1、随着建筑钢结构设计与施工技术的进步, 建筑钢结构特别是体育场馆等空间结构的跨度由1 0 0多米向3 0 0多米发展, 结构形式日趋多样化, 结构受力越来越复杂, 导致结构局部采用Q 3 9 0、Q 4 2 0和Q 4 6 0等高强特厚钢板。 如新保利钢结构工程局部采用1 2 5 m m厚G R 6 0级( 相当Q 4 2 0) 钢材, 国家体育场钢结构工程局部采用1 1 0 m m厚Q 4 6 0级钢材。 如何保证高强特厚板的焊接质量, 已日益成为工程技术人员关注的焦点。1焊接难点及对策分析1 . 1碳当量高, 冷裂纹敏感性强, 焊接难度大国产特厚板, 由于受钢厂自身设备限制, 均采用正火状态
2、交货, 且碳当量比较高, 对焊接冷裂纹特别敏感, 焊接难度特别大。对策:(1) 焊接前严格执行预热制度,并保证钢板均匀加热;(2) 选择高韧性、 低氢焊接材料, 并通过焊接工艺评定确定合理的焊接工艺参数;(3) 焊接时为保证焊缝的冲击韧性,应严格控制焊接操作手法。立焊时严格控制焊枪摆动幅度,C O2焊控制在2 0 m m范围内, 手工电弧焊控制在3 d(d为焊条直径) 范围内, 焊枪倾角限制为 3 0 ; 平、 横、 仰焊位禁止摆动焊接,单道焊缝厚度要求控制在5 6 m m以内, 以保证焊缝和热影响区的冷弯和冲击性能。1 . 2焊接收缩量大, 焊接应力与变形控制难度大特厚板焊接时, 由于钢板厚
3、度大, 焊缝熔覆金属多, 焊接热输入量大, 从而导致钢板焊接时焊接收缩量大, 焊接变形控制难度大, 而且焊接变形一旦发生,矫正非常困难。对策:(1) 针对国产厚板普遍存在小波浪的不平整现状, 加工厂在钢板下料前应用整平机进行矫平, 减少厚板加工制作产生的焊件的不平度;(2) 选择1 / 3 、2 / 3 不对称的坡口形式, 其坡口角度宜控制在3 0 6 0 , 具体角度以焊接工艺评定结果为准;(3) 在焊接过程中, 控制焊接顺序, 做到以变制变, 根据焊件的变形情况及时调整焊接顺序。1 . 3钢板厚度大, 层状撕裂倾向大由于钢板厚度大, 钢板在压制过程中受设备限制其Z向性能比薄钢板差,而且国产
4、厚板多为热轧正火钢, 因此均具有不同程度的层状撕裂倾向。对策:选择Z向性能高的钢板,选用合理的节点和坡口高强特厚板焊接施工技术高树栋1,路克宽2,李久林1,贾凤苏3,高树梁4(1 .北京城建集团国家体育场工程总承包部,1 0 0 1 0 1北京;2 .北京建工集团,1 0 0 0 4 5北京;3 .中冶集团建筑研究总院,1 0 0 0 8 8北京;4 .北京市机械施工有限公司,1 0 0 0 4 5北京)摘要: 通过对高强特厚钢板的焊接难点及对策、 生产准备、 工艺流程、 焊接操作要点、 质量保证体系及质量控制重点等方面进行了深入研究, 总结出高强特厚板焊接的成套施工技术并应用于工程实践, 焊
5、缝质量合格率达到1 0 0 %, 有效地保证了工程的进度及质量。关键词: 建筑钢结构; 高强特厚钢板; 焊接; 质量控制中图分类号:T U 7 5 8文献标识码:B文章编号:1 0 0 0 - 4 7 2 6(2 0 0 7)0 7 - 0 5 0 2 - 0 4WE L D I N G T E C H N O L O G Y O FH I G H S T R E N G T H T H I C K P L A T EG A O S h u d o n g1, L U K e k u a n2, L I J i u l i n1, J I AF e n g s u3, G A O S h u
6、l i a n g4(1 . B e i j i n gU r b a nC o n s t r u c t i o nN a t i o n a lS t a d i u m G e n e r a lC o n t r a c t i n gD e p a r t m e n t , 1 0 0 1 0 1 , B e i j i n g , C h i n a;2 . B e i j i n gC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r -i n gC o . , L t d . ( G r o u p ) , 1 0 0 0 4 5 , B e i j
7、 i n g,C h i n a;3 . C e n t r a l R e s e a r c hI n s t i t u t eo f B u i l d i n ga n dC o n s t r u c t i o nM C C , 1 0 0 0 8 8 , B e i j i n g,C h i n a;4 .B e i j i n gM e c h a n i z e dC o n s t r u c t i o nC o . , L t d , 1 0 0 0 4 5 , B e i j i n g,C h i n a)A b s t r a c t :T h e w e l
8、 d i n g t e c h n o l o g y o fh i g h s t r e n g t h t h i c k p l a t e i s d e e p l y r e s e a r c h e d ,i n c l u d i n g t h ed i f f i c u l t i e so f w e l d i n ga n dc o u n t e r m e a s u r e s , p r o d u c t i o np r e p a r a t i o n , p r o c e s sf l o w , o u t l i n eo f w e
9、l d i n go p e r a t i o na n dq u a l i t yc o n t r o l . T h ec o m p l e t es e to ft e c h n o l o g yt h u sf o r m e dm a yb er e f e r r e df o rr e v i s i n gt h er e l e v a n tc o d e sa n de n g i n e e r i n gp r a c t i c e .K e yw o r d s :s t e e l s t r u c t u r e;w e l do f h i g
10、 hs t r e n g t ht h i c kp l a t e;w e l d i n g;q u a l i t yc o n t r o l收稿日期:2 0 0 7 - 0 6 - 1 5作者简介: 高树栋(1 9 7 5 -) , 男, 山东临沭人, 北京城建集团国家体育场工程总承包部钢结构部副部长, 工程师。建筑技术A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y第3 8卷第7期2 0 0 7年7月V o l . 3 8N o . 7J u l . 2 0 0 75 0 22 0 0 7年第7期表2劳动组织配置序号12345678工作内容负
11、责全面指挥焊接工作焊接方案及措施编制、 技术指导、 质量控制等焊接过程技术、 质量控制焊接操作预热及后热预热、 后热及层间温度控制焊缝内部缺陷检查焊接正常供电数量1111 29321职务或工种焊接总指挥焊接工程师焊接技师焊工加热工测温工超声波探伤员电工形式, 并选用强度级别稍低的低氢型焊接材料, 合理控制焊缝收缩应力。2焊接生产准备2 . 1资源准备高强特厚板焊接需要的主要设备及器具如表1。2 . 2劳动力准备劳动力组织应根据工程量、工作面及工期安排灵活设置, 本文以一个工作面、 分3组按3班制进行配置,各工种大致分配情况如表2。3焊接工艺流程高强特厚板焊接施工时一般遵循如图1所示的工艺流程。
12、4焊接操作要点4 . 1焊前清理高强特厚板焊接前,应将钢板的热切割面用角向磨光机进行打磨处理, 打磨深度不小于0 . 5 m m, 至露出原始金属光泽。母材的焊接坡口及两侧3 0 5 0 m m范围内, 在焊前必须彻底清除气割氧化皮、 熔渣、 锈、 油、 涂料、 灰尘、 水分等影响焊接质量的杂质。4 . 2坡口形状控制对焊缝坡口的形状控制,如设计文件有明确要求的, 按设计要求进行; 设计文件没有明确要求时, 按坡口角度3 5 、 间隙8 m m处理。 焊前坡口检查项目为间隙、错边、 焊缝原始宽度3项, 并做好原始记录。4 . 3预热、 层间及后热温度控制预热温度不得低于1 5 0 , 焊接返修
13、处的预热温度应高于正常预热温度5 0 左右。层间温度控制同预热温度要求, 但不得高于2 0 0 。 焊接完毕后, 立即进行后热处理, 后热温度2 5 0 3 0 0 , 后热时间按每2 5 m m板厚不小于0 . 5 h且不小于1 h确定。后热完成后, 用岩棉被保注: (1) 所列设备机具数量系按“ 一个作业面、 三班倒” 原则配备; (2) 主要机具型号、数量,使用时应结合施工单位设备情况及工程量灵活采用;(3) 在使用电加热器对钢构件进行整体或局部加热时, 需要配有专门的温度控制箱来实现加热工艺中的升温、 降温、 恒温等温度和时间的控制。表1主要设备机具表序号1234567891 0设备名
14、称交直流焊机C O2气体保护焊机碳弧气刨焊条烘箱温控箱电加热器风动打渣机角向磨光机接触式/远红外测温仪超声波探伤仪型号/规格Z X7- 4 0 0 / Z X7- 5 0 0C L - 5 0 0W- 0 9 1 7Z Y H - 0 - 6 0D WK - A 26 0 0 3 0 0-1 0 0 2 0 0S A M O/ R A Y N G E RE P O C A 4数量4台4台1台1台1台1套4台4台各1台1台用途焊接焊接清根、 清理坡口焊条烘烤预热, 热处理构件预热、 后热层间清渣层间清渣测温检查焊缝内部质量检查高树栋, 等: 高强特厚板焊接施工技术5 0 3建筑技术第3 8卷温缓
15、冷至环境温度。4 . 4预热区范围预热时, 应在焊缝两侧进行加热, 加热宽度应各为焊件待焊处厚度的1 . 5倍以上, 且不小于1 0 0 m m; 焊接返修处的预热区域应适当加宽, 以防止发生焊接裂纹。4 . 5加热方法采用电加热的方法进行预热和后热处理,加热板设置在焊缝正反两面。 预热温度达到设定值后, 将焊缝正面的加热板拆除, 焊缝背面的加热板作为伴随预热,焊后后热处理时再将正面加热板重新布置,并用岩棉被包裹严密。4 . 6测温方法测温可采用红外测温仪和接触式测温仪两种, 测温点设置在焊缝原始边缘两侧各7 5 m m处。使用红外测温仪时, 应注意测温仪需垂直于测温表面, 距离不得大于2 0
16、 0 m m。层间温度测温点应在焊道起点, 距离焊道熄弧端3 0 0 m m以上。后热温度测温点应设在焊道表面。4 . 7焊接环境高强特厚板焊接必须正温焊接。当环境温度低于0 时, 需搭设保温棚, 确保焊接环境温度达到0 以上方可施焊。当焊接作业区风速手工电弧焊超过8 m/ s、C O2气体保护焊超过2 m/ s时, 应设防风棚等防风措施。4 . 8焊接技术要求4 . 8 . 1操作手法焊接过程应严格执行多层多道、窄焊道薄焊层的焊接方法。 在平、 横、 仰焊位禁止电弧摆动, 立焊时严格控制焊枪摆动幅度;C O2焊控制在2 0 m m范围内,手工电弧焊控制在3 d(d为焊条直径) 范围内, 焊枪
17、的倾角限制为 3 0 ; 单道焊缝厚度要求不大于4 m m, 以保证焊缝和热影响区的冷弯和抗冲击性能。 采用C O2气体保护焊时, 焊枪的杆伸长2 0 3 0 m m, 焊枪倾角 3 0 。层间清理采用风动打渣机清除焊渣及飞溅物。4 . 8 . 2焊接热输入量焊接过程中应严格控制焊接热输入量。 其中, 手工电弧焊焊接热输入量宜用AV0 . 6控制,以实现大电流、 薄焊层、 窄焊道、 多层多道的焊接技术, 确保焊缝的质量。AV为一根焊条所焊焊缝的长度与一根焊条长度( 除焊条头) 的比值, 其对应不同焊条直径的取值如图2所示。5焊接注意事项(1) 同一焊缝应连续施焊一次完成, 特殊情况下不能一次完
18、成时应进行焊后的缓冷,再次焊接前必须重新进行预热。(2) 焊接完成4 8 h后进行无损检测。(3) 禁止在母材上焊接卡码及连接板等临时设施, 如必须焊接, 在焊前按照正式焊接要求, 对母材进行预热, 预热温度1 5 0 2 0 0 ;(4) 在切割临时设施时, 必须进行1 5 0 2 0 0 预热, 避免伤及母材, 如发生该种情况, 必须及时进行焊补, 并打磨圆滑过渡;(5) 在焊接过程中, 严禁在母材上随意打火或由于拖拉焊把、 焊枪对母材造成的电弧擦伤。 如发生该种情况, 应立即报告技术人员, 并采取措施进行焊补和打磨。预热和后热温度同正式焊接。6质量控制6 . 1焊接质量检查应执行的标准规
19、范 钢结构施工质量验收标准 (G B5 0 2 0 52 0 0 1) 、 建筑钢结构焊接技术规程 (J G J 8 12 0 0 2) 、 低合金高强度结构钢 (G B / T 1 5 9 11 9 9 4) 、 建筑结构用钢板 (G B / T 1 9 8 7 92 0 0 5) 等。6 . 2质量要求当设计文件有明确要求时执行设计要求,当设计文件无要求时, 宜按照下列要求执行。(1) 焊缝坡口间隙:8(+ 3、- 2)m m =(2) 焊缝接口错边:t / 1 0, 且3 m m;(3) 焊缝质量等级: 一级, 进行1 0 0 %U T检查。6 . 3质量保证体系及质量控制重点在进行焊接
20、质量控制时, 坚持T Q C的基本思想, 进5 0 42 0 0 7年第7期关于召开2 0 0 7年全国建筑模板与脚手架专业委员会年会的通知兹定于2 0 0 7年9月1 7 2 1日在黑龙江省牡丹江市召开全国建筑模板与脚手架专业委员会2 0 0 7年年会。现将有关事项通知如下。一、2 0 0 7年年会主要内容1 .模板工程、 脚手架工程的专题研讨(1) 高大空间、 重荷载的高支撑方案设计与( 高支撑架) 计算分析以及施工工艺和施工监测技术; (2) 模板工程、 脚手架工程坍塌事故分析与防治; (3) 建筑节能复合墙体的模板施工技术、 水平结构模板的发展方向; (4) 典型工程的模板施工技术;
21、(5) 建筑模板工程安全技术规程( 规范) 的主要技术内容。2 .国内外模板脚手架技术交流(1) 清水混凝土模板施工技术; (2) 早拆模板施工技术; (3) 爬升模板成套应用技术; (4) 附着式升降脚手架应用技术; (5) 其他新型模板脚手架的新技术、 新工艺、 新材料、 新产品。3 .参观考察工程二、 年会论文稿件及要求年会交流的论文, 将由秘书处在会前编印成论文集。为此, 要求在8月1 0日前将论文稿( 软盘) 寄至秘书处或发电子邮件。秘书处地址: 北京市海淀区复兴路3 4号模架学会联系人: 赵玉章电话: (0 1 0)8 8 2 2 3 7 1 68 8 2 2 3 7 7 71 3
22、 9 0 1 2 4 8 3 3 6传真: (0 1 0)8 8 2 2 3 7 1 7邮编:1 0 0 0 3 9e - ma i l : b b c r i _ z y z s i n a . c o m( 赵玉章)b c e g _ k j k f s i n a . c o m( 马瑞勤)行全员、 全面、 全过程质量控制, 从“ 人、 机、 料、 法、 环”五方面切实保证焊接工艺的成功实施,确保焊接工作的有序进行。有针对性的组建焊接质量保证体系,从组织上确保焊接质量, 形成专家顾问、 焊接工程师、 焊接技师及相关专业人员相结合的技术组织形态, 以焊工培训、 焊材焊机的选择为基础,以控制
23、焊接裂纹为主导的焊接技术路线, 从方案编制、 无损检测、 预热后热等质量控制环节上形成一套科学、 严密的质量保证体系。焊接质量控制时, 应重点控制以下几点:(1)将焊机、焊材厂家作为质量保证体系中的重要闭合控制环节, 选择工程需要的焊机及焊接材料, 确保工程的焊接质量;(2)严把焊工水平关, 制定严格的考核和准入制度;(3)采用远红外电加热技术, 保证焊缝的预热( 后热) 温度的均匀和准确性, 严格控制焊接应力, 防止焊接裂纹的产生;(4)根据 建筑钢结构焊接技术规程 (J G J 8 1) 相关规定, 结合本工程特点, 编写焊接工艺评定方案, 进行焊接工艺评定。(5)自检无损检测单位的确定主
24、要考虑人员素质、 设备条件、 技术支持等因素, 无损检测单位参与焊接的全过程管理, 对坡口处理、 焊接方法、 焊接参数等进行见证, 为最终检测结果提供正确判断。6 . 4质量检查要点焊接时应按照表3规定的检查要点进行质量检查工作。7工程实例国家体育场钢结构工程由于其结构跨度大,构造复杂, 局部构件受力特别大, 设计时局部选用1 0 0 / 1 1 0m m厚的Q 4 6 0 E - Z 3 5级钢材, 总用钢量约7 0 0 t。该工程Q4 6 0 E - Z 3 5厚板焊接时严格按照本文所述的焊接技术、 质量控制措施等进行施工, 自检及第三方检查结果表明, 焊缝质量合格率1 0 0 %, 有效
25、地保证了工程的进度及质量要求。参考文献 1 北京城建集团有限责任公司.国家体育场钢结构工程Q 4 6 0 E - Z 3 5厚板焊接技术及应用研究报告. 2 J G J 8 12 0 0 2建筑钢结构焊接技术规程. 3 G B 5 0 2 0 5 - 2 0 0 1钢结构工程施工质量验收标准.表3质量检查要点记录资料组装检查表焊接质量检查记录焊接质量检查记录焊接质量检查记录焊接质量检查记录焊接质量检查记录焊接质量检查记录焊接质量检查记录M T检验记录U T检验记录检验方式目测、 直尺及相关资料查阅测温仪及相关资料查阅外观检查、 测温仪外观检查、 卡表外观检查、 卡表、 测温仪目测、 焊缝量规目
26、测、 焊缝量规、 直尺、 缺口尺等超声波检查检验内容坡口形状, 间隙, 衬板材质及贴紧情况, 焊接区域的清理, 引入、 引出板安装预热温度, 焊条规格牌号及烘干记录预热方式, 预热温度, 检验方法焊接材料, 焊接顺序, 焊接方式,焊接规范焊接材料, 焊接方式, 焊接规范, 层间温度余高控制, 表面成形后热温度, 后热方式, 持续时间焊缝尺寸、 角变形, 咬边、 表面气孔、 表面裂纹、 表面凹坑, 引熄弧部位、 未熔合、 引熄弧板处理气孔、 未焊透、 夹渣、 裂纹等控制要点组装定位焊预热打底焊填充焊盖面焊后热外观内部检验阶段焊前检验焊接过程检验焊后检验高树栋, 等: 高强特厚板焊接施工技术5 0 5
