成都海洋館焊接關鍵技術

浙江工業職業技術學院 （諸暨 312000）馮關明

浙江精工鋼結構有限公司（紹興 312030）孫 鋒 陳雅能

一、工程概述

1.工程概況

成都海洋館總用地為46萬m2，總建筑面積為138萬m2，主體高98m。海洋館建筑主體平面呈長方形，南北向長538.4m，東西向長423.92m，海洋館整體效果如圖1所示。

中央游藝區鋼結構殼體沿長度方向分為三個結構單元，單元長度分別為154.4m、143.3m、141.4m，共由18榀倒三角形鋼管主桁架組成，跨度155～194m，中間桁架最大間距為41.5m，兩邊分別為19.5m、21m，兩側最大懸挑分別為26m和39m。18榀主桁架支撐于混凝土底板，中間布置縱向鋼拉桿。主桁架之間采用倒三角形次桁架連接，間距約13m，次桁架之間再設置次梁，間距約3m。

屋蓋中部分段累積提升，第一次提升的提升架高度為22.8m左右，將巨拱中部91m分段提升至22.8m高，然后并與19.8m范圍內拱桁架對接；第二次提升將巨拱桁架中部約132.8m范圍內構件提升71.2m左右，微調至設計標高，并與落地端分段處對接。每次提升中主拱桁架分段分別拉設鋼拉索。提升前各區域內的次桁架、網殼、馬道等所有安裝的構件均全部安裝完畢后再進行提升。屋蓋提升立面分段示意如圖2所示。

圖1 海洋館整體效果

圖2 屋蓋提升立面分段示意

2.工程特點

（1）焊接施工特點 ①節點形式復雜，焊接質量要求高。②由于現場首先進行散件安裝，然后整體焊接，所以焊接位置較差，焊接質量控制難度大。③屋蓋整體提升后進行弦桿對接焊接，焊接量大，焊接位置差，焊接質量要求高。④焊接變形控制尤為重要，影響結構整體安裝質量。⑤高空焊接多。

（2）焊接施工難點 ①鋼結構焊接變形及殘余應力的控制難度大。②圓管均為全位置焊接，焊接技術水平要求高，焊接質量控制難度大。③工程所在地屬亞熱帶濕潤季風氣候區，雨水充沛、日照較少，焊接環境濕度比較高，導致焊縫金屬中氫的聚集，容易形成冷裂紋。

（3）焊接方法 綜合考慮工程現場焊接效率和操作難度，桁架、網殼地面拼裝焊接采用CO2氣體保護焊；高空桁架弦桿對接焊接、主桁架腹桿相貫口焊接采用CO2氣體保護焊；高空次桁架腹桿補桿、網殼補桿焊接采用焊條電弧焊。

二、關鍵焊接技術

1.焊接操作工藝

（1）焊接作業流程 焊接作業流程如圖3所示。

圖3

（2）焊接順序 ①以控制應力、應變為準則，詳細制定焊接順序，嚴禁將合攏坡口布置在桿件應力集中的地方。②應先從整個結構的中間構件上施焊，先形成體系后向左、右擴展焊接。③對于垂直構件的對接施焊，應由兩名焊工同時從兩側不同方向焊接，垂直構件焊接采用兩人對稱焊接，兩人先焊接A，B（C，D）焊縫高度的40%，再進行C，D(A，B)焊縫40%的焊接，之后再進行A，B(C，D)焊縫剩余60%的焊接，最后結束C，D（A，B）焊縫的焊接（見圖4）。在焊接過程中需要注意層間溫度，防止層間溫度過高。當焊縫過長時，采用分段跳焊法，但要保證兩焊工同步，減少變形。在焊接最后一層時需一次焊完，不得分段焊接。

圖4

（3）預熱及后熱處理 對于較厚的板件(厚度＞25mm)，在T形接頭、角接接頭和十字形接頭中應采取防止層狀撕裂的措施。措施包括：焊前預熱；焊后緩慢冷卻或后熱；仔細清除焊絲及坡口的油銹、毛刺及水分；焊條嚴格烘干等。預熱的加熱區域應在焊接坡口兩側，寬度應各為焊件施焊處厚度的15倍以上，且≥100mm；預熱溫度宜在焊件反面測量，測溫點應在離電弧經過前的焊接點各方向≥75mm處。

當用火焰加熱器預熱時正面測溫應在加熱停止后進行，預熱溫度確定方法如下：①根據焊接接頭的坡口形式和實際尺寸、板厚及構件拘束條件確定預熱溫度。焊接坡口角度及間隙增大時，相應提高預熱溫度。②根據熔敷金屬的擴散氫含量確定預熱溫度。擴散氫含量高時應適當提高預熱溫度。當其他條件不變時，使用超低氫型焊條打底預熱溫度可降低25～50℃。③根據焊接時熱輸人的大小確定預熱溫度。當其他條件不變時，熱輸入增大5kJ/cm，預熱溫度可降低25～50℃。④根據接頭熱傳導條件選擇預熱溫度。在其他條件不變時，T形接頭應比對接接頭的預熱溫度高25～50℃。

（4）進行焊后消氫處理 消氫處理的加熱溫度應為200～250℃,保溫時間應依據工件板厚，按每25mm 板厚≥0.5h且總保溫時間≥1h 確定。達到保溫時間后應緩慢冷卻至常溫。

2.焊接新技術

（1）鏈式對口器的應用 為保證桁架弦桿拼裝對接焊接的精度，在焊接前使用鏈式對口器將桁架弦桿進行位置調整，從而提高桁架拼裝質量，鏈式對口器組成如圖5所示。

圖5

鏈式對口器使用步驟如下：①準備好各組裝部件。包括：調整塊、校正器、限位塊、鏈片、M20高強螺栓、壓塊、螺旋千斤頂。②將需要對接的鋼管先初步就位，將鏈式鋼管對口器繞在對接位置，將調整塊2從調整塊1的條形孔中穿過，再安裝上壓塊。③在調整塊1和調整塊2之間放入螺旋千斤頂，使千斤頂頂住調整塊1和壓塊，張拉千斤頂，使鏈式對口器收緊，限位塊自然壓迫兩對接管管口，使得兩對接管管口形成同心圓，管口保持一致。④由于鋼管加工過程中存在偏差，鋼管對接口局部可能存在偏差較大，局部錯邊量超過標準，故采用校正器進行局部校正。具體校正的方法如下：把錯邊將達的部分用火焰進行加熱，再在校正器上放入螺旋千斤頂，用千斤頂頂住錯邊向內壓，這樣就可以把錯邊嚴重的部位修正。由于每個鏈片中間均預留校正器安裝螺栓孔，所以在鋼管對接口任意位置均可安裝校正器來校正此位置的錯邊。

鏈式鋼管對口器使用十分方便，將原來繁雜的對口修正工作化繁為簡，提高了工作效率，降低了工作難度。經過實際應用，該對口器可應用到φ300～φ1700mm、厚度在35mm以下的鋼管上，效果十分明顯。以φ1000mm、厚度25mm的鋼管對接為例，約1h內就能將對接口對接好，精度控制在規范要求范圍內。

鏈式對口器實際應用情況如圖6、圖7所示。

圖6 地面拼裝應用

圖7 高空對接應用

（2）自動切割技術的應用 為提高焊接構件坡口精度，提高工作效率，對于現場臨時制作的焊接構件，使用自動切割設備進行坡口切割（見圖8～圖10），設備采用日豪的火焰切割機CG1—30。

圖8

圖9

圖10

三、焊接設備、焊接材料應用情況

1.焊接設備

焊機及輔助機具管理按照以下要求：

（1）焊機 焊機選用松下的YD—500GM，焊機管理要求：①設備應符合相應的現行國家標準，安全防護裝置齊全。②電源必須有獨立而容量足夠的保護裝置，如自動斷路裝置等。保護裝置應能可靠地切斷設備最大額定電流，以保證安全。③設備的各接觸點和連接件必須連接牢固，在運行中不松動和脫落。④設備應有保護接地或保護接零線，保護接地或保護接零線中間不得有接頭。⑤應放置在干燥、通風良好的地方，并避免劇烈的振動和碰撞。焊機應保護良好的絕緣，經常清掃、保持干凈。

（2）輔助機具 ①焊鉗、焊槍應有良好的絕緣性能和隔熱性能。②焊鉗、焊槍與電纜連接處必須簡便牢固、接觸良好，且連接處不得外露，以防觸電。③焊接電纜應有良好和足夠的導電截面和絕緣層。④焊接電纜線應為多股細線組成的軟線，且應具有較好的抗機械性損傷能力及耐油、耐熱和耐腐蝕等性能。⑤焊機與配電盤連接的電源線長度不超過3m。嚴禁將電源線拖在工作現場地面上。⑥焊接電纜中間不應有接頭。如需短線連接，則接頭不宜超過兩個，接頭應用純銅導體制成，并且連接要牢靠，絕緣要良好。⑦嚴禁利用現場的金屬結構、管道、軌道、爬梯及其他金屬物搭接起來作為導線。⑧電纜不可置于電弧或熾熱焊件附近，以防燙壞絕緣層。橫穿現場通道或道路時要加遮蓋，以防輾壓磨損。⑨通過焊接電纜的電流不得超過電纜線的安全載流量。⑩電加熱器等預熱設備布設應由電工負責，不得有裸露的電阻絲或導線。

2.焊接材料

焊接材料選用原則：①選擇微合金化程度較高的焊材，特別是對Nb、Ni、Ti等的焊材，盡量使焊縫產生針狀鐵素體而提高焊縫的強韌性。②焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑；所有被采用的焊接材料的生產廠，均必須具有有效的質量保證體系，焊接材料生產廠名、焊接材料出廠質量證明書以及產品使用說明書等。③所選焊接材料，必須按設計要求、相關標準進行復檢，并進行嚴格的工藝評定，合格后方可用于本工程。焊接材料選用標準如附表所示。藥芯焊絲選用大西洋φ1.6mm的CHT711。

焊接材料選用標準

四、結語

在海洋館中央游藝區鋼結構工程中，業主、總包、監理對焊接給予了高度重視，對焊接專項方案作出明確的要求，焊接專項方案編寫完成后，又多次召開專家會議，對專項焊接方案進行了嚴格的審查。該工程質量均符合國家標準，焊縫一次合格率為96%＞95%，質量控制資料完整，有關安全和功能的檢測資料齊全，觀感質量經建設、勘察、設計、監理、施工單位及質量監督單位驗收，一致認為達到設計、規范要求，評定為合格。焊接質量得到保障，使得海洋館游藝區鋼結構屋蓋提升施工得以順利進行，最終圓滿完成海洋館鋼結構安裝任務。