

4.8 大角度坡口開設(shè)技術(shù)

箱體存在大角度開設(shè)坡口的情況（見圖16），坡口開設(shè)難度大。a1為斜度，a2為坡口角度，a2要求為35°，但是當(dāng)a1較大時(shí)，a2要求的35°難以開設(shè)，因此按照以下原則執(zhí)行：（a1+a2）值最大到70°。關(guān)鍵技術(shù)：①先下料，再開設(shè)坡口;②坡口開設(shè)前必須預(yù)熱，溫度約為150 ℃;③為了保證坡口面直線度，必須預(yù)留3 mm鈍邊。

4.9 包裝運(yùn)輸

本項(xiàng)目構(gòu)件由上海港船運(yùn)至卡塔爾，大件采用散拼發(fā)貨（見圖17），小件采用集裝箱發(fā)貨。所有構(gòu)件與打包架接觸時(shí)必須要有珍珠棉或其他緩沖材料，打包架不能和產(chǎn)品直接接觸。打包架的強(qiáng)度和剛度應(yīng)能滿足構(gòu)件的要求;集裝箱運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)對(duì)裝箱的構(gòu)件進(jìn)行良好的固定，確保構(gòu)件在運(yùn)輸過程中不發(fā)生損壞。每包要表明重心點(diǎn)和吊點(diǎn)。構(gòu)件倒運(yùn)時(shí)應(yīng)使用吊帶或吊點(diǎn)。具體包裝要求見包裝技術(shù)方案。

5 結(jié)論

本文詳述了本項(xiàng)目的QA/QC質(zhì)量管理，制定了詳細(xì)的項(xiàng)目檢驗(yàn)和檢測(cè)計(jì)劃ITP。同時(shí)以典型柱腳節(jié)點(diǎn)為例，進(jìn)行關(guān)鍵工藝研究，實(shí)現(xiàn)了本工程構(gòu)件質(zhì)量精度控制要求，取得了良好的效果，同時(shí)為類似工程提供借鑒和參考。

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