鋼結構安裝焊接施工技術

摘 要：某工程塔樓為全鋼結構，焊接工作量大，且大部分為全熔透焊縫，質量要求高，構件板厚最大達到85mm，焊接難度大。工程開始前進行了工藝評定。

關鍵詞：鋼結構；焊接；全熔透焊；工藝評定

1 工程概況

某工程位于湖南長沙，為全鋼結構，地上35層，鋼柱錨入地下一層，高150m.南北立面為雙曲面，外圍鋼柱以每4層為一折線點。核心筒共31根鋼柱，外圍鋼框架柱共23根。鋼柱主要為箱形柱，鋼梁為軋制、焊接H形梁。鋼結構總重量約14000t。

1.1 鋼材

本工程鋼柱使用的鋼材為高層建筑結構用鋼板Q345GJC，大于40mm厚鋼板為Q345GJC-Z15，產地為舞陽鋼鐵廠，主梁使用鋼材為Q345C，鋼支撐采用Q235C，產地為武漢鋼鐵廠。

1.2 構件

鋼柱長12m，構件單件最重19.8t，鋼柱板厚28、34、40、55、70、85mm，典型截面600×600×70，鋼梁翼緣板厚16、24、28、40mm，典型截面700×240×14×28。由于鋼板厚度大，因此焊接難度大，焊接質量要求高。

1.3 節點形式與焊縫檢測

按照設計，現場安裝柱與柱之間的對接為全熔透焊，鋼梁與鋼柱牛腿上、下翼緣為全熔透焊，鋼梁腹板大部分為高強螺栓連接，雙剪連接板與鋼柱為角焊縫。

由于鋼板厚度大，焊縫又多數是全熔透焊縫，所以對本工程的全熔透焊縫實施B級超聲波檢測，100%超聲波探傷。現場探傷工作中，由現場焊接員填寫檢測委托單，檢測單位按照填寫的檢測部位進行探傷。如發現焊接缺陷，檢測單位填寫質量返修單，通知焊接負責人，進行返修重焊后，再進行超聲波探傷。本工程委托單位為冶金院檢測所，采用的儀器為CTS-2000，選用斜探頭進行超聲波探傷。探傷報告必須明確探傷部位、缺陷的位置和大小、評定級別，并判定合格或不合格；返修部位嚴格按照焊接工藝評定的參數進行焊接，返修不得超過二次。

2 典型焊接節點概況

2.1 鋼柱對接焊縫。

3 焊接準備

3.1 焊接吊籃與平臺

3.2 焊接設備和焊接材料

4 焊接施工勞動力安排

高層鋼結構焊接工程專業性很強，勞動強度大，專業管理人員和焊工都要求有較好的技術素質。本工程現場焊工均持有鋼結構焊接CO2氣體保護焊合格證，在正式施工前，在業主、監理等各單位的監督下進行了現場附加考試。

5 焊接施工順序和工藝

5.1 焊接順序

5.1.1 根據本工程平面和立面形狀，結構形式等，塔樓分東西兩區組織施工。當鋼結構安裝完成三個及以上單元的校正和高強螺栓的終擰后，從平面中心選擇四面都有焊接梁的柱子作為基準柱，并以此作為垂偏測量基準，并首先安排其四側都有抗彎焊接的梁、然后向四周擴展施焊。隨安裝滯后跟進。采取結構對稱、節點對稱和全方位對稱焊接的原則。

5.1.2 栓-焊混合節點中，設計要求梁的腹板上的高強度螺栓先初擰70%后→焊接梁的下、上翼緣板→終擰梁腹板上的高強度螺栓至100%施工扭矩值。

5.1.3 豎向上的焊接順序：

（1）地下一柱一層梁的焊接順序：

上層框架梁→柱腳板部位的焊接→支撐→焊接檢驗。

（2）地上及以上一柱二層梁的焊接順序：

上層框架梁→壓型金屬板支托→下層框架梁→壓型金屬板支托→上柱與下柱焊接→焊接檢驗（也可先焊柱—柱節點→上層框架梁→下層框架梁→焊接檢驗）。

（3）地上及以上一柱三層的焊接順序：

上層框架梁→壓型金屬板支托→下層框架梁→壓型金屬板支托→中層框架梁→壓型金屬板支托→上柱與下柱焊接→焊接檢驗，（但也可先焊柱—柱節點→上層框架梁→下層框架梁→中層框架梁→焊接檢驗）。

5.1.4 柱—梁節點上對稱的兩根梁應同時施焊，而一根梁的兩端不得同時施焊作業。

5.1.5 柱—柱節點焊接時，箱形柱的對稱兩面應由兩名焊工相對依次逆時針焊接。

5.1.6 梁的焊接應先焊下翼緣，后焊上翼緣，以減少角變形。

5.2 安裝焊接工藝

5.2.1 安裝焊接前的準備工作

本工程使用的高層建筑結構用鋼板在國內應用并不多，針對其中數量較多且具有代表性的接頭形式進行了相應焊接方法的工藝評定試驗。試驗鋼材包括Q345GJC-Z15（壁厚70mm）、Q345GJC-Z15（壁厚40mm）、Q345C（翼緣厚28mm），焊接位置為柱—柱橫焊、柱—梁平焊（包括桁架梁上下翼緣平焊）、T型角立焊。坡口形式及尺寸按設計要求。焊后外觀及超聲波檢查合格后取樣進行了力學和物理試驗。試驗結果接頭的抗拉強度達到母材抗拉強度標準值，接頭彎曲180°無裂紋。采用的焊接材料和焊接設備技術條件應符合國家標準，性能優良。清渣、氣刨、焊條烘干保溫等裝置應齊全有效。

5.2.2 手工電弧焊及CO2氣保焊焊材和設備

（1）焊條應在高溫烘干箱中150℃烘干2小時，且焊條烘干次數不得超過兩次。

（2）焊絲包裝應完好，如有破損而導致焊絲污染或彎折、紊亂時應部分棄之。

（3）CO2氣體純度應不低于99.9%（體積比），含水量應低于0.05%（重量比），瓶內高壓低于1MPa時應停止使用。

（4）焊機電壓應正常，地線壓緊牢固，接觸可靠，電纜及焊鉗無破損，送絲機應能均勻送絲，氣管應無漏氣或堵塞。

5.3 安裝焊接程序及一般規定

焊接的一般順序為：焊前（裝配）檢查→裝焊墊板和引弧板→除銹預熱→焊接→檢驗（返修，不得超過二次），

5.3.1 焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯邊量（小于規范要求），坡口內和兩側的銹斑、油污、氧化鐵皮等應清除干凈。

5.3.2 裝焊墊板及引弧板，其表面清潔程度要求與坡口表面相同，墊板與母材應貼緊，引弧板與母材焊接應牢固。

5.3.3 預熱。焊前用氣焊或特制烤槍對坡口及其兩側各100mm范圍內的母材均勻加熱，并用表面測溫計測量溫度，防止溫度不符合要求或表面局部氧化，預熱溫度。

5.3.4 重新檢查預熱溫度，如溫度不夠應重新加熱，使之符合要求。

5.3.5 焊接：第一層的焊道應封住坡口內母材與墊板的連接處，然后逐道逐層累焊至填滿坡口，每道焊縫焊完后，都必須清除焊渣及飛濺物，出現焊接缺陷應及時磨去并修補。

5.3.6 一個接口必須連續焊完，如不得已而中途停焊時，應進行保溫緩冷處理，再焊前，應重新按規定加熱。

5.3.7 遇雨、雪天時應停焊，構件焊口周圍及上方應有擋風、雨棚，風速大于5m/s時應停焊。環境溫度低于零度時，應按規定采取預熱和后熱措施施工。

5.3.8 碳素結構鋼應在焊縫冷卻到環境溫度、低合金結構鋼應在完成24h以后，進行焊縫探傷檢驗。

5.3.9 焊工和檢驗人員要認真填寫作業記錄表。

5.4 典形節點的焊接順序和工藝參數

（1）上下柱無耳板側由兩名焊工在兩側對稱焊至板厚的1/3處時，切去耳板。

（2）然后在切去耳板側由兩名焊工在兩側對稱焊至板厚的1/3處。

（3）再由兩名焊工分別承擔相鄰兩面的焊接。

（4）每兩層之間焊道的接頭應相互錯開，兩名焊工焊接的焊道接頭也要注意每層錯開，焊接過程中要注意檢測層間溫度。

（5）焊接工藝參數

CO2氣保焊：焊絲直徑Φ1.2mm，電流280～320A，焊速350～450mm/min

焊絲伸出長度：約20mm，氣體流量25～80L/min，

電壓29～34V，層間溫度120～150℃

5.3.10 柱—梁、梁—梁節點

（1）先焊梁的下翼緣，梁腹板兩側的翼緣焊道要保持對稱焊接。

（2）待下翼緣焊完，然后焊接上翼緣。

（3）如翼緣板厚大于30mm時，宜上下翼緣輪換施焊。

（4）焊接工藝參數

CO2氣保焊：焊絲直徑φ1.2mm，電流280～360A，焊速300～500mm/min

焊絲伸出長度約20mm，氣體流量20～80L/mm

電壓30～38V，層間溫度120～150℃

6 總結

高層建筑鋼結構安裝焊接質量控制是一項綜合技術，焊接質量受材料性能、工藝方法、設備、工藝參數、氣候和焊工技術及情緒的影響。施工前根據工藝評定編制操作指導書，便于每個焊接人員明確操作要領、材料的使用和質量要求。施工過程中焊工做好焊前和焊接的記錄，焊接工程師檢查時逐條焊縫檢查驗收，做好記錄。

參考文獻：

[1]鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205-2001.

[2]建筑鋼結構工程焊接技術及實例，戴為志高良，化學工業.