1、天津恒隆广场工程异型厚板焊接技术摘要：钢结构由于自身的诸多优点，包括自重轻、建设周期短、适应性强、造型美观、维护方便等，其应用越来越广泛。我国轻钢钢结构、空间钢结构、高层钢结构、桥梁钢结构和住宅钢结构等工业与民用建筑，如雨后春笋般涌现，遍布全国。与此同时，应建筑造型的复杂要求，建筑钢结构中“异形” 、 “厚板”得到越来越大量的使用，如北京国家体育场（鸟巢）等典型工程用钢最大板厚达 110mm，也由于异形钢结钩的造型使得城市增添了一道又一道的靓丽风景线。大量钢结构工程采用异形厚板，促进了钢结钩焊接技术的发展，同时也丰富了建筑用钢的范围。 关键词：异形；厚板；焊接技术；钢构件；质量； 中图分类号：
2、P755 文献标识码： A Tianjin Hang Lung Plaza Project Special Thick Plate Welding Technology Abstract: Steel structure due to its many advantages, including light weight, short construction period, strong adaptability, aesthetically pleasing, easy maintenance, etc., its application is more and more widely.
3、Light steel steel structure in our country, high-rise steel structure, space steel structure, bridge steel structure industrial and civil buildings, and residential steel structure, etc, have sprung up all over the country. YingJianZhu modelling, meanwhile, the complex requirements, construction ste
4、el structure in the “alien“, “plate“ becomes a lot of use, such as the Beijing national stadium (birds nest) and the maximum thickness of a typical engineering steel of 110 mm, because the modelling of the special-shaped steel bonded hook enables the city added and a beautiful beautiful scenery line
5、. A large number of steel structure engineering using special-shaped plate, promote the development of the welding technology and steel hook, but also enrich the scope of construction steel. Key words: Abnormity; Thick plate; Welding technology; Steel members; Quality; 1 前言 天津恒隆广场工程因其独特的造型，使得钢结构的异形和
6、厚板焊接成为施工技术的难点和质量控制的重点。本工程异型厚板钢结构主要体现于现场的弧形主肋钢结构工程、中庭和西中庭的钢结构工程等三个代表性的钢结构异型厚板结构工程。西中庭钢结构钢柱为 90035 型钢管柱，钢梁为变截面箱型结构，最大截面：9001000，构件最大单重43.6t，最大跨度 23m，钢梁采用分节拼装，整体吊装方式，所以对拼装焊接部位与安装焊接部位焊缝质量要求高，加工厂选用全自动 CO2 保护焊与半自动 CO2 保护焊，现场安装焊接器材选用半自动 CO2 保护焊。 2 天津恒隆广场工程概况 天津恒隆广场位于天津市和平区，建筑面积 25 万平方米，地上 6 层，地下 3 层。 3 异形厚
7、板钢结构焊接关键技术 3.1 异形焊接 3.1.1 弧形主肋和西中庭等异形钢结构构件在现场焊接前因拼装、定位、对接难度增加而导致其焊接难度增大。首先要解决这一问题，现场的专业吊装工和专业测量工将根据现场的每一个构件进行提前技术复核和技术准备。 3.1.2 异形构件吊装定位拼装完成后，采取防偏位的马板焊接固定，钢丝绳斜拉等各项措施确保在焊接过程中不会出现任何因此而造成的外力对焊接应力的损失。 3.2 厚板焊接 3.2.1 厚板、超厚板焊接时填充焊材熔敷金属量大，焊接时间长，热输入总量高，构件施焊时焊缝拘束度高、焊接残余应力大，焊后应力和变形大。焊接施焊过程中，易产生热裂纹与冷裂纹。 厚板在焊接前
8、，钢板的板温较低，在开始焊时，电弧的温度高达 12501300，厚板在板温冷热骤变的情况下，温度分布不均匀，使得焊缝热影响区容易产生淬硬马氏体组织，焊缝金属变脆，产生冷裂纹的倾向增大，为避免此类情况发生，厚板焊前必须进行加热。 3.2.2 定位焊：定位焊是厚板施工过程中最容易出现问题的部位。由于厚板在定位焊时，定位焊处的温度被周围的“冷却介质”很快冷却，造成局部过大的应力集中，引起裂纹的产生，对材质造成损坏。解决的措施是厚板在定位焊时，提高预加热温度，加大定位焊缝长度和焊脚尺寸。 3.2.3 多层多道焊：在厚板焊接过程中，坚持的一个重要的工艺原则是多层多道焊，严禁摆宽道。这是因为厚板焊缝的坡口
9、较大，单道焊缝无法填满截面内的坡口，摆宽道焊接造成的结果是，母材对焊缝拘束应力大，焊缝强度相对较弱，容易引起焊缝开裂或延迟裂纹的发生。而多层多道焊有利的一面是：前一道焊缝对后一道焊缝来说是一个“预热”的过程；后一道焊缝对前一道焊缝相当于一个“后热处理”的过程，有效地改善了焊接过程中应力分布状态，利于保证焊接质量。 3.2.4 焊接过程中的检查：厚板焊接不同于中薄板，需要几个小时乃至几十小时才能施焊完成一个构件，因此加强对焊接过程的中间检查，显得尤为重要，便于及时发现问题，中间检查不能使施工停止，而是边施工、边检查。如在清渣过程中，认真检查是否有裂纹发生。及时发现，及时处理。 3.2.5 厚板对
10、接焊后，应立即将焊缝及其两侧各 100150mm 范围内的局部母材进行加热，加热时采用红外线电加热板进行。加热温度到250350后用石棉铺盖进行保温，保温 26h 后空冷。这样的后热处理可使因焊前清洁工作不当或焊剂烘焙不当而渗入熔池的扩散氢迅速逸出，防止焊缝及热影响区内出现氢致裂纹。 3.2.6 厚钢的超声波检测应在焊后 48h 或更长时间进行。如进度允许，也可在构件出厂前再次进行检测，确保构件合格，以免延迟裂纹对工件的破坏。 4 厚板焊接变形与焊接应力的控制 4.1 在焊接过程中，厚板对接焊后的变形主要是角变形。实际生产中，为控制变形，往往先焊正面的一部分焊道，翻转工件，碳刨清根后焊反面的焊
11、道，再翻转工件，这样如此往复。一般来说，每次翻身焊接三至五道后即可翻身，直至焊满正面的各道焊缝。同时在施焊时要随时观察其角变形情况，注意随时准备翻身焊接，以尽可能地减少焊接变形及焊缝内应力。另外，设置胎模夹具，对构件进行约束来控制变形，此类方法一般适用于异形厚板结构，由于厚板异形结构造型奇特、断面、截面尺寸各异，在自由状态下，尺寸精度难以保证，这就需要根据构件的形状，制作胎模夹具，将构件处于固定的状态下进行装配、定位、焊接，进而来控制焊接变形。 4.2 选择与控制合理的焊接顺序，即是防止焊接应力的有效措施，亦是防止焊接变形的最有效的方法之一。根据不同的焊接方法，制定不同的焊接顺序，埋弧焊一般采
12、用逆向法、退步法；CO2 气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法；编制合理的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度” 。 4.3 构件焊接时产生瞬时应力，焊后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是客观规律。一般在制作过程中重视的是控制变形，往往采取措施来增大被焊构件的刚性，以求减小变形，而忽略与此同时所增加的瞬时应力与焊接残余应力。对于刚性大、板材厚的构件，虽然残余变形相对较小，但会产生巨大的拉应力，甚至导致裂纹。在未产生裂纹的情况下，残余应力在结构受载时内力均匀化的过程中往往导致构件失稳、变形甚至破坏。因此焊接应力的控制与消除构件在制作过程中显得十分重要。 4.4 控制应力的目标是
13、降低应力的峰值并使其均匀分布。 4.5 在焊接较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。 4.6 在焊接过程中为了减少焊接热输入流失过快，避免焊缝在结晶过程中产生裂纹，当板厚达到一定厚度时，焊前应进行预热，对焊缝周边一定范围内进行加热，加热温度视板厚及母材碳当量（CE）而定。 4.7 当构件上某一条焊缝经预热施焊时，构件焊缝区域温度非常高，伴随着焊缝施焊的进展，该区域内必定产生热胀冷缩的现象，而该区域仅占构件截面中很小一部分，此外的部分母材均处于冷却（常温）状态，由此
14、对焊接区域产生巨大的刚性拘束，造成很大应力，甚至产生裂纹。若此时在焊缝区域的对称部位进行加热，温度略高于预热温度，且加热温度始终伴随着焊接全程，则上述应力状况会大为减小，构件变形亦会大大改观。 虽然采取一定措施可控制焊接应力，但是大多数厚板构件焊完后仍然存在相当大的应力，需在构件完工后在其焊缝背部或焊缝二侧进行烘烤以消除残余应力。 5 异形厚板焊接施工效果评价 随着钢结构的广泛应用，大跨度钢结构施工技术成为研究热点，相应的异型厚板焊接技术得到了推广，通过异形厚板焊接技术的实践应用，焊接合格率由 87.5%提升至 98.3%。为了进一步提升焊接质量，我们要对焊接过程进行更加严格的监控，严格按照规范与规程进行指导。 参考文献 1中华人民共和国国家标准钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001) 中国计划出版社北京, 2002 2中华人民共和国国家标准钢结构设计规范, GB50017 - 2003 ，中国计划出版社北京, 2003
