佘遠(yuǎn)健
(江蘇南通六建建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇 南通226500)
無(wú)錫會(huì)展中心一期鋼屋架總用鋼量約1.18伊104t,25 榀魚(yú)腹式屋面長(zhǎng)288m、寬114m,凈跨度94.5m,兩端分別懸挑10.5m 和9m。鋼屋架由于跨度大,鋼板厚度也較大,最厚的鋼屋架下弦鋼板達(dá)到140㎜厚,安裝效果如圖1 所示。在工期緊、工程量大、施工難度高的情況下,如何保證厚鋼板的焊接質(zhì)量是確保本工程工期、質(zhì)量、安全的前提和基礎(chǔ)。
圖1 安裝中的鋼屋架
本工程鋼屋架鋼材以Q345b、60~140mm 的中厚板為主,鋼屋架下弦鋼板厚度最大達(dá)到140mm。為了保證超厚鋼板的焊接質(zhì)量,施工前制定了詳細(xì)的超厚鋼板焊接方案,并且該焊接方案通過(guò)了焊接工藝評(píng)定并檢測(cè)合格。施工中,主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行厚鋼板焊縫焊接質(zhì)量的控制。
焊接人員的技術(shù)素質(zhì)直接決定了焊縫的焊接質(zhì)量,為了保證關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的焊接質(zhì)量,選擇參與重要節(jié)點(diǎn)焊接施工的焊工時(shí),對(duì)有資格的焊工中進(jìn)行考試選拔,考試合格人員方可參與重要節(jié)點(diǎn)的焊接任務(wù),其他普通焊工只能在普通部位施焊,從焊接人員方面抓好焊接質(zhì)量的人員保障工作。
本工程焊接材料結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明建議,根據(jù)焊接工藝評(píng)定結(jié)果,合理選擇配套焊材、焊劑;結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn),本工程屋架鋼鋼材種類(lèi)、施焊方法及焊接材料如表1 所示。
對(duì)于鋼板的對(duì)接焊縫,盡量采用X 形坡口,這樣可以大大減小焊接填充量,減小焊接殘余應(yīng)力和焊接變形。坡口形式如
表1 屋架鋼鋼材種類(lèi)、施焊方法及焊接材料
圖2 下弦140㎜厚鋼板對(duì)接焊接
對(duì)于T 形角焊縫,應(yīng)盡量采用相對(duì)填充量較小的坡口角焊縫代替雙側(cè)角焊縫,坡口形式如圖3 所示。對(duì)于單邊T 形焊縫,應(yīng)在Z向應(yīng)力的一側(cè)開(kāi)坡口。
圖3 坡口形式
對(duì)本工程鋼屋架采用的鋼材種類(lèi)、焊條焊劑、鋼構(gòu)件接頭連接形式、焊縫坡口加工形式及焊接的具體施工工藝,在鋼屋架正式施工前,應(yīng)首先進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,焊接工藝評(píng)定結(jié)果應(yīng)符合規(guī)范及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書(shū)應(yīng)根據(jù)本工程采用的不同鋼材的種類(lèi)、節(jié)點(diǎn)形式、板厚、接頭形式等選用相配的焊接材料、焊接方法(手工電弧焊、自動(dòng)和半自動(dòng)埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊等)、焊絲直徑、焊接順序、焊接參數(shù)(電流、電弧電壓、焊接速度)。焊接前的預(yù)熱、焊接層間溫度、焊后保溫緩冷等措施應(yīng)根據(jù)材質(zhì)、焊件厚度、焊接工藝、施焊時(shí)氣溫等綜合因素確定。應(yīng)特別重視厚壁焊件及線能量敏感的鋼材的焊接方式。
焊接工作必須在焊接工程師的指導(dǎo)下進(jìn)行,根據(jù)焊接工藝評(píng)定結(jié)果,編制詳細(xì)焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。焊工焊接要嚴(yán)格按照焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行焊接施工。對(duì)各種厚度的鋼板在正式施工前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn),焊接工藝評(píng)定經(jīng)歷連續(xù)20h 的操作結(jié)束,采取全程監(jiān)督,確定了極為重要的過(guò)程數(shù)據(jù)(焊接參數(shù)、預(yù)熱溫度、持續(xù)時(shí)間等),在正式施工中便于焊工焊接操作和監(jiān)督檢查人員檢查超厚板材的焊接工藝執(zhí)行情況(見(jiàn)圖4)。
圖4 下弦140mm 厚鋼板現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊
針對(duì)超厚鋼板焊接位置順序,為減少超厚板焊接過(guò)程中的殘余應(yīng)力和變形,本工程采用跳躍式接頭焊接。通過(guò)實(shí)踐證明這種焊接順序是非常合理的,同時(shí),這些高難部位的焊接安排焊接技術(shù)較好、經(jīng)驗(yàn)較豐富的焊工進(jìn)行施焊。
主焊縫焊接按照同向、同步、同規(guī)范、2 臺(tái)焊機(jī)同時(shí)對(duì)稱(chēng)施焊的原則一次性完成焊接,以防止焊接構(gòu)件焊接扭曲變形。較厚板的主焊縫焊接時(shí),為了控制彎曲變形,當(dāng)焊縫高度為板厚的2/3 時(shí),應(yīng)翻身焊對(duì)面的兩條主焊縫,焊完后再翻身焊未焊完的2 條主焊縫。
根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范和焊接工藝評(píng)定,母材板厚超過(guò)35mm 時(shí),在焊接前要對(duì)母材進(jìn)行焊前預(yù)熱,焊前預(yù)熱溫度約為60益。焊前預(yù)熱區(qū)域?yàn)楹附悠驴趦蓚?cè),預(yù)熱寬度為焊件施焊處母材厚度的1.5 倍以上且不小于100mm, 在焊件反面測(cè)量預(yù)熱溫度,測(cè)溫點(diǎn)距離電弧經(jīng)過(guò)前的焊接點(diǎn)不小于75mm,一般采用氧氣乙炔中性火焰預(yù)熱。
每個(gè)焊接接頭應(yīng)一次性焊接完成,層溫即焊縫的層間溫度,一般應(yīng)控制在85~110益,焊接過(guò)程中焊工要及時(shí)用測(cè)溫筆檢查層間溫度,焊接工長(zhǎng)在施工過(guò)程中要用測(cè)溫儀抽查,施工前要注意收集天氣資料,當(dāng)天氣惡劣時(shí)應(yīng)停止施焊(見(jiàn)圖5);如已開(kāi)始,必須搶在惡劣天氣到來(lái)前,焊完板厚的1/3 以上才能停止焊接,并要及時(shí)做好已完焊縫的后熱處理工作,及時(shí)記錄層間溫度。
圖5 油布封閉保護(hù)焊縫焊接
為了避免焊縫延遲裂紋的產(chǎn)生,必須保證焊縫中的氫元素有足夠的時(shí)間擴(kuò)散,因此,在寒冷天氣下,焊縫焊接完成后必須進(jìn)行后熱和保溫處理,一般后熱處理溫度控制在200~250益,測(cè)溫點(diǎn)選在加熱點(diǎn)的相對(duì)位置,禁止在加熱點(diǎn)直接進(jìn)行溫度測(cè)試;達(dá)到后熱溫度之后,將焊縫用多層石棉布緊緊包裹保溫。保溫時(shí)間主要考慮接頭區(qū)域、焊縫表面和環(huán)境溫度,保溫時(shí)間盡量延長(zhǎng)。
對(duì)于板材超厚和應(yīng)力過(guò)于集中的情況,原來(lái)24h 后的探傷工作經(jīng)研究后決定延長(zhǎng)至36h 后進(jìn)行,使殘余應(yīng)力和氫元素能夠充分?jǐn)U散,使探傷檢測(cè)更為準(zhǔn)確,可以避免后續(xù)應(yīng)力導(dǎo)致的缺陷問(wèn)題存在。
無(wú)錫會(huì)展中心一期魚(yú)腹式鋼屋架厚鋼板焊接施工,通過(guò)以上各項(xiàng)措施的實(shí)施和控制,使焊縫質(zhì)量得到了有效控制,內(nèi)部焊縫UT 探傷一次焊接合格率達(dá)到98.2%,返修后合格率100%,第三方(業(yè)主代表方)探傷合格率100%,鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的有效控制保證了鋼屋架的成功安裝(見(jiàn)圖6)、工程工期和工程創(chuàng)優(yōu);無(wú)錫會(huì)展中心一期鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝工程獲得了2010 年度上海市建設(shè)工程金屬結(jié)構(gòu)“金剛獎(jiǎng)”、中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)“金獎(jiǎng)”(國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程),整體工程獲得了江蘇省“揚(yáng)子杯”獎(jiǎng),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
圖6 安裝完成的北立面鋼屋架