冬奧會高山滑雪耐候鋼焊接工藝應(yīng)用

蔣 周 胡 毅 王曉科 張海礁 張明啟

(中冶(上海)鋼結(jié)構(gòu)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(qū)張山營鎮(zhèn)小海坨山地區(qū)，海拔最高2 000 m。賽區(qū)海拔高程1 045 m以上為嚴(yán)寒區(qū)域，以下為寒冷地區(qū)，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(jié)構(gòu)用鋼。主要分為6個子項：山頂出發(fā)區(qū)、造雪泵房PS2000/PS3000、中間平臺、集散廣場、競速結(jié)束區(qū)、索道A1A2中站。結(jié)構(gòu)形式：鋼框架結(jié)構(gòu)。鋼柱主要截面形式為箱型柱，山頂出發(fā)區(qū)部分十字柱，規(guī)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(jié)點

本工程鋼結(jié)構(gòu)所用材料有室外結(jié)構(gòu)均用Q355NHD碳素鋼，其施焊板厚規(guī)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(xiàn)場);

2)BOX箱型柱主體焊縫(工廠)，鋼柱之間的對接(現(xiàn)場)；

3)十字柱主體焊縫(工廠)，鋼柱對接鉸接形式(現(xiàn)場)；

4)其他焊縫形式。

3 材料選用及焊接方法

根據(jù)本工程中母材性能、結(jié)構(gòu)的接頭形式、焊接的施焊位置等技術(shù)要求及本公司的裝備條件，針對 Q355NHD材質(zhì)鋼板，采用半自動實心焊絲富氬+二氧化碳?xì)怏w保護焊(GMAW-Ar)，埋伏焊。具體焊接方法坡口形式及其相應(yīng)的焊接焊材選用見表1。

表1 焊接方式坡口形式及對應(yīng)焊材選用

4 焊接工藝

焊接工藝試驗依據(jù)GB 50661—2011鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范進行。

1)焊接工藝參數(shù)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(yīng)在焊縫始、終端安裝焊接引熄弧板。引熄弧板坡口應(yīng)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(cè)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(shù)

4)焊前預(yù)熱。

焊接前，對于板厚不小于20 mm的鋼板或工藝有預(yù)熱要求的節(jié)點部位應(yīng)嚴(yán)格按照要求進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度選擇以接頭部位最厚板厚為準(zhǔn)，板厚與最低預(yù)熱溫度見表3。

表3 預(yù)熱溫度

5)焊接層溫控制。

采取相應(yīng)的預(yù)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(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺陷時，應(yīng)清除后方可再焊。

在連續(xù)焊接過程中應(yīng)控制焊接區(qū)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(yīng)采取后熱保溫措施，再次焊接時，重新預(yù)熱且應(yīng)高于初始預(yù)熱溫度。

焊接完成后緩冷。

5 性能測試

1)焊接完成,經(jīng)焊縫外觀檢測以及無損探傷檢測合格,其力學(xué)性能測試見表4。

2)經(jīng)過切面宏觀金相觀測，未發(fā)現(xiàn)夾雜，宏觀裂紋等，如圖3～圖6所示。

表4 試驗性能測試

續(xù)表

6 結(jié)語

力學(xué)性能測試Q355NHD焊縫區(qū)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(biāo)準(zhǔn)下限值，滿足設(shè)計要求。采用冷酸侵蝕法對試樣焊縫區(qū)域進行宏觀金相檢驗，結(jié)果表明焊縫金屬和熱影響區(qū)無裂紋，夾雜，未熔合等缺陷，滿足設(shè)計要求。

冬奧高山滑雪項目鋼結(jié)構(gòu)工程耐候鋼第一次大批量用于冬奧建筑結(jié)構(gòu)，提供了高寒多雨結(jié)構(gòu)解決方案，相信將來會在更多復(fù)雜環(huán)境中普及應(yīng)用。