廖偉堯

（中交四航局江門航通船業(yè)有限公司）

1 工程概述

某公司兩棟塔樓地上層數(shù)為40層，地下層數(shù)為3層，整體高度為195.8m。其中上部鋼連廊從32層開(kāi)始直到40層為止，高度約為44.2m，跨度為51.9m，兩棟塔樓通過(guò)鋼連廊變成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。施作方法：根據(jù)尺寸制造鋼連廊結(jié)構(gòu)，當(dāng)所有結(jié)構(gòu)抵達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)在地面進(jìn)行拼裝，最后直接將整個(gè)鋼連廊在高空之中完成相互合攏。本次工程需要將鋼連廊提升至151m的高空之中展開(kāi)施工，整體重量為2850t，所以鋼連廊焊接工藝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 焊接工藝難點(diǎn)

東、西塔樓之間上部結(jié)構(gòu)為焊接式鋼結(jié)構(gòu)，鋼連廊結(jié)構(gòu)由多個(gè)零部件焊接組裝而成，每個(gè)部件的對(duì)接口焊接都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。由于高強(qiáng)鋼厚板對(duì)接焊本身就存在相當(dāng)?shù)碾y度，在施焊過(guò)程中易出現(xiàn)因?yàn)榈托阅堋⒏吆?、溫度控制不?dāng)?shù)纫蛩囟a(chǎn)生裂紋；并且在本次工程中填充焊絲使用量較大，所以選擇密度較為集中的熱輸入焊接法，但這種方法不能以流水線形式進(jìn)行焊接，其中包含大量焊接節(jié)點(diǎn)，焊接效率較低，收縮情況較為嚴(yán)重，焊接過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力和變形問(wèn)題很難控制，當(dāng)應(yīng)力和變形無(wú)法控制時(shí)，容易在鋼連廊合攏口焊縫附近處出現(xiàn)裂紋、撕裂、殘余應(yīng)力等質(zhì)量不穩(wěn)情況。因此，優(yōu)化工程厚板對(duì)接口焊接工藝十分重要，是本次工程中焊接工藝的重中之重[1]。

3 鋼桁架厚板焊接工藝要點(diǎn)分析

3.1 鋼桁架厚板對(duì)接縫坡口與加工

在確定鋼桁架厚板對(duì)接縫坡口形式時(shí)，為了提高安裝精度和消除厚板焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的情況，最終決定鋼桁架厚板對(duì)接縫坡口采用以下方式，見(jiàn)圖1。

圖1

確定坡口形式后，對(duì)鋼桁架厚板對(duì)接口進(jìn)行加工處理，通過(guò)機(jī)械設(shè)施對(duì)其展開(kāi)平面加工。圖2、圖3為鋼桁架加工平面和加工后坡口情況。

圖2

3.2 鋼桁架厚板對(duì)接口焊接順序

提前制定建筑上部鋼桁架焊接節(jié)點(diǎn)與順序，為了保證焊接節(jié)點(diǎn)與順序更加明確，以M軸與J軸對(duì)整個(gè)鋼桁架厚板進(jìn)行劃分，M軸與J軸焊接節(jié)點(diǎn)如圖4、圖5所示。

圖4 鋼桁架厚板M軸焊接節(jié)點(diǎn)圖

圖5 鋼桁架厚板J軸焊接節(jié)點(diǎn)圖

其中M軸焊接順序?yàn)椋?、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18。J軸焊接順序?yàn)椋?9、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36。

3.3 鋼桁架厚板對(duì)接口焊接措施

本工程上部鋼連廊比下部鋼連廊更加難以安裝，在拼裝上部鋼桁架時(shí)，采用材料為Q390GJC-Z25鋼材，厚板最大板厚為80mm。但這種材料的碳含量較高，淬硬傾向較大，所以焊接性能會(huì)比其他材料更低，在焊接受熱區(qū)域與底部容易出現(xiàn)冷裂紋。此外，如果鋼桁架對(duì)接口部位的焊接縫較寬，就會(huì)在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)收縮情況，在開(kāi)始焊接操作后，會(huì)形成多種問(wèn)題疊加，影響本次高層建筑鋼連廊桁架合攏口超寬焊縫厚板焊接工程整體質(zhì)量[2]。

為了保證鋼桁架厚板對(duì)接口焊接質(zhì)量，通過(guò)以下措施解決焊接問(wèn)題：

⑴提前做好準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建腳手架、遮擋棚以及焊接平臺(tái)，對(duì)焊縫坡口部位進(jìn)行打磨處理，并在母材周圍安設(shè)墊板；

⑵工程所用人員必須具備焊工資格證明，并根據(jù)每名焊工擅長(zhǎng)的技能方向委任焊接部位，確保焊接合格率能夠達(dá)到本次工程實(shí)際要求；

⑶控制鋼桁架對(duì)接口的熱循環(huán)操作次數(shù)，正常通過(guò)火焰切割完成坡口加工后，盡量不使用弧氣刨技術(shù)，并在開(kāi)始焊接之前做好焊接位置檢查、裝備以及加工等環(huán)節(jié)[3]。

4 鋼連廊整體合攏口焊接順序

⑴M軸懸挑梁分段焊接順序：37→38→39；40→41→42。見(jiàn)圖6。

圖6 M軸桁架挑梁分段焊縫圖

⑵J軸懸挑梁分段焊接順序：43→44→45；46→47→48。見(jiàn)圖7。

圖7 J軸桁架挑梁分段焊縫圖

5 鋼桁架厚板焊接質(zhì)量控制

⑴鋼桁架合攏口加固碼板平面布置形式如圖8所示。

圖8

每道桁架分段對(duì)接口設(shè)上下左右四個(gè)面共8塊(30mm×400mm×200mm)加固碼板，防止焊接變形，加固碼尺寸根據(jù)板厚對(duì)接口焊接焊縫時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力大小而設(shè)定尺寸。

⑵對(duì)接口焊接順序控制。在對(duì)單桿鋼桁架對(duì)接口進(jìn)行焊接施工時(shí)，焊接順序如圖9所示。

圖9 方形管對(duì)接口焊接流程圖

其中鋼桁架上弦、下弦與斜腹桿這三個(gè)部位的對(duì)接基本都屬于方形，所以在焊接中需要涵蓋一條橫向平焊、一條橫向仰焊以及兩條縱向立焊，每個(gè)對(duì)接口都需要由兩名焊接人員同時(shí)開(kāi)工，才能保證焊接對(duì)稱效果。

⑶焊接施工準(zhǔn)備控制。在焊接施工前，焊接人員需要核對(duì)對(duì)接口加固板焊接效果，并對(duì)加固板焊縫中的灰塵與鐵銹進(jìn)行清除，保證焊縫之中不能存在任何雜物。

⑷焊接溫度預(yù)熱控制。焊接前的預(yù)熱環(huán)節(jié)，將溫度控制在150℃到200℃之間，整個(gè)焊接層實(shí)際控制溫度需要參考焊接工藝評(píng)定相關(guān)的工藝參數(shù)，一般標(biāo)準(zhǔn)溫度約為150℃，但為保險(xiǎn)起見(jiàn)，焊接人員最好隨身攜帶溫度探測(cè)筆，實(shí)時(shí)測(cè)定溫度，對(duì)實(shí)際溫度適當(dāng)有效控制。

⑸對(duì)接口裝配質(zhì)量控制。在通過(guò)裝配檢驗(yàn)后才開(kāi)始連接施工，檢驗(yàn)內(nèi)容為：鋼桁架尺寸測(cè)量、錯(cuò)位情況是否處于工程容錯(cuò)率之內(nèi)。而且在整個(gè)連接過(guò)程，必須安排專業(yè)人員時(shí)刻觀察連接情況，發(fā)現(xiàn)連接方向不對(duì)，或錯(cuò)位情況過(guò)于嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)及時(shí)告知焊接人員，并立即擬定調(diào)整方案，保證鋼桁架結(jié)構(gòu)的連接順利完成。

⑹合攏口焊接過(guò)程控制。鋼桁架合攏口打底(底部第一道焊)焊接開(kāi)始，就需要由兩名焊工對(duì)稱打底焊接對(duì)接口，從下往上焊接每一道焊縫，由于打底第一道焊接最容易出現(xiàn)較大焊接變形情況，合攏口兩側(cè)雖有兩個(gè)加固碼板，但兩焊工焊接技能水平、能力不同，導(dǎo)致兩邊焊接速度不一樣，單位時(shí)間內(nèi)各自成型的焊縫長(zhǎng)度不一樣，此時(shí)桁架端部偏向焊接速度快的一邊，所以為了確保工程焊接質(zhì)量，在開(kāi)始焊接施工之前，兩名焊接人員需要提前調(diào)試焊接電流，盡可能提前將焊接電流控制為相同狀態(tài)。由于兩名焊接人員在工作中無(wú)法直接觀察到對(duì)方的成型長(zhǎng)度，所以很難將兩側(cè)焊接速度控制在相同速度內(nèi)，兩側(cè)焊縫深度也會(huì)各不相同，鋼桁架整體也會(huì)朝向焊接速度較快的一側(cè)偏移，這時(shí)候需要測(cè)量人員在焊接過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，在發(fā)現(xiàn)一側(cè)焊接速度過(guò)快產(chǎn)生鋼桁架端部偏移時(shí)，通過(guò)對(duì)講機(jī)要求焊接人員暫時(shí)停止，待另一側(cè)焊接速度與這一側(cè)焊接進(jìn)度持平時(shí)，再通知焊接人員正常工作，這樣便可保證鋼桁架兩側(cè)的焊接效果接近，確保鋼桁架焊接之偏移值控制在預(yù)設(shè)定的正常值，從而促使工程順利完工[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

在建筑連接工程，尤其是鋼結(jié)構(gòu)連接工程中，焊接工藝是核心，屬于最終質(zhì)量的決定技術(shù)之一。因此，在高層建筑鋼連廊合攏口焊縫厚板焊接工程中，應(yīng)明確焊接工程的特點(diǎn)與難點(diǎn)，選擇適合的焊接工藝，并且對(duì)鋼桁架合攏對(duì)接縫焊接過(guò)程中的收縮與變形情況做到全面管控，才能確保焊接工程與整體工程的質(zhì)量。