冬奧會高山滑雪耐候鋼焊接工藝應用

蔣 周 胡 毅 王曉科 張海礁 張明啟

(中冶(上海)鋼結構科技有限公司，上海 200941)

1 工程概況

國家高山滑雪中心項目位于延慶區張山營鎮小海坨山地區，海拔最高2 000 m。賽區海拔高程1 045 m以上為嚴寒區域，以下為寒冷地區，局部降水豐富，夏季有“海坨飛雨”冬季有“海坨戴雪”奇觀。氣候四季分明，夏季多雨，冬季高寒，室外均采用Q355NHD耐候鋼作為主要結構用鋼。主要分為6個子項：山頂出發區、造雪泵房PS2000/PS3000、中間平臺、集散廣場、競速結束區、索道A1A2中站。結構形式：鋼框架結構。鋼柱主要截面形式為箱型柱，山頂出發區部分十字柱，規格BOX500～BOX800截面厚度為PL20～PL50不等，鋼梁主要為焊制500～800截面寬度BH，板厚PL20～PL60不等。高山滑雪鳥瞰圖見圖1。

2 高山滑雪焊縫等級以及典型節點

本工程鋼結構所用材料有室外結構均用Q355NHD碳素鋼，其施焊板厚規格為10 mm～80 mm。其中板厚t≤30 mm的，焊接難度等級為A(易)；板厚30 mm

1)BH主體焊縫(工廠)，對接焊縫(現場);

2)BOX箱型柱主體焊縫(工廠)，鋼柱之間的對接(現場)；

3)十字柱主體焊縫(工廠)，鋼柱對接鉸接形式(現場)；

4)其他焊縫形式。

3 材料選用及焊接方法

根據本工程中母材性能、結構的接頭形式、焊接的施焊位置等技術要求及本公司的裝備條件，針對 Q355NHD材質鋼板，采用半自動實心焊絲富氬+二氧化碳氣體保護焊(GMAW-Ar)，埋伏焊。具體焊接方法坡口形式及其相應的焊接焊材選用見表1。

表1 焊接方式坡口形式及對應焊材選用

4 焊接工藝

焊接工藝試驗依據GB 50661—2011鋼結構焊接規范進行。

1)焊接工藝參數見表2。

2)焊接順序。

箱型鋼柱分段對稱施焊，兩人在對稱位置同時施焊。十字柱腹板和翼緣板不同時焊接，翼緣板焊接時，兩人對稱同時焊接，如圖2所示。

3)焊接過程控制。

對接、T型對接、角接焊縫，應在焊縫始、終端安裝焊接引熄弧板。引熄弧板坡口應與主焊縫坡口吻合，也可用碳弧氣刨刨出坡口。

焊前清理待焊金屬表面無油污銹跡，坡口及兩側打磨，道間清理，層間清除熔渣，飛濺，毛刺，背部清根。

表2 焊接工藝參數

4)焊前預熱。

焊接前，對于板厚不小于20 mm的鋼板或工藝有預熱要求的節點部位應嚴格按照要求進行預熱，預熱溫度選擇以接頭部位最厚板厚為準，板厚與最低預熱溫度見表3。

表3 預熱溫度

5)焊接層溫控制。

采取相應的預熱溫度及層間溫度控制措施，實施多層多道焊，每焊完一道焊縫后及時清理焊渣及表面飛濺物，發現影響焊接質量的缺陷時，應清除后方可再焊。

在連續焊接過程中應控制焊接區母材溫度，使層間溫度的上、下限符合工藝條件要求。

遇有中斷施焊的特殊情況，應采取后熱保溫措施，再次焊接時，重新預熱且應高于初始預熱溫度。

焊接完成后緩冷。

5 性能測試

1)焊接完成,經焊縫外觀檢測以及無損探傷檢測合格,其力學性能測試見表4。

2)經過切面宏觀金相觀測，未發現夾雜，宏觀裂紋等，如圖3～圖6所示。

表4 試驗性能測試

續表

6 結語

力學性能測試Q355NHD焊縫區域抗拉強度為555 MPa～575 MPa之間，沖擊性能為69～255之間，彎曲試驗均合格，均高于母材標準下限值，滿足設計要求。采用冷酸侵蝕法對試樣焊縫區域進行宏觀金相檢驗，結果表明焊縫金屬和熱影響區無裂紋，夾雜，未熔合等缺陷，滿足設計要求。

冬奧高山滑雪項目鋼結構工程耐候鋼第一次大批量用于冬奧建筑結構，提供了高寒多雨結構解決方案，相信將來會在更多復雜環境中普及應用。