厚鋼板現(xiàn)場焊接技術(shù)

一、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?！　〗陙?，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。

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　　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，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。由于厚板現(xiàn)場焊接接頭普遍存在拘束應力大的特點，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)。現(xiàn)場焊接前，施工單位應對焊縫坡口兩側(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，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)定的焊前預熱及焊后熱處理要求。在條件許可的情況下，應優(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。

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，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。