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高強(qiáng)異型節(jié)點(diǎn)厚鋼板現(xiàn)場(chǎng)超長(zhǎng)斜立焊施工技術(shù)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:35:06 [收藏]
1、所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域
    1、所屬科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域
    　　在鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接領(lǐng)域，本工程外框雙向傾斜鋼柱大部分為多箱體截面,因結(jié)構(gòu)受力需要，部分鋼柱分節(jié)后的單節(jié)重達(dá)120t，超出現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備的起重能力（最大吊裝設(shè)備為M1280D塔吊，最大起重能力為80噸），根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼柱不能再分節(jié)，為滿足吊裝，需將鋼柱的部分箱體或牛腿與主體進(jìn)行分離安裝、現(xiàn)場(chǎng)焊接。
    　　分體柱的現(xiàn)場(chǎng)焊縫具有如下焊接特點(diǎn)：
    　　1、現(xiàn)場(chǎng)焊接長(zhǎng)度較大，最長(zhǎng)為14.88m，焊縫連續(xù)填充量大，單條焊縫填充量達(dá)0.55t。焊接時(shí)，每根鋼柱需要同時(shí)成對(duì)焊接近30m的焊縫，大量的焊接熱量集中，焊接應(yīng)力和變形控制難度非常大，在國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)安裝焊接中極為罕見(jiàn)，尚沒(méi)有先例可借鑒。
    　　2、焊接母材材料強(qiáng)度等級(jí)高，Q390D、Q420D高強(qiáng)鋼可焊性程度、焊接參數(shù)、焊接應(yīng)力和變形控制等受現(xiàn)場(chǎng)條件、焊接位置與焊接環(huán)境影響，存在較多的不確定性因素，對(duì)于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)方面，尚無(wú)成熟的規(guī)范及焊接工藝參數(shù)作參照。
    　　3、焊接位置全部為斜立向位置、超長(zhǎng)焊縫和超厚板的焊接，每組焊縫需要大量技術(shù)過(guò)硬的焊工晝夜連續(xù)集中施焊，在施焊過(guò)程中容易產(chǎn)生巨大的焊接應(yīng)力，造成柱體變形、焊縫冷裂紋及母材層狀撕裂等質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)對(duì)人員、焊接設(shè)備組織和安全保障方面也有很高的要求。
    　　4、焊接為坡口全熔透一級(jí)焊縫，焊接工藝、焊接技術(shù)措施、質(zhì)量控制手段和質(zhì)量檢查方面需要進(jìn)行專家論證，制定有針對(duì)性的焊接工藝。
    　　根據(jù)該工程復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，主承建單位在焊接施工方案制定，以及各關(guān)鍵施工技術(shù)與措施應(yīng)用方面，依托傳統(tǒng)技術(shù)，開(kāi)展科技創(chuàng)新、大膽探索，進(jìn)行施工工藝革新，同時(shí)大力應(yīng)用新技術(shù)、新材料和新設(shè)備，為解決超大（重）型構(gòu)件滿足運(yùn)輸、吊裝和結(jié)構(gòu)受力需要而進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分離安裝、高空高強(qiáng)度厚板長(zhǎng)焊縫的立向組拼焊接的成功實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。


    2、主要內(nèi)容
    　　總體思路：
    　　超長(zhǎng)、超厚、高強(qiáng)材質(zhì)焊縫現(xiàn)場(chǎng)焊接采用的總體思路概括起來(lái)是：
    　?。?）、施工前，根據(jù)焊接形式有針對(duì)性地進(jìn)行焊接工藝評(píng)定；
    　?。?）、鋼柱分體安裝，先安裝本體鋼柱、并部分焊接，然后安裝分體下來(lái)的一部分鋼柱。
    　?。?）、焊接前先對(duì)焊接坡口兩側(cè)的母材進(jìn)行超聲波無(wú)損探傷檢測(cè)，同時(shí)用焊縫量規(guī)對(duì)焊縫的安裝組對(duì)情況進(jìn)行仔細(xì)的檢查。
    　　（4）、使用電加熱技術(shù)進(jìn)行焊接預(yù)熱、后熱、加熱保溫，保證鋼柱整體溫度同步均勻加熱和降溫。
    　?。?）、焊接過(guò)程中采用分層、分道、對(duì)稱、同速退焊的方法進(jìn)行施焊。
    　?。?）、在整個(gè)焊接過(guò)程中，采用高精度全站儀對(duì)鋼柱的軸線進(jìn)行跟蹤測(cè)量，如鋼柱的軸線有所偏移，應(yīng)及時(shí)通過(guò)調(diào)整焊接順序和應(yīng)用電加熱技術(shù)對(duì)鋼柱進(jìn)行校正。
    　?。?）、焊接完成24小時(shí)后采用超聲波無(wú)損探傷和磁粉探傷檢測(cè)焊縫的焊接質(zhì)量，同時(shí)在一個(gè)月內(nèi)每隔7天對(duì)焊縫再次進(jìn)行檢查，防止延遲裂紋的產(chǎn)生。
    　　技術(shù)方案：
    1、施工要點(diǎn)
    　　1）、焊接工藝參數(shù)
    　　CO2半自動(dòng)氣體保護(hù)焊實(shí)芯焊絲焊接參數(shù) (立焊)


    　　2）、焊接接頭的準(zhǔn)備
    　　焊接前應(yīng)認(rèn)真檢查母材坡口的間隙是否超標(biāo)，如有超標(biāo)應(yīng)在坡口表面用小熱輸入、多層、多道堆焊方法減小間隙，使坡口角度和間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可正常施焊。檢查邊緣是否光滑，確保無(wú)影響焊接的割痕缺口，質(zhì)量應(yīng)符合 GB50205—2001規(guī)范規(guī)定的要求，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)用磨光機(jī)認(rèn)真打磨處理，合格后方可進(jìn)行焊接。
    　　3）、分體鋼柱的焊接順序
    　　分體鋼柱的立向焊縫縱向通長(zhǎng)分布在鋼柱內(nèi)箱體一側(cè)，焊接熔敷金屬量大，由于焊接收縮變形產(chǎn)生的焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量將造成不利因素，而且母體橫截面較大剛性對(duì)子體形成很大約束，因此控制焊接應(yīng)力、防止厚板在焊接時(shí)的冷裂紋及層狀撕裂，將是主要的技術(shù)重點(diǎn)，在焊接施工前必須制定出合理的焊接順序，并嚴(yán)格按照制定的焊接順序進(jìn)行焊接作業(yè)。
    　　4）、焊接方法
    　　采用薄層多道窄擺幅和分段退焊的焊接方法進(jìn)行施焊，嚴(yán)格控制單道焊縫的厚度和寬度，減少焊接熱輸入，以減小降低焊縫的機(jī)械性能因素，單道焊縫厚度應(yīng)不大于5mm、擺動(dòng)寬度不大于20mm。分段退焊焊接接頭的處理：
    　　在分段退焊上段焊縫時(shí)，每一層焊接至上一區(qū)域分段處止焊，再退至下段與下一區(qū)域分段處起焊，焊接至上一段起焊處止。在某一段焊接前，需將上段焊縫起焊處和下區(qū)域止焊處的焊接缺陷需用碳弧氣刨，并將接頭處理成緩坡形狀，達(dá)到焊接要求，每一層的焊縫接頭必須錯(cuò)開(kāi)不小于50?，以避免焊接缺陷的集中。
    　　5）、焊接工藝要求
    　　在焊接過(guò)程嚴(yán)格按照焊接工藝評(píng)定的各項(xiàng)焊接參數(shù)進(jìn)行施焊，嚴(yán)禁采用超出工藝評(píng)定允許變化范圍的電流、電壓，在焊接作業(yè)點(diǎn)掛設(shè)焊接工藝卡，操作者可隨時(shí)查看并按要求進(jìn)行焊接操作。
    　　A、預(yù)熱：
    　　由于分體鋼柱的焊縫均是超長(zhǎng)焊縫，焊接時(shí)安排大量的焊工分段同時(shí)施焊，為保證焊接的質(zhì)量，減小焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，焊前預(yù)熱非常重要。為達(dá)到所需要的溫度，焊前預(yù)熱的預(yù)熱方式主要以電加熱為主，對(duì)局部電加熱無(wú)法加熱到的地方采用火焰加熱的方式進(jìn)行，預(yù)熱溫度為：不低于120℃。測(cè)溫點(diǎn)位于焊縫兩側(cè)并離焊縫中心75mm處。
    　　B、層溫控制：
    　　與預(yù)熱一樣，超長(zhǎng)焊縫層溫控制十分困難，焊接時(shí)焊縫分段焊接的長(zhǎng)度，應(yīng)控制在一定長(zhǎng)度1m左右，需隨時(shí)對(duì)焊接焊縫進(jìn)行測(cè)溫監(jiān)控，層間溫度應(yīng)控制在不低于預(yù)熱時(shí)的溫度（即層間溫度應(yīng)不低于120℃），發(fā)現(xiàn)層溫過(guò)低時(shí)，必須立即進(jìn)行加熱補(bǔ)償，待達(dá)到溫度后再進(jìn)行焊接。
    　　C、后熱及保溫
    　　分體鋼柱與主體的立向焊縫，由于是分段焊接完成，先焊接完成段的焊縫溫度需保持并接近后一段焊接部位焊縫的溫度；當(dāng)整條焊縫全部焊接完成后，應(yīng)立即放置電加熱設(shè)備，在放置電加熱設(shè)備的過(guò)程中，為了防止焊縫溫度的降低，應(yīng)先用火焰加熱法對(duì)焊縫進(jìn)行補(bǔ)償加熱，保證整個(gè)焊縫的溫度不低于焊接過(guò)程中的最高層間溫度（即150℃）。當(dāng)電加熱器的溫度升高到150℃以上時(shí)，火焰加熱換為電加熱方法，從而保證焊縫的均勻收縮，減少焊縫分段焊接的收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。后熱溫度應(yīng)控制在不低于250℃，恒溫120分鐘后，進(jìn)行保溫覆蓋，然后緩冷至常溫。偶遇雷電不能連續(xù)施焊時(shí)，應(yīng)立即采取上述后熱措施，再次開(kāi)始焊接前應(yīng)按上述規(guī)定重新預(yù)熱。
    　　D、焊接時(shí)的其它注意事項(xiàng)
    　　1、在開(kāi)始施焊前，應(yīng)對(duì)施焊人員進(jìn)行詳細(xì)的交底，并對(duì)焊接人員明確其所在的焊接部位；
    　　2、在焊接過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)備至少兩臺(tái)備用焊機(jī)，保證某臺(tái)焊機(jī)出現(xiàn)故障后，立即有焊機(jī)投入使用；
    　　3、在焊接過(guò)程中，每一個(gè)班組應(yīng)準(zhǔn)備至少一名焊工，保證某焊工發(fā)生不可預(yù)見(jiàn)的緊急情況后，立即有人投入焊接；
    　　4、在整個(gè)焊接過(guò)程中，安排專人全程進(jìn)行監(jiān)護(hù)，一來(lái)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督，二來(lái)對(duì)焊接工人進(jìn)行防護(hù)，以免發(fā)生意外。同時(shí)，監(jiān)護(hù)人員還要認(rèn)真、詳細(xì)地做好焊接過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的記錄。
    　　5、若在夏季焊接，由于天氣炎熱，焊接時(shí)焊工都在封閉的環(huán)境中施焊，在焊接過(guò)程中應(yīng)對(duì)焊接工人做好防暑降溫的后勤保障。
    　　關(guān)鍵施工技術(shù)：
    　　1、半自動(dòng)藥芯焊絲C02氣體保護(hù)焊現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)
    　　使用具有氣渣聯(lián)合保護(hù)作用的藥芯焊絲C02氣體保護(hù)焊，提高焊接中的抗風(fēng)挺度，使得焊縫及熱影響區(qū)晶粒較細(xì),焊接接頭力學(xué)性能高。模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，通過(guò)大量焊接工藝試驗(yàn)，選取最佳焊接工藝參數(shù)。藥芯焊絲C02氣體保護(hù)焊屬氣渣聯(lián)合保護(hù)，兼有氣保護(hù)焊和手工焊兩方面的優(yōu)點(diǎn)，工藝性能好、易操作、施工高效率高、是焊條電弧焊的3～4倍，冶金反應(yīng)完善、工藝性能好、晶間腐蝕性能及低溫沖擊性能均較理想；特別是弧穩(wěn)，飛濺少，焊縫成型光滑美觀，熔敷效率高，一般可達(dá)75%～85%，而且可以采用大電流進(jìn)行全位置焊接，對(duì)設(shè)備要求低等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。
    　　2、超長(zhǎng)斜立焊縫現(xiàn)場(chǎng)焊接的電腦自動(dòng)控溫、密集電加熱技術(shù)
    　　高強(qiáng)鋼厚板焊接加熱的目的就是為了減少焊縫區(qū)與兩側(cè)母材的溫度差，降低焊接區(qū)的冷卻速度，減少焊接應(yīng)力，加速氫的擴(kuò)散，避免產(chǎn)生淬硬組織，防止產(chǎn)生焊接裂紋。對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼的焊接，焊前預(yù)熱尤為重要。
    　　在焊接完成后，立即對(duì)焊件進(jìn)行后熱處理，確保焊接接頭中的殘余氫能擴(kuò)散逸出，減少延遲冷裂紋的產(chǎn)生。由于超重鋼柱分離吊裝，現(xiàn)場(chǎng)焊接的單條焊縫長(zhǎng)度長(zhǎng)，母材厚度大，材質(zhì)高，為了克服傳統(tǒng)火焰加熱的不均勻性、升溫緩慢、工效低以及易破壞母材化學(xué)成分的缺點(diǎn)，保證焊縫兩側(cè)母材快速升溫和受熱均勻，采用DWK-360kw電腦溫控儀進(jìn)行控溫，每組輸出10kw/220V,每臺(tái)輸出36個(gè)點(diǎn)，在焊縫兩側(cè)加熱，并對(duì)稱布設(shè)加熱器。每米焊縫用10-20kw磁鐵式陶瓷電加熱器（外面帶鐵盒）加熱，每臺(tái)電加熱設(shè)備最高用電負(fù)荷達(dá)360kw。構(gòu)件正面加熱，正面測(cè)溫，加熱升溫速度應(yīng)緩慢，一般情況應(yīng)控制在50℃/h以內(nèi)，嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度。測(cè)溫時(shí)，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)選在距坡口邊緣50mm處，平行于焊縫中心的兩條直線上。焊接過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)控，嚴(yán)禁出現(xiàn)過(guò)熱和過(guò)冷現(xiàn)象。
    　　3、多人同步對(duì)稱、分段分層退焊技術(shù)
    　　根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合焊接專家的意見(jiàn)，鋼柱母體與子體的焊接連接采用薄層多道窄擺幅、分段分層退焊、多人同時(shí)對(duì)稱焊接的方法。焊前將整條焊縫按1—2m/段進(jìn)行分段，每段焊縫又分成兩或三小段，在每組焊縫的每個(gè)分段對(duì)稱位置處同時(shí)配備兩名焊工按照規(guī)定的焊接順序從下至上、沿焊縫斜立。方向開(kāi)始分層多道退焊，焊接選擇相同的焊接電流參數(shù)及每層的焊接厚度，并盡量保持同時(shí)、同速施焊，以保證相同的焊接熱輸入，使收縮趨于同步。分段焊接順序?yàn)椋合葟姆侄紊喜康?/3處向上焊接，焊完一層后再?gòu)闹虚g的1/3處由下向上焊接中間的1/3段的第一層，然后再?gòu)拇朔侄蔚牡撞肯蛏虾附酉旅?/3段的第一層，這樣完成第一層的焊接；接著再由下向上焊接上面1/3段的第二層，依次類推直到焊接完所在分段部位的全部焊接。焊接中嚴(yán)格控制單道焊縫的厚度和寬度，減少焊接熱輸入，以減小降低焊縫的機(jī)械性能因素，單道焊縫厚度應(yīng)不大于5mm、擺動(dòng)寬度不大于20mm。
    　　4、防焊接變形加固與實(shí)時(shí)位形監(jiān)測(cè)技術(shù)
    　　在焊縫兩側(cè)，沿焊縫長(zhǎng)度方向，每隔1.5m設(shè)置剛性約束板，減少焊接變形，同時(shí)在焊前預(yù)熱、焊中和焊后加熱過(guò)程中用全站儀對(duì)鋼柱的柱頂三維坐標(biāo)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，避免焊接變形過(guò)大，引起柱頂位形的偏移，影響下一節(jié)柱的安裝定位。一旦出現(xiàn)偏差過(guò)大，則調(diào)整電加熱位置和加熱溫度、并合理控制升溫與恒溫時(shí)間。
    　　3、保密要點(diǎn)
    　　根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合焊接專家的意見(jiàn)，鋼柱母體與子體的焊接連接采用薄層多道窄擺幅、分段分層退焊、多人同時(shí)對(duì)稱焊接的方法。焊前將整條焊縫按1—2m/段進(jìn)行分段，每段焊縫又分成兩小段或三小段，在每組焊縫的每個(gè)分段對(duì)稱位置處同時(shí)配備兩名焊工按照規(guī)定的焊接順序從下至上、沿焊縫斜立方向開(kāi)始分層多道退焊，焊接選擇相同的焊接電流參數(shù)及每層的焊接厚度，并盡量保持同時(shí)、同速施焊，以保證相同的焊接熱輸入，使收縮趨于同步。

    4、與國(guó)內(nèi)外同比情況
    　　1、國(guó)內(nèi): 根據(jù)查新資料表明，超長(zhǎng)、超厚板、高強(qiáng)材質(zhì)焊縫施工現(xiàn)場(chǎng)焊接的工藝在我國(guó)屬首次應(yīng)用，因而施工中無(wú)類似的工程可以借鑒，本工程中10多根鋼柱超長(zhǎng)焊縫的順利完成，將添補(bǔ)我國(guó)此項(xiàng)施工工藝的空白，為今后類似工程的施工提供理論依據(jù)和實(shí)際操作方法。
    　　2、國(guó)外: 目前國(guó)外介紹本超長(zhǎng)焊縫的的文獻(xiàn)較少, 能檢索到的工程實(shí)例少之又之，從焊縫長(zhǎng)度、板厚、和最終成形控制變形程度來(lái)看，電央電視新臺(tái)址建設(shè)工程的超長(zhǎng)焊縫施工難度均比文獻(xiàn)中所提到的工程要高出許多。另外, 對(duì)前述幾方面, 國(guó)外尚未沒(méi)有相應(yīng)的深入研究和探討的文獻(xiàn)資料，其焊接水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

    5、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益
    　　經(jīng)濟(jì)效益：
    　?、?、一次性成功完成分體柱高強(qiáng)度材質(zhì)、超長(zhǎng)超厚板焊接。
    　?、?、總體工期提前5天
    　　減少大型機(jī)械租賃費(fèi)：5*13萬(wàn)=65萬(wàn)元
    　　減少人工費(fèi)：5*2萬(wàn)=10萬(wàn)元
    　　減少管理費(fèi)：5*1萬(wàn)=5萬(wàn)元
    　　減少其他措施費(fèi):20萬(wàn)元
    　　總共節(jié)約費(fèi)用：100萬(wàn)元
    　　社會(huì)效益：
    　　1、通過(guò)將超過(guò)現(xiàn)有塔吊起重量的鋼柱分體后安裝、現(xiàn)場(chǎng)焊接的方案，給后序懸臂部分超重構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，節(jié)約了懸臂部分的深化設(shè)計(jì)時(shí)間，從而使得懸臂部分的投料加工得以提前進(jìn)行，為中央電視臺(tái)新臺(tái)址工程2008年在奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕之前投入運(yùn)營(yíng)爭(zhēng)取了時(shí)間，奠定了基礎(chǔ)。
    　　2、根據(jù)查新資料表明，超長(zhǎng)、超厚板、高強(qiáng)材質(zhì)焊縫施工現(xiàn)場(chǎng)焊接的工藝在我國(guó)屬首次應(yīng)用，因而施工中無(wú)類似的工程可以借鑒，本工程中10多根鋼柱超長(zhǎng)焊縫的順利完成，將添補(bǔ)我國(guó)此項(xiàng)施工工藝的空白，為今后類似工程的施工提供理論依據(jù)和實(shí)際操作方法。高強(qiáng)鋼超長(zhǎng)、超厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接成功，將為中國(guó)建筑新技術(shù)的交流、推廣與發(fā)展發(fā)揮重要作用，同時(shí)也提高了施工單位的知名度和核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。

    6、應(yīng)用推廣情況
    　　本工程在超長(zhǎng)、超厚板斜立焊縫技術(shù)，無(wú)論從設(shè)計(jì)到施工都是一次嘗試，將為以后類似工程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。總結(jié)此類技術(shù)，形成施工工藝，確保我公司在這方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為公司與三局承接工程創(chuàng)造條件。此焊接工藝已獲得總公司工法，在上報(bào)國(guó)家級(jí)工法，向全國(guó)建筑行業(yè)類似工程積極推廣。在焊接過(guò)程中，中建總公司、各級(jí)專家領(lǐng)導(dǎo)、海內(nèi)外同行多次來(lái)現(xiàn)場(chǎng)視察參觀，進(jìn)一步擴(kuò)大了影響，大大地提高了我企業(yè)知名度和信譽(yù)。此類超長(zhǎng)超厚板焊接技術(shù)的成功，將為中國(guó)建筑新技術(shù)的交流、推廣與發(fā)展發(fā)揮重要作用。
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