楊帆

【摘要】本文通過工程應(yīng)用實(shí)例，分析了目前國內(nèi)較少采用的高層建筑用鋼（GJC）厚鋼板現(xiàn)場焊接的特點(diǎn)，介紹了現(xiàn)場厚板單邊坡口全熔透焊縫焊接的難點(diǎn)、典型焊接工藝及質(zhì)量保證措施。

【關(guān)鍵詞】高建鋼 厚板焊接 變形控制 質(zhì)量保證措施

應(yīng)用綜述

本工程位于河南省鄭州市，總建筑面積119695m2，總建筑高度為91.10m。在頂部4層通過連體將兩棟塔樓連接在一起，形成了對稱雙塔連體建筑造型。1～21層形成兩個(gè)單獨(dú)的塔樓，塔樓采用了鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其中十六層以上部分框架采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，塔樓連體部分采用鋼結(jié)構(gòu)，重約1440噸。

本工程主要采用Q345B、Q345C、Q345GJ等高強(qiáng)度鋼材，其中40㎜以上鋼板使用約976.5噸，約占使用鋼結(jié)構(gòu)總量的39.5%。鋼板最厚達(dá)60㎜，是我司加工鋼結(jié)構(gòu)的最大厚度，在我省亦罕見。

1. 厚板現(xiàn)場焊接特點(diǎn)分析

由于受現(xiàn)場垂直運(yùn)輸設(shè)備的起重能力以及運(yùn)輸條件的限制，建設(shè)大廈工程的大量鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如重型鋼柱、超長鋼梁、兩塔樓間連廊桁架等都需要分段分節(jié)后以散件的形式運(yùn)到現(xiàn)場，然后在現(xiàn)場對這些構(gòu)件進(jìn)行組裝，在分段對接的位置就產(chǎn)生了大量的厚板需要現(xiàn)場焊接。相對于工廠焊接，厚板現(xiàn)場焊接具有以下特點(diǎn)：

（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(shí)間跨度較大，建設(shè)大廈工程現(xiàn)場焊接作業(yè)就經(jīng)歷夏季了和冬季的轉(zhuǎn)換，施工過程中遇到了大風(fēng)、暴雨和霧霾等不利氣象條件的影響。

（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?yàn)闃?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(shí)，可以利用桁車及焊接作業(yè)平臺(tái)對構(gòu)件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)及換位。

（3）現(xiàn)場厚板焊接填充量較大。如一條500mm長的焊縫，板厚60mm，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，需要連續(xù)焊接近3h。

近年來，現(xiàn)場厚板焊接普遍采用藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊兼有氣保焊和手工焊兩方面的優(yōu)點(diǎn)，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、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%，而且適用于全部位焊。本工程采用的焊絲即為ER50-6藥芯焊絲，規(guī)格為φ1.2mm。

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。

2. 現(xiàn)場厚板焊接典型工藝流程及焊接工藝

本工程采用經(jīng)河南二建集團(tuán)匯豐鋼構(gòu)分公司焊接工藝評定合格的焊接工藝進(jìn)行焊接。

3.1現(xiàn)場厚板焊接工藝流程

本工程現(xiàn)場焊接主要有鋼骨柱型鋼翼板腹板對接二保焊橫焊，連體桁架部分型鋼二保焊平焊、橫焊、立焊。桁架提升后與鋼骨柱牛腿對接焊分層施工從上到下進(jìn)行。

3.2鋼梁厚板現(xiàn)場焊接工藝

本工程的鋼梁采用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(yùn)輸長度限制的鋼梁需要在現(xiàn)場對接。鋼梁厚板焊接時(shí)翼緣的焊接位置為水平位置，腹板的焊接位置為立焊。考慮到仰焊作業(yè)難度較大，而且厚板焊接的焊縫填充大，上、下翼緣均采用平焊。

3.3鋼柱厚板現(xiàn)場焊接工藝

本工程鋼柱對接位置采用單邊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，焊接時(shí)先焊接腹板，再焊接翼緣。

3.3.1H型鋼柱子對接采用單邊v形坡口，5mm間隙加襯墊板全熔透焊，腹板留過焊孔，焊接順序采用兩個(gè)人先焊接翼板，然后1人完成腹板板對接焊接。見圖3.3-1：

圖3.3-1 H型鋼焊接順序示意圖

3.3.2十字對接焊接坡口形式相同，焊接順序?yàn)橄群附痈拱?，然后兩人完成翼緣板對稱焊接，見圖3.3-2：

圖3.3-2 十字柱焊接順序

3.3.3焊接過程中注意積累焊縫的收縮量值和變化規(guī)律。為桁架拼裝焊縫間隙的預(yù)留調(diào)整提供參考，要求大節(jié)點(diǎn)焊接連續(xù)性一次完成，隨時(shí)進(jìn)行過程觀測，一旦出現(xiàn)異常情況及時(shí)調(diào)整焊接順序或做出特殊處理，杜絕焊后大節(jié)點(diǎn)鋼柱（桁架）超偏現(xiàn)象。

3.3.4本工程40mm后以上板焊接均采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度按工藝評定指導(dǎo)書要求。母材的最小預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)按下表要求執(zhí)行，見表3.3.4。

（1）接頭的預(yù)熱溫度應(yīng)不小于上表規(guī)定的溫度，層間溫度不得大于230℃。

（2）接頭預(yù)熱溫度的選擇以較厚板為基準(zhǔn)，應(yīng)注意保證厚板側(cè)的預(yù)熱溫度，嚴(yán)格控制薄板側(cè)的層間溫度。

（3）預(yù)熱時(shí)，焊接部位采用烤槍對焊道兩側(cè)均勻逐步預(yù)熱，加熱區(qū)域?yàn)楸缓附宇^中較厚板的兩倍板厚范圍，但不得小于100mm區(qū)域。加熱時(shí)應(yīng)盡可能在施焊部位的背面。

（4）預(yù)熱和層間溫度的測量應(yīng)采用紅外線測溫筆進(jìn)行測量。測量時(shí)應(yīng)距焊縫兩側(cè)各75mm。

3. 現(xiàn)場焊接質(zhì)量保證措施

4.1.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(gè)工程的原材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jìn)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。

4.2原材料質(zhì)量

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的原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(diǎn)，尤其是在T形、角接連接形式下（厚板H形鋼柱、梁）層狀撕裂現(xiàn)象尤為突出。采購的原材料要求為大廠產(chǎn)品，所有采購的材料必須隨車附有材料質(zhì)保書、產(chǎn)品合格證等質(zhì)量證明文件。

材料進(jìn)場卸貨前必須經(jīng)過質(zhì)量管理部外觀、及實(shí)測允許偏差檢查合格，40mm厚度以上的板逐張金詳超聲波探傷。提前約請監(jiān)理方見證取樣，送雙方認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室復(fù)檢合格后方可進(jìn)行下料施工。

4.3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(tái)及防護(hù)棚的搭發(fā)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(jìn)行搭設(shè)，平臺(tái)底部滿鋪跳板，跳板上面覆蓋防火石棉網(wǎng)，焊接操作平臺(tái)周邊設(shè)踢腳板，防止小件物體墜落。在焊接平臺(tái)周邊及頂部，用防火材料搭設(shè)防護(hù)棚，要求防護(hù)棚頂部不透風(fēng)、周邊不漏水，還能承受一定的外部荷載。

4.4嚴(yán)格執(zhí)行焊前、焊后熱處理工藝

4.4.1本工程40mm后以上板焊接均采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度按工藝評定指導(dǎo)書要求。母材的最小預(yù)熱溫度和層間溫度應(yīng)按下表要求執(zhí)行，見表4.4.1。

（1）接頭的預(yù)熱溫度應(yīng)不小于上表規(guī)定的溫度，層間溫度不得大于230℃。

（2）接頭預(yù)熱溫度的選擇以較厚板為基準(zhǔn)，應(yīng)注意保證厚板側(cè)的預(yù)熱溫度，嚴(yán)格控制薄板側(cè)的層間溫度。

（3）預(yù)熱時(shí)，焊接部位采用烤槍對焊道兩側(cè)均勻逐步預(yù)熱，加熱區(qū)域?yàn)楸缓附宇^中較厚板的兩倍板厚范圍，但不得小于100mm區(qū)域。加熱時(shí)應(yīng)盡可能在施焊部位的背面。

（4）預(yù)熱和層間溫度的測量應(yīng)采用紅外線測溫筆進(jìn)行測量。測量時(shí)應(yīng)距焊縫兩側(cè)各75mm。

4.4.2焊后處理

本工程焊接后采用保溫棉覆蓋緩冷，時(shí)間不少于兩小時(shí)。覆蓋去除后，清理焊縫表面的熔碴和金屬飛濺物，焊工自行檢查焊縫的外觀質(zhì)量；如不符合要求，應(yīng)焊補(bǔ)或打磨，修補(bǔ)后的焊縫應(yīng)光滑圓順，不影響原焊縫的外觀質(zhì)量要求。

4.5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(dú)立的構(gòu)件如單獨(dú)的鋼柱，宜區(qū)采用雙人對稱焊接的方式進(jìn)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(jìn)行焊接。

4.6加強(qiáng)焊接過程中的變形控制

4.6.1安裝過程中努力控制焊接接頭，將焊接接頭控制在最佳效果，如果出現(xiàn)焊接接頭超標(biāo)必須進(jìn)行修整后焊接。當(dāng)焊接接頭焊道大于圖紙規(guī)定尺寸時(shí)，應(yīng)采取單側(cè)逐步填充焊道過程將焊道修整至圖紙規(guī)定尺寸后焊接，將焊接收縮變形降低到最小，當(dāng)焊接接頭焊道小于圖紙規(guī)定尺寸時(shí)，應(yīng)將坡口尺寸進(jìn)行修整，達(dá)到規(guī)定尺寸后進(jìn)行焊接，確保焊縫有足夠的熔透深度；

4.6.2在同一構(gòu)件上焊接時(shí)，不宜兩端同時(shí)焊接，考慮焊接收縮影響應(yīng)采取一端接頭焊接，當(dāng)一端接頭焊接完成冷卻至室溫后焊接另一端接頭。

4. 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)確保原材料的合格，做好焊接工藝評定試驗(yàn)，并針對現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行焊工培訓(xùn)，加強(qiáng)焊接操作過程的管理。在原材料合格的前提下，由合格的焊工按照經(jīng)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。