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建筑鋼結(jié)構(gòu)厚鋼板現(xiàn)場焊接技術(shù)(圖)

作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間:2012-11-07 20:10:32 [收藏]
焊接培訓(xùn) 協(xié)會培訓(xùn)部
    關(guān)鍵詞:建筑 鋼結(jié)構(gòu) 鋼板
    【摘要】本文通過分析目前國內(nèi)建筑鋼結(jié)構(gòu)厚鋼板的使用情況及現(xiàn)場焊接的特點,介紹了常用的現(xiàn)場厚板焊接工藝及質(zhì)量保證措施。
      
      一、建筑鋼結(jié)構(gòu)厚板現(xiàn)場焊接的概況
      
      目前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑大量出現(xiàn),建筑鋼結(jié)構(gòu)的用量占全國年鋼產(chǎn)量的比例不斷增大,2005年建筑鋼結(jié)構(gòu)的用量為1580萬t,預(yù)計2010年達到2600萬t。在很多超高層建筑和大跨度建筑中,為滿足建筑造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求,大量使用到厚鋼板(一般指30~60mm以上)及超厚鋼板(一般指60mm以上)。如1986年施工的國內(nèi)第一座超高層鋼結(jié)構(gòu)大廈深圳發(fā)展中心,其鋼柱最大厚度達到130mm(見圖1);1994年施工的深圳地王貿(mào)易大廈鋼板最大厚度100mm;2007年封頂?shù)纳虾-h(huán)球金融中心使用的鋼板最大厚度為100mm,其中40mm以上鋼板用量占鋼結(jié)構(gòu)總量的60%以上;在建的央視新臺址工程最大鋼板厚度達到110mm,其外框筒結(jié)構(gòu)中大量使用到60~100mm鋼板,厚板約占鋼結(jié)構(gòu)總量的70%。

      由于受現(xiàn)場垂直運輸設(shè)備的起重能力以及運輸條件的限制,大量鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件如重型鋼柱、超長鋼梁、大型桁架等都需要分段分節(jié)后以散件的形式運到現(xiàn)場,然后在現(xiàn)場對這些構(gòu)件進行組裝,在分段對按的位置就產(chǎn)生了大量的厚板現(xiàn)場焊接。相對于工廠焊接,厚板現(xiàn)場焊接具有以下特點:
      
      (1)現(xiàn)場焊接的作業(yè)環(huán)境相對較差。由于現(xiàn)場焊接屬于室外作業(yè),而且一般工程施工的時間跨度較大,現(xiàn)場焊接作業(yè)需要經(jīng)歷冬季和夏季的轉(zhuǎn)換,還可能碰到人風、暴雨和濃霧等不利氣象條件的影響。尤其在超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中,高空的作業(yè)環(huán)境濕度大、風力大、溫度低。
      
      (2)現(xiàn)場焊接位置受到周邊環(huán)境的限制,焊接難度較大。由于構(gòu)件一旦安裝就位,焊接位置就不能改變,而且不能像在工廠焊接時,可以利用行車及焊接作業(yè)平臺對構(gòu)件進行翻轉(zhuǎn)及換位。
      
      (3)現(xiàn)場厚板焊接填充量較大。如一條1000mm長的焊縫,板厚100mm,采用CO2氣體保護焊,需要連續(xù)焊接6h。
      
      近年來,現(xiàn)場厚板焊接普遍采用藥芯焊絲CO2氣體保護焊。藥芯焊絲CO2氣體保護焊兼有氣保焊和手工焊兩方面的優(yōu)點,工藝性能好、易操縱、施工效率高,是焊條電弧焊的3~4倍,冶金反應(yīng)完善、工藝性能好、晶問腐蝕性能及低溫沖擊性能均較理想;特別是弧穩(wěn),飛濺少,焊縫成形光滑美觀,熔敷效率高,一般可達75%~85%,而且適用于全位置焊。厚板現(xiàn)場焊接最為常見的焊接缺陷是層狀撕裂和焊接裂紋,最常見的施工質(zhì)量題目是焊按變形過大。

      二、現(xiàn)場厚板焊接典型工藝流程及常用焊接工藝
      
      1.現(xiàn)場厚板焊接典型工藝流程
      
      為摔制厚板現(xiàn)場焊接的質(zhì)量,要求按照圖2所示的典型工藝流程進行施工。

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    2.鋼梁厚板現(xiàn)場焊接常用工藝
      
      建筑結(jié)構(gòu)的鋼梁一般采用箱形或H形截面在跨度大、受力大的部位,鋼梁的上下翼緣板較厚,超過運輸長度限制的鋼梁需要在現(xiàn)場對接。鋼梁厚板焊接時翼緣的焊接位置通常為水平位置,腹板的焊接位置通常為立焊。考慮到仰焊作業(yè)難度較大,而且厚板焊接的焊縫填充大,如無特殊要求,上、下翼緣均應(yīng)采用平焊的焊接位置;若鋼梁為箱形截而,可采用頂面開天窗或在腹板側(cè)面開人孔的方式施焊下翼緣對接焊縫。
      
      3.鋼柱厚板現(xiàn)場焊接常用工藝
      
      鋼柱對接位置一般采用單邊V形坡口,由于鋼柱有安裝垂直度的要求,所以在焊接過程中要留意采取對稱焊接的方式施工。對于腹板、翼緣均較厚的H形鋼柱,其版板宜采用雙面坡口,焊接時先焊接腹板,再焊接翼緣。
      
      三、現(xiàn)場焊接質(zhì)量保證措施
      
      1.焊工培訓(xùn)
      
      厚板現(xiàn)場焊接的質(zhì)量與操縱者的水平和執(zhí)行焊接工藝的能力有直接關(guān)系。由于每個工程的原材料和結(jié)構(gòu)特點均不相同,在開工之前,即使是持有有效焊工證的焊工也必須進行針對性的焊接培訓(xùn),以熟悉現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及母材的特性。
      
      2.原材料質(zhì)量
      
      鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的原材料和焊接材料的質(zhì)量是保證現(xiàn)場焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。由于厚板現(xiàn)場焊接接頭普遍存在拘束應(yīng)力大的特點,尤其是在T形、角接連接形式下(厚扳H形鋼柱、梁,Box箱型柱、梁)層狀撕裂現(xiàn)象尤為突出。除了對鋼材質(zhì)量等級A、B、C、D有要求外,還對材料的Z向性能提出要求(抗層狀撕裂等級——材料斷面收縮率Z15、Z25和Z35)?,F(xiàn)場焊接前,施工單位應(yīng)對焊縫坡口兩側(cè)100mm的范圍進行超聲波探傷,以確保焊縫質(zhì)量。

      3.提供較為良好的作業(yè)環(huán)境
      
      現(xiàn)場厚板焊接因填充量大,一般情況下應(yīng)確保一條焊縫可以一次焊接完成,避免中途停頓,所以現(xiàn)場焊接操縱平臺及防護棚的搭發(fā)要求較高。要求在現(xiàn)場焊接部位采用特制型鋼架或腳手架鋼管進行搭設(shè),平臺底部滿展跳板,跳板上面覆蓋防火石棉網(wǎng),焊接操縱平臺周邊設(shè)踢腳板,防止小件物體墜落。在焊接平臺周邊及頂部,用防火材料搭設(shè)防護棚,要求防護棚頂部不透風、周邊不漏水,還能承受一定的外部荷載。
      
      4.嚴格執(zhí)行焊前、焊后的熱處理工藝
      
      對于Q345級別及以上的鋼材,在板厚超過30mm的情況下,要求嚴格執(zhí)行JGJ81—2002規(guī)定的焊前預(yù)熱及焊后熱處理要求。在條件許可的情況下,應(yīng)優(yōu)先選用電加熱技術(shù)進行焊前、焊后熱處理。
      
      5.采用合適的焊接順序
      
      由于厚板焊接熱輸進量大,焊接收縮量也較大。對于獨立的構(gòu)件如單獨的鋼柱,宜區(qū)采用雙人對稱焊接的方式進行,防止鋼柱焊后垂直度超出規(guī)范要求。對于復(fù)雜的桁架現(xiàn)場焊接,要求在桁架整體拼裝完成后開始焊接,總體的焊接順序宜從中間向四周展開,盡量避免在周邊形成約束的情況下進行焊接。如上海環(huán)球金融中心周邊帶狀桁架采用如圖3所示的焊接順序進行焊接:上弦對按節(jié)點1→節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點4,其次進進下弦:對接節(jié)點1→節(jié)點2→節(jié)點3→節(jié)點4,腹桿從中部向兩端施焊,且腹桿上下兩端不同時焊接。

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    6.加強焊接過程中的變形監(jiān)測
      
      焊接變形固然會影響構(gòu)件的安裝質(zhì)量,但也是可以利用的。在現(xiàn)場焊接作業(yè)前,焊工應(yīng)提前了解構(gòu)件的安裝誤差,適當?shù)乩煤附幼冃蜗糠职惭b誤差。對于比較重要的構(gòu)件,為避免焊接完成后變形過大,在焊接作業(yè)過程中,應(yīng)對焊接結(jié)構(gòu)進行同步監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)變形超標,應(yīng)及時調(diào)整焊接順序或焊接速度,以保證終極的鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

      四、結(jié)語
      
      建筑鋼結(jié)構(gòu)厚板現(xiàn)場焊接質(zhì)量對建筑結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要,在施工過程中輕易出現(xiàn)質(zhì)量題目。施工單位在焊接作業(yè)前首先應(yīng)確保原材料的合格,做好焊接工藝評定試驗,并針對現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境進行焊工培訓(xùn),加強焊接操縱過程的治理。在原材料合格的條件下,由合格的焊工按照經(jīng)過評定合格的焊接工藝施工,厚板現(xiàn)場焊接的質(zhì)量一定是可以得到保證的。
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