1、厚板焊接施工技术一、工程概况银泰中心工程A塔楼地下室为劲钢结构，地上以上为全钢框架结构，平面结构呈回字形，分内框架和外框架两部分。内框筒1515米，外框筒39.539.5米。地下4层，标高为-19.30米，地上63层，建筑高度为249.7米。楼层标准层层高为3.3和3.4米，17层、33层、46层为避难层。顶部58层以上布置金字塔结构，被外周灯笼结构所包围。楼面为钢承板-混凝土组合楼板。A塔楼钢结构总重量约为二万吨，构件总数量约为19400件；平面内钢柱共59根，有箱型柱12根、工字型柱47根。外框筒四角箱型钢柱规格下部为900*900*100、上部为800*800*50，内框筒四角箱型钢柱规
2、格为900*450*50*50，内框筒内部四根箱型钢柱600*400*60*60。工字型柱规格主要为：1200*440*50*50、900*450*50*50。钢梁大部分为H型，最大为1200*500*30*50，少量为箱型，最大截面为800800mm30mm。本工程框架梁与框架柱之间的连接一般采用刚接，次梁与主梁之间的连接采用铰接，钢柱与钢柱之间的对接采用全熔透坡口焊接。钢材材质主要为GJC345级T=4060满足Z15、T60满足Z25。耐火等级为一级。本工程焊接主要集中在箱型柱对接，H型柱对接，箱型钢梁的连接、H型钢梁与柱的连接。箱型柱宽有900、800mm等；H型柱宽为1200、100
3、0、900，厚度最大的箱型柱厚度达100，一般钢柱厚度为30、50，梁的截面有箱型800*800*30、600*600*30，H钢梁最大为1200*500*30*50。焊缝形式主要为：水平横焊、立焊、水平梁对接横焊等。本工程焊接工程量大，厚度大，焊接难度比较高。钢柱、钢梁平面布置见下图：钢梁平面布置图钢柱平面布置图二、焊接节点概况1、箱型钢柱柱间对接横焊；2、工（十）字型钢柱柱间对接横焊；3、工字型钢梁与钢柱或钢柱牛腿对接钢梁上下翼缘平焊；4、钢柱主要尺寸及材质：箱型柱工（十）字柱外筒EC1:900mm900mm（L5层以下）；800mm800mm（L5层以上）。EC2柱：1000mm440m
4、m（L5层以下）；1000mm400mm（L5层以上）EC3、EC3a、EC5、EC6柱：1200mm440mm（L5层以下）1200mm400mm（L5层以上）。EC4柱：1200mm500mm（L5层以下）；1200mm400mm（L5层以上）内筒IC1: 900mm450mm（L5层以下）；900mm400mm（L5层L27层）；800mm400mm（L27层以上）ICC1（2、3）柱：500mm500mmIC2、IC3柱：900mm450mm（L5层以下）；900mm400mm（L5层L48层）；800mm400mm（L48层以上）。IC2a、IC3a柱：900mm450mm（L5层以
5、下）；900mm400mm（L5层L47层）；800mm400mm（L47层以上）。钢梁上下翼缘板厚：20mm、30mm、36mm、40mm、50mm。板厚、材质100mm、90mm、70mm、60mmQ345GJ-C Z25材质60mm、50mm、40mmQ345GJ-C Z15材质36mm、30mm、28mm、25mm、20mmQ345GJ-C材质三、施工准备1、焊接施工机具组织序号机具名称机具型号产地台数功率1多用途GMAW气体保护焊机OTC电器SRA600UG型日本大阪1239kwh2空气压缩机聚才电器DIV450-4深圳40.6M3/0.60.8Mpa3晶闸管整流焊机松下ZX5-40
6、0TSM唐山326kwh4自控远红外烘干炉及一体式保温储藏箱ZYH60温州16kwh5半自动切割机CG1-30250w6角向磨光机10100w7红外检测测温计1/8电子环境温度湿度计1/2、焊接材料的组织1 银泰中心北塔楼钢结构工程的现场焊接全部采用CO2气体半自动保护焊实施。2焊接主材选用辽宁锦州市出品的锦泰牌JM58型实芯焊丝，规格为1.2mm。3焊接辅材北京普来克斯CO2气体，纯度99.7%（v/v），水蒸气与乙醇总含量50ppM（m/m）。3、焊接工艺评定试验现场焊接工艺评定根据北京银泰中心工程北塔楼钢结构的设计节点形式、钢材材质、规格、采用的焊接方法、焊接位置等，制定本焊接工艺评定方
7、案及相应的焊接工艺评定指导书，按建筑钢结构焊接技术规程的规定施焊试件、切取试样并由具有国家技术质量监督部门认证资质的检测单位进行检测试验。3.1焊评试件各项尺寸焊接形式试件板厚度T1坡口角度试件板厚度T2坡口角度试件板厚度T3坡口角度焊缝最小间距R钝边宽度d横焊7035度70/69mm2 mm4035度40/69mm2 mm平焊4035度40/69mm2 mm2035度20/69mm2 mm十字形对接焊70/2035度2035度68mm2 mm40/2035度2035度68mm2 mm对接立焊4045度4045度/34mm/十字接头（立焊+平焊）70/4035度4035度68mm2 mm3.2
8、试件接头组对型式横焊、平焊试件组对型式十字形对接焊试件组对型式4、焊接工艺流程记录、验收返修操作平台、防护架安装节点高强螺栓终拧合格施焊顺序确定、评定焊接工艺确认合格工艺流程、电流、电压检查；.焊道清渣、层温检查；.焊道质量检查；.二氧化碳气体流量、纯度、压力检查；送丝稳定性、焊丝伸出长度检查；导电嘴、保护气罩检查。焊条或焊丝焊接焊中检测缺陷修整气候条件检查；.接头组装质量检查；.坡口间隙测定、坡口形状、角度、钝边和坡口面清理情况检查，衬板角板检查；.焊机、工具、安全检查，易燃易爆物防护；焊接材料检查；.气体纯度以及气路检查；安装施焊条件检查。打磨超声波探伤检测检测报告焊接场地清扫不合格 合格
9、返修焊接完成焊工自检焊缝外观检查填写外观质量检查记录检查引弧板熄弧板预热预热温度测试时间位置控制定位焊5、焊接工艺参数5.1预热 按照现场焊接工艺评定确定的焊前预热温度实施：1加热源氧、乙炔中性焰，热输入约为1525kj/cm。2预热范围规范要求：预热的加热区域应在焊接坡口两侧，宽度应各为焊件施焊处厚度的1.5倍+100mm；3预热温度确定预热温度：根据焊接接头的坡口形式和实际尺寸、板厚及构件约束条件；根据融敷金属的扩散氢含量；根据焊接时热输入的大小；根据接头热传导条件；根据施焊环境温度。 构件板厚预热范围常温焊接预热温度冬施焊接预热温度160100mm150mm06010012024060m
10、m100mm060100120340mm100mm0601001205.2层温焊接时，焊缝间的层间温度根据具体板厚应始终控制在85150之间，每个焊接接头应一次性焊完。不同板厚钢材的焊接层间温度钢材材质板厚（mm）焊接层间温度（）钢材材质板厚（mm）焊接层间温度（）Q345GJ-C60100100Q345GJ-C10-4085Q345GJ-C4060100Q345B10-40855.3 CO2气体保护焊焊接工艺参数焊速：0.6cm/s焊层焊丝牌号焊丝直径(mm)焊丝极性焊接电流(A)电弧电压(V)运丝方式焊丝伸出长度(mm)气体流量(l/min)层间温度（mm）首JM-581.2直流反接180
11、2202427直线加小回环30556580110次同上同上同上2603103033同上2530同上80110以后各层同上同上同上2603103033小回环25同上80110面层同上同上同上2002102426直线1520同上801105.4 CO2气体保护焊每层焊接工艺1）首层首道焊接焊丝与直边的角度35，直线加小回环运条。2）至障碍孔时，加大焊丝前倾角递送至少20mm，采用收弧电流填满弧坑后熄弧待滞后气体停止供给后再移开（约4秒）转自障碍另侧续焊。3）首层次道焊接时加密回环次数，首层焊道焊接时至少叠压前道1/3截面，焊丝上倾15。4）次层及以后各填充层第一道焊丝下倾35，最后一道上倾15，中
12、间各道基本保持与焊缝成水平状态，每道均匀叠压前道1/3截面。5）面层焊接的前层（对CO2气体保护水平焊极为重要），基本面要平整，且上部略比下部向外倾（如下图），焊缝表面无较大凸点，清洁无渣。6）面层焊接：减小电流值10%，第一道要力求平直；结束道作回环时注意在上坡边缘稍加停留。以防止上坡边缘出现咬边。7）焊接完毕：立即作清理工作。采用批凿、角向磨光机去除飞溅、附着物；采用焊缝量规、直尺等对焊缝外形尺寸进行核查。8）焊接完毕的焊缝 ：表面无针状气孔、夹渣、裂纹、未熔合咬边等缺陷和明显低于母材表面等焊缝尺寸不足，余高应均匀保持在0.53.5mm。9）后热：采用氧、乙炔中性焰进行后热处理。后热温度：
13、150，持续约15分钟。如气温低于0时采用石棉布仔细覆盖焊缝，使其缓慢冷却。6、焊接施工顺序61总体焊接顺序本工程钢柱分布密,内外筒周边钢梁焊缝多,就整个钢结构框架而言，箱型柱、工字柱、H型钢梁刚性接头焊接，应从整个结构的中部施焊，形成整体框架后向四周扩展续施。62内筒构件的焊接顺序为保证外筒钢柱的垂直度，采取先柱后梁的焊接方法，首先焊接4C1、4F1、7F1、7C1四根内筒角柱，待四根角柱完成后，接着焊接内筒内4Bd1、5aE1、6bE1、6bD1四根方柱，然后再进行内筒工字柱的焊接，为减少焊接变形，内筒工字柱的焊接应于四个内框筒轴线同时展开进行，原则上相邻两根钢柱不同时开焊。全部钢柱完成焊
14、接后，再进行内筒裙梁的焊接。63外筒构件的焊接顺序为保证外筒钢柱的垂直度，采取先柱后梁的焊接方法，首先焊接1J、1A、10J、10A四根外筒大角柱，待四根角柱完成后，再进行十字柱或工字柱的焊接，为减少焊接变形，十字柱或工字柱的焊接应于四个外框筒轴线同时展开进行，原则上相邻两根钢柱不同时开焊。全部钢柱完成焊接后，再进行外筒裙梁的焊接，为保证焊接后在结构的整体精度，必须从每条轴线的角柱联系梁开始焊接，尽可能使焊接收缩向角柱方向发展。64典型构件的焊接顺序1 对于方型钢柱的对接施焊：应采用两名焊工同时从中部对称等速施焊，如下图：2 对于工字型钢柱的对接施焊：应采用两名焊工先同时从腹板中部对称等速施焊
15、，腹板焊接完成后，翼缘板同时反向施焊，如上图：3 对于十字型钢柱的对接施焊：应采用两名焊工先同时从大工字形腹板中部对称等速施焊；大工字形腹板焊接完成后，焊接弱轴方向两个小T形腹板；而后同时反向施焊大工字形翼缘板；最后施焊两个小T形翼板。如下图：4 对于外筒钢柱间的裙梁，应从每条轴线的中部向两端焊接，焊接时应先焊下翼板，后焊上翼板。先焊梁的一端，待直焊缝冷却至常温下，再焊另一端。不得在同一根钢梁两端同时开焊，两端的焊接顺序应相同。如下图2钢柱钢柱钢梁 钢梁 7、焊接质量控制焊条、焊剂准备，出具合格证焊条烘焙焊接机具、焊接检验工具准备焊工考试合格首次施焊的钢种和焊接材料，进行焊接工艺和力学性能试验
16、厚度大于34mm的普通碳素钢和厚度大于80mm的低合金钢要预热和下道工序处理交接手续焊条合格证及烘焙记录焊缝质量检验记录焊接试验记录自检记录质量评定记录焊接记录不合格的处理（返工）禁止在焊缝区外的母材中打火引弧注意焊缝长度.厚度及质量缺陷准备工作学习操作规程和质量标准熟悉图纸和技术资料书面交底操作人员参加复查组装质量和焊缝区处理情况办理上道工序交接检查中间抽查自 检清除熔渣及金属飞测物在焊缝附近打上钢印代号清理现场，文明施工技术交底焊 接质量评定资料整理执行验评标准现场焊接质量控制程序高层建筑钢结构负温焊接技术应用在北京地区的冬季，日常气温也大多界于零下，并经常伴有强劲的北风，采取非常措施即创
17、造温室效应。搭设焊接防风围护棚，由于整个预热、焊接、焊后加热过程均为高温强热操作，整个焊接围护棚内可形成封闭高温环境，满足焊接要求。一、冬季施工用材料及设备清单序号材料或设备名称数量备注1防风棚搭设脚手架管200米2防风棚搭设木板80块3围护帆布200平方米4绑扎铁丝10公斤5保温石棉100公斤后续分批进场6加热焊枪4把7红外测温仪1把二、焊接材料的选择、贮存，机具检查1焊接材料的选择为保证焊缝不产生冷脆，负温度下焊接用的焊丝，在满足设计强度的要求下，优先选用屈服强度较低、冲击韧性好的低氢型焊丝。本工程根据焊接工艺评定，采用锦泰JM-581.2mm实芯焊丝。CO2气体采用北京普来克斯食品级CO
18、2瓶装气体，纯度达99.7%以上，含水率控制在50ppm。2焊接材料的贮存、使用焊丝实行专人保管，贮存在通风干燥的地方，禁止油污污染，采取垫高等防潮措施。焊丝实行专人发放的管理制度，严禁私自开箱取用，保管员须建立发放记录台帐。3焊接机具检查焊接使用的瓶装CO2气体，负温时，瓶嘴有可能产生冰冻堵塞现象，焊接作业前应首先检查疏通。三、冬季焊前防护棚搭设冬季钢柱、梁的焊接必须在施工前严格制定焊接作业计划，组织专门的人力、物力，比预定正式施焊时间提前48小时进行专题防护并达到以下要求：1利用专用脚手架管先搭设焊接防风围护棚，上部允许稍透风、但不渗漏，兼具防一般小物体的打击功能。2中部宽松，能抵抗强风的
19、侵扰，不致使大股冷空气透入。3下部操作平台，足够承载4名以上作业人员，需牢固稳定、无晃动，可放置必需的作业器具和预备材料，平台面防护采用阻燃材料遮蔽严实，防止劲风从底部侵入。 4焊接防风棚搭设流程图利用专用脚手架管架设焊接防风棚骨架利用专用帆布围护焊接防风棚四个立面材料准备围护接缝绑扎利用专用木板铺设焊接防风棚平台面利用专用帆布围护焊接防风棚顶面铺设平台面阻燃材料4、冬季焊接过程控制厚板焊接时，焊缝层间温度应始终控制在100120之间，每个焊接接头应一次性焊完。施焊前，注意收集气象预报资料，当恶劣气候即将到来，如无确切把握抵挡时，则放弃施焊。若焊缝已开焊，要抢在恶劣气候来临前，至少焊完板厚的1
20、/3方能停焊，且严格做好后热处理，并且进行保温处理。5、冬季焊接焊后加热对于80mm以上厚板或环境温度低于零度时，填充缝焊接和面层焊接完毕，在自检外观质量符合要求后，立即实施焊后后热过程。这一过程的实施，不仅能使逐渐降下来的接头温度再度上升，而且能够起到将焊接区域储热不均匀现象降低到最低程度的重要作用。对于超厚钢板、大长焊缝，尽管作业者严格遵循工艺流程，实施中间再加热，也不可避免由于板厚过大、始端终端焊缝过长、面缝过宽等原因造成的根部与面层的温差、始端与终端的温差、近缝区与远缝区的温差、（水平横向焊缝）下部与上部的温差、（H型钢柱）边翼缘和翼中的温差。对称作业的两名作业者由于焊接习惯、视力、运
21、速、参数选择等不能绝对相同也可能导致温度差。要最大程度地消除这些差别，只有通过认真的焊后后热来完成。因而焊后后热是焊接工艺中相当重要的环节，使用两把烤枪对焊缝区域进行烘烤，使后热温度达到150，并持续保持该温度15分钟，这一过程可通过红外测温仪来测量控制。6、冬季焊接焊后保温在寒冷劲风多发地区， 一切焊前加热、中间再加热、后热等都围绕着消除骤冷骤热、消除胀缩不均、延缓冷却收缩这个目的，但是仅上述措施还不能阻止温度热量的快速散失、特别是防止边沿区域冷却较缝中部冷却过快的现象。最有效最直接的方法是加盖保温性能好、耐高温的石棉布，在寒冷地区，须加盖至少24mm厚的石棉布，在钢柱接头焊接部位密封围护棚
22、阻止空气流通，使其缓慢冷却，达到常温后，方可除去保温措施。（见保温措施图）由于厚石棉布可基本阻止外界空气对构件焊接区的直接冷却，构件的绝大部分焊接热通过构件两端的延伸部分传递，这个过程温度的渐变较缓慢，只要石棉布围护严密，焊接质量即可保证，围护后不可随意对围护区遮蔽措施进行拆解。钢柱保温图钢梁保温图7、冬季焊接保证措施严寒的冬季焊接施工，光有严密的焊接防护还不够，钢材由骤冷至焊接产生骤热，容易发生钢结构焊缝接头区冷裂纹现象。因此，在5至5的气候条件下，焊前还必须用两支大功率烤枪在1.5倍的板厚+100mm的范围进行加热至100120。如果环境温度5以上，一般仅作加热除湿处理即可。焊前加热消除焊
23、缝两侧母材与焊缝区的强烈温差，最大限度地减缓钢材在板厚方向由热胀时压应力到冷缩时拉应力的转换过程，最大可能地促使焊缝接头均匀胀缩，这是保证超厚钢板焊接质量尤其是在寒冷地区焊接时的一个非常重要的环节。这一环节包括了焊前严格加热，施焊过程中，保证持续、稳定在100120层间温度，全过程地执行窄道焊、有规律地采用左、右向交替焊道。本工程冬季施工中的焊接全部采用CO2气体保护焊这种热输入较大的焊接方法。在预热后的整个焊接过程中，即使是钢柱接头接近1米的长焊缝，在每道焊接熔敷至焊缝末端的时刻，另一端起焊位置的层间温度仍在100120左右。整个热焊接保证过程中，焊工利用便携式红外测温仪复测检测构件温度。值
24、得注意的是：施焊过程中，不可避免地会由于剔除焊瘤、清除焊接渣膜飞溅、更换焊材与焊接辅材、施工器具调整、焊接防护物品更迭、作业者生理需求、使用高风速碳弧气刨等因素使得层间温度不能保持稳定，由此产生的裂纹质量事故有例可循，质量事故的主要原因是多次发生从高温到低温这一变化过程。在寒冷地区这一现象必须予以高度重视，要求细致地预备施工机具、材料，考虑作业环境及焊接人员的身体状况，减少一切不必要的焊接时间内的非焊接作业时间，随时利用红外测温仪观察层间温度，如发现低于规定的温度，立即采用加热烤枪对构件进行再加热，始终保持焊缝100120的层间温度。8、负温焊接试验8.1焊接采用OTC600G焊机，锦泰JM-
25、581.2mm实芯焊丝， CO2气体采用北京普来克斯，纯度99.7%（v/v），水蒸气与乙醇总含量50ppM（m/m）。预热温度90120，后热温度150170。焊接工艺参数见下表：板厚mm焊接位置施焊环境道次焊接方法预热温度焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度cm/min气体流量L/min焊后热处理100横焊室外-8防风棚首层GMAW100-12040-6040-4248-504060150空冷无保温填充层GMAW40-6041-4345-50面层GMAW40-6038-4049-528.2试验结果试件焊接接头质量按JGJ81-2002标准作外观检查，焊后24小时做超声波检验，结果应满足设计
26、要求，然后按GB2649-89规定取试样，并按GB2650进行接头冲击试验（焊缝、熔合线、热影响区各3个），拉伸2个，面弯、背弯、侧弯各两件的试验，试验结果合格。9、根据实践经验，当环境温度在-5以上时，采取预热、焊接、后热、保温等一系列措施，可以确保冬季钢柱、梁的焊接质量。当环境温度低于5时，即使采取上述一系列措施，也难以保证焊接的质量。如果一天的气温在-5上下范围内变动，将在高于-5的时间段内选择焊接量较小的一些接头进行焊接，尽量不使焊接工作延续到气温降至-5以下时。当气温持续在-5以下时，在这个时间段内停止现场的焊接工作。10、已完成焊缝共计11584道， 全部进行无损检测，自检由深圳市生富检测技术有限公司进行检测,一次合格率99.997%，二次合格率100%；焊缝第三方检测委托北京冶金工业工程质量监督总站检测中心进行检测,共检测焊缝350道,合格率100%，焊缝外观质量良好。
