厚鋼板現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)

一、厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接的概況

目前國(guó)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(guó)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(wàn)t，預(yù)計(jì)2010年達(dá)到2600萬(wàn)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(jì)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(guó)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(dá)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(tái)址工程最大鋼板厚度達(dá)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(chǎng)垂直運(yùn)輸設(shè)備的起重能力以及運(yùn)輸條件的限制，大量鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件如重型鋼柱、超長(zhǎng)鋼梁、大型桁架等都需要分段分節(jié)后以散件的形式運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，然后在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行組裝，在分段對(duì)按的位置就產(chǎn)生了大量的厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接。

相對(duì)于工廠焊接，厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接具有以下特點(diǎn)：

(1)現(xiàn)場(chǎng)焊接的作業(yè)環(huán)境相對(duì)較差。由于現(xiàn)場(chǎng)焊接屬于室外作業(yè)，而且一般工程施工的時(shí)間跨度較大，現(xiàn)場(chǎng)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(fēng)、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(fēng)力大、溫度低。

(2)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，可以利用行車及焊接作業(yè)平臺(tái)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)及換位。

(3)現(xiàn)場(chǎng)厚板焊接填充量較大。如一條1000mm長(zhǎng)的焊縫，板厚100mm，采用CO2氣體保護(hù)焊，需要連續(xù)焊接6h?！　〗陙?lái)，現(xiàn)場(chǎng)厚板焊接普遍采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊兼有氣保焊和手工焊兩方面的優(yōu)點(diǎn)，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(wèn)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(dá)75％～85％，而且適用于全位置焊。厚板現(xiàn)場(chǎng)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(guò)大。

二、現(xiàn)場(chǎng)厚板焊接典型工藝流程及常用焊接工藝

1.現(xiàn)場(chǎng)厚板焊接典型工藝流程

為摔制厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接的質(zhì)量，要求按照?qǐng)D2所示的典型工藝流程進(jìn)行施工。

2.鋼梁厚板現(xiàn)場(chǎng)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(guò)運(yùn)輸長(zhǎng)度限制的鋼梁需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接。鋼梁厚板焊接時(shí)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?？紤]到仰焊作業(yè)難度較大，而且厚板焊接的焊縫填充大，如無(wú)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(duì)接焊縫。

3．鋼柱厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接常用工藝　　鋼柱對(duì)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(guò)程中要留意采取對(duì)稱焊接的方式施工。對(duì)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(shí)先焊接腹板，再焊接翼緣。

三、現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量保證措施

1．焊工培訓(xùn)　　厚板現(xiàn)場(chǎng)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(gè)工程的原材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jìn)行針對(duì)性的焊接培訓(xùn)，以熟悉現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。由于厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接接頭普遍存在拘束應(yīng)力大的特點(diǎn)，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(duì)鋼材質(zhì)量等級(jí)A、B、C、D有要求外，還對(duì)材料的Z向性能提出要求(抗層狀撕裂等級(jí)——材料斷面收縮率Z15、Z25和Z35)?，F(xiàn)場(chǎng)焊接前，施工單位應(yīng)對(duì)焊縫坡口兩側(cè)100mm的范圍進(jìn)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(chǎng)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(chǎng)焊接操縱平臺(tái)及防護(hù)棚的搭發(fā)要求較高。要求在現(xiàn)場(chǎng)焊接部位采用特制型鋼架或腳手架鋼管進(jìn)行搭設(shè)，平臺(tái)底部滿展跳板，跳板上面覆蓋防火石棉網(wǎng)，焊接操縱平臺(tái)周邊設(shè)踢腳板，防止小件物體墜落。在焊接平臺(tái)周邊及頂部，用防火材料搭設(shè)防護(hù)棚，要求防護(hù)棚頂部不透風(fēng)、周邊不漏水，還能承受一定的外部荷載。

4．嚴(yán)格執(zhí)行焊前、焊后的熱處理工藝　　對(duì)于Q345級(jí)別及以上的鋼材，在板厚超過(guò)30mm的情況下，要求嚴(yán)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(jìn)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(jìn)量大，焊接收縮量也較大。對(duì)于獨(dú)立的構(gòu)件如單獨(dú)的鋼柱，宜區(qū)采用雙人對(duì)稱焊接的方式進(jìn)行，防止鋼柱焊后垂直度超出規(guī)范要求。對(duì)于復(fù)雜的桁架現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(jìn)行焊接：上弦對(duì)按節(jié)點(diǎn)1→節(jié)點(diǎn)2→節(jié)點(diǎn)3→節(jié)點(diǎn)4，其次進(jìn)進(jìn)下弦：對(duì)接節(jié)點(diǎn)1→節(jié)點(diǎn)2→節(jié)點(diǎn)3→節(jié)點(diǎn)4，腹桿從中部向兩端施焊，且腹桿上下兩端不同時(shí)焊接。

6．加強(qiáng)焊接過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)

焊接變形固然會(huì)影響構(gòu)件的安裝質(zhì)量，但也是可以利用的。在現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)前，焊工應(yīng)提前了解構(gòu)件的安裝誤差，適當(dāng)?shù)乩煤附幼冃蜗糠职惭b誤差。對(duì)于比較重要的構(gòu)件，為避免焊接完成后變形過(guò)大，在焊接作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)變形超標(biāo)，應(yīng)及時(shí)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(yǔ)

建筑鋼結(jié)構(gòu)厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要，在施工過(guò)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(píng)定試驗(yàn)，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境進(jìn)行焊工培訓(xùn)，加強(qiáng)焊接操縱過(guò)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(guò)評(píng)定合格的焊接工藝施工，厚板現(xiàn)場(chǎng)焊接的質(zhì)量一定是可以得到保證的。