超高空大型箱形連廊狹窄空間多向受限焊接施工技術(shù)

摘要：結(jié)合上汽通用五菱綜合研發(fā)實(shí)驗(yàn)大樓工程，對(duì)超高空大型箱形連廊狹窄空間多向受限焊接進(jìn)行介紹。針對(duì)目前超高空狹窄空間多向受限焊接的難題，結(jié)合工程實(shí)際闡述具體技術(shù)改進(jìn)方案和質(zhì)量控制措施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大型箱形連廊;狹窄空間;多向受限;焊接

0" "前言

超高空大型箱形連廊鋼結(jié)構(gòu)由于高度較高，體型大，需要在高空中進(jìn)行組裝焊接，在箱形鋼梁、箱形鋼柱、箱型斜撐在節(jié)點(diǎn)交匯處焊接[1]。本文針對(duì)施工特點(diǎn)，改進(jìn)創(chuàng)新施工工藝，研發(fā)了超高空大型箱形連廊狹窄空間多向受限焊接施工技術(shù)，有效解決超高空狹窄空間多向受限焊接難題，且操作方便快捷，省時(shí)省力，能提高施工質(zhì)量和工效，節(jié)約成本。經(jīng)過在項(xiàng)目的成功應(yīng)用，驗(yàn)證了技術(shù)的可行性，且為今后此類施工提供借鑒。

1" "工程概況

上汽通用五菱綜合研發(fā)實(shí)驗(yàn)大樓工程，由兩座塔樓組成，頂部三層通過連體結(jié)構(gòu)連接，連體為鋼結(jié)構(gòu)桁架，長(zhǎng)度63m，寬度27m，總高度14m，底部標(biāo)高61.75m，屬于超高空大型箱形連廊鋼結(jié)構(gòu)。由于高度較高、體型大，需要在高空中進(jìn)行組裝焊接。構(gòu)件鋼板板厚為32mm和18mm，且均為一級(jí)焊縫，每一層箱形鋼梁、箱形鋼柱、箱型斜撐在節(jié)點(diǎn)交匯處的焊接。該處的焊縫因焊接空間狹小受到限制，焊接費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作困難。

2" "技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)事先利用BIM技術(shù)對(duì)箱形連廊鋼結(jié)構(gòu)模擬拼裝，搭設(shè)完成自制全平面大型鋼板操作平臺(tái)后，再高空散拼組裝。鋼結(jié)構(gòu)吊裝就位并進(jìn)行臨時(shí)固定后，通過節(jié)固定托架和千斤頂進(jìn)行校正，再采用智能焊接機(jī)器人分段焊接，人工輔助拼焊成整體。在正式施焊前，采用砂輪機(jī)對(duì)坡口進(jìn)行打磨，然后進(jìn)行引熄弧板焊接。

此外，通過自研箍筋式固定磁鐵加熱器對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行預(yù)加熱，消除構(gòu)件焊后質(zhì)量缺陷，確保厚鋼板構(gòu)件的焊接質(zhì)量。焊接時(shí)按照先下層后上層、由中間向四周、先區(qū)域后整體的順序。焊縫分層施焊，底部封底采取手工焊，中間填充采取半自動(dòng)焊，面層采取手工焊蓋面。其中半自動(dòng)焊采用智能焊接機(jī)器人分段焊接，對(duì)于狹窄空間多向受限部位的焊接，采用全方位多角度轉(zhuǎn)動(dòng)焊頭的焊槍施焊。焊頭根據(jù)焊縫不同部位及時(shí)調(diào)整位置，確保工人處于最佳焊接狀態(tài)，保證焊接質(zhì)量。施焊完成后，對(duì)焊縫外觀質(zhì)量檢查，合格后及時(shí)進(jìn)行探傷檢測(cè)[2]。

3" "施工過程控制要點(diǎn)

3.1" 工藝流程

施工準(zhǔn)備→BIM模擬鋼結(jié)構(gòu)拼裝→自制全平面大型鋼板操作平臺(tái)搭設(shè)→鋼構(gòu)件吊裝就位、臨時(shí)固定→鋼構(gòu)件預(yù)加熱→鋼結(jié)構(gòu)焊接→狹窄多向受限部位焊接→焊縫探傷驗(yàn)收。

3.2" 施工要點(diǎn)

3.2.1" BIM模擬鋼結(jié)構(gòu)拼裝

利用BIM技術(shù)，模擬連廊鋼結(jié)構(gòu)拼裝，確定鋼結(jié)構(gòu)的安裝順序，確保工序有條不紊進(jìn)行。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按照深化設(shè)計(jì)圖紙，在加工廠逐一加工，構(gòu)件的編號(hào)與BIM模擬吊裝的順序一致，如圖1所示。

3.2.2" 自制全平面大型鋼板操作平臺(tái)搭設(shè)

連體桁架為高空散拼、搭設(shè)支撐系統(tǒng)及操作平臺(tái)，其上兩層及屋面層鋪設(shè)永久自制全平面大型鋼板，永臨結(jié)合，兼作操作平臺(tái)，保證施工安全

3.2.3" "鋼構(gòu)件吊裝就位、臨時(shí)固定

吊點(diǎn)的設(shè)置需方便吊裝作業(yè)，穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高[3]，故在鋼構(gòu)件上焊接鋼板開孔作為吊點(diǎn)。為穿卡環(huán)方便，將孔徑加大，將其作為吊裝孔。為確保吊裝平衡，計(jì)算出構(gòu)件重心，吊鉤下掛設(shè)2根單繩吊運(yùn)。吊點(diǎn)如圖2所示。

構(gòu)件起吊前，在構(gòu)件兩端綁扎好溜繩，輔助構(gòu)件就位。先吊裝最外側(cè)靠近主樓的第一段縱向主梁，始端與型鋼柱采用高強(qiáng)螺栓連接，末端放置在支撐體系統(tǒng)臨時(shí)支座的頂面鋼板上，梁與支撐體系頂面鋼板臨時(shí)固定。第二段縱向主梁始端與第一段主梁采用高強(qiáng)螺栓連接，末端放置在支撐體系頂面鋼板上，梁與支撐體系頂面鋼板點(diǎn)焊臨時(shí)固定，以此類推。吊裝時(shí)，工人站在操作平臺(tái)腳手板上，腳手板綁牢。鋼梁安裝從兩端向中間合攏。

安裝完第一層4條縱向主梁并檢查校正后，安裝橫向主梁。橫向主梁安裝時(shí)，采用高強(qiáng)螺栓與縱向主梁連接[4]。隨后安裝水平支撐及次梁，水平支撐及次梁均采用高強(qiáng)螺栓固定。高強(qiáng)螺栓初擰固定后再松鉤。當(dāng)縱向主梁安裝有錯(cuò)位時(shí)，校正采取錯(cuò)位調(diào)節(jié)方式，工具包括調(diào)節(jié)固定托架和千斤頂。鋼結(jié)構(gòu)校正如圖3所示。

檢查校正后，對(duì)第一層桁架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接。與型鋼柱的連接點(diǎn)，采用臨時(shí)焊接固定，其他節(jié)點(diǎn)按設(shè)計(jì)要求焊接。焊接時(shí)，從桁架的中間位置往兩邊施工。焊接完成后，進(jìn)行下一層桁架吊裝。

第二層先吊裝橫向中間靠近主樓的第一段縱向主梁，用高強(qiáng)螺栓連接始端與型鋼柱，腹桿和第一層桁架的節(jié)點(diǎn)采取高強(qiáng)螺栓連接，第二層桁架采用20#槽鋼與第一層臨時(shí)固定，防止傾覆。第二層安裝第一段后，安裝相鄰軸線的第一段，方法相同。安裝完相鄰的兩段主梁后，安裝該段的橫向主梁，橫向主梁采用高強(qiáng)螺栓連接。鋼梁安裝從兩端向中間合攏。安裝縱橫向主梁后，檢查校正，依次安裝水平支撐及次梁。第三層及第四層安裝同第二層。

3.2.4" "鋼構(gòu)件預(yù)加熱

焊接前對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱采用自研箍筋式固定磁鐵加熱器。加熱器除自身能夠吸附在鋼結(jié)構(gòu)上，還通過不銹鋼箍筋式固定片，將加熱器與鋼構(gòu)件牢牢固定在一起，以防止加熱器滑脫[5]。測(cè)溫儀器測(cè)量溫度，在焊接坡口兩側(cè)設(shè)置寬度為1.5倍以上焊件施焊處厚度的加熱區(qū)域預(yù)熱（寬度不小于100mm）。加熱溫度根據(jù)不同的板厚不同，測(cè)量預(yù)熱溫度宜在焊件反面。

3.2.5" "鋼結(jié)構(gòu)焊接

由于構(gòu)件鋼板較厚，焊縫須分層施工，如32mm的分5層施焊，18mm的分3層施焊。焊接施工先下層后上層、由中間向四周、先區(qū)域后整體，避免出現(xiàn)質(zhì)量缺陷和誤差。焊接時(shí)采取整體焊接，確保進(jìn)度協(xié)調(diào)一致及各工序順利搭接，鋼梁采用對(duì)稱焊接。厚鋼板根部采用手工焊封底，中間填充采用智能焊接機(jī)器人分段焊接，面層采用手工焊蓋面的焊接方式。面層、封底采用手工焊。智能焊接機(jī)器人分段焊接中間層。

3.2.6" "狹窄多向受限空間部位焊接

焊前除銹及去除雜質(zhì)使用砂輪機(jī)對(duì)母材焊縫接觸面打磨。焊接引弧板、熄弧板及襯墊。準(zhǔn)備焊接設(shè)備，安裝好接火盆，防止焊接時(shí)引起火災(zāi)。斜撐焊縫接觸面打磨如圖4。

對(duì)于鋼箱梁內(nèi)部、斜撐鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)、多向交交叉節(jié)點(diǎn)等狹窄空間多向受限部位的焊接，采用自研全方位多角度轉(zhuǎn)動(dòng)焊頭的焊槍施焊。焊頭根據(jù)焊縫不同部位及時(shí)調(diào)整位置，確保工人施焊時(shí)處于最佳焊接狀態(tài)，便于靈活施焊，保證焊接質(zhì)量。

對(duì)于鋼箱梁內(nèi)部焊縫焊接，由于鋼箱梁截面尺寸為500mm×500mm，底部焊縫和兩側(cè)立面焊縫需在內(nèi)部進(jìn)行施焊，焊接操作空間狹小，操作容易受到周邊結(jié)構(gòu)阻擋，焊縫質(zhì)量難以保證。通過自制全方位多角度轉(zhuǎn)動(dòng)焊頭的焊槍，對(duì)底部焊縫進(jìn)行平焊，對(duì)立面焊縫進(jìn)行立焊，能夠有效解決狹窄受限空間的難題，且易于觀察熔池和熔滴過渡情況。工人施焊時(shí)運(yùn)條平穩(wěn)，避免下淌，保證焊接質(zhì)量。

斜撐底部焊縫焊接，采用仰焊。由于斜撐焊縫處距離全平面大型鋼板操作平臺(tái)小，夾角空間小，焊縫需采用仰焊進(jìn)行。仰焊時(shí)因重力作用，溶池不容易控制，容易產(chǎn)生夾渣、未焊透、焊瘤和成型不美觀問題。通過自制全方位多角度轉(zhuǎn)動(dòng)焊頭的焊槍，能夠有效解決狹窄受限空間的難題，且在施焊時(shí)能夠有效托住鐵水，不讓鐵水下垂。同時(shí)也能夠解決常規(guī)施焊工人反手腕方式拿焊把，焊渣飛濺落到身體導(dǎo)致燙傷的問題，確保了安全和焊接質(zhì)量。

3.2.7" "焊縫探傷驗(yàn)收

板件拼接和全熔透焊處的焊縫質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，應(yīng)進(jìn)行100%超聲波檢驗(yàn)。焊接結(jié)束等待48h后，外觀檢查合格后對(duì)焊縫做無損探傷檢測(cè)，探傷檢測(cè)前使用砂輪機(jī)打磨焊縫處兩端，使之光滑平整。多向受限焊縫施工效果如圖5所示。

4" "質(zhì)量控制措施

編制指導(dǎo)生產(chǎn)的焊接工藝。焊接施工前，搭設(shè)焊接防護(hù)措施（防風(fēng)棚、防雨棚等）。焊接前對(duì)被焊構(gòu)件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度約為150℃，預(yù)熱速度為2℃/min，大約75min后達(dá)到150℃。焊縫區(qū)空氣濕度大于85%，應(yīng)采取加熱除濕處理。使用藥芯焊絲焊接，CO₂氣體作焊接保護(hù)，增加CO₂保護(hù)氣柱的挺度。

在狹窄空間焊接，必須保證焊接連續(xù)，并注意焊接設(shè)備焊頭的選取。狹窄空間焊前，焊縫接觸面必須清理干凈，特別是轉(zhuǎn)角部位表面必須打磨清理到位。焊接前進(jìn)行焊口清理，清除焊口處表面的水、氧化皮、銹、油污等。焊條使用前均需要進(jìn)行烘干處理。

5" "結(jié)語

采用自制箍筋式固定磁鐵加熱器，對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行預(yù)加熱，可消除構(gòu)件焊后質(zhì)量缺陷，確保厚鋼板構(gòu)件的焊接質(zhì)量。焊接時(shí)采用自制全方位多角度轉(zhuǎn)動(dòng)焊頭的焊槍，對(duì)于狹窄空間多向受限部位的焊接進(jìn)行施焊，焊頭可根據(jù)焊縫不同部位及時(shí)調(diào)整位置，確保焊接處于最佳焊接狀態(tài)，有效解決了狹窄空間多向受限焊接難題。其操作方便快捷，省時(shí)省力，能提高施工質(zhì)量和工效，節(jié)約成本，取得良好綜合效益。該技術(shù)適用于各類鋼結(jié)構(gòu)的焊接，特別適用于受限空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊接，在鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐際宇，楊嘯磊，劉奔，等.昆明新機(jī)場(chǎng)航站樓鋼彩帶對(duì)接焊施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2011（9）：18-20+38.

[2] 范玲芳.轉(zhuǎn)胎回轉(zhuǎn)焊在大跨徑開口式鋼箱梁焊接施工中的應(yīng)用[J].甘肅科技，2017（8）：101-104.

[3] 余曉云，葉劍標(biāo).建筑工程鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)承載性能分析[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021（6）：79-83.

[4] 徐錦華.淺論建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)金屬通報(bào)，2021"（5）：204-205.

[5] 高瑞峰.焊接工程技術(shù)措施在建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].四川建材，2021（5）：105-106.