厚鋼板焊接質量控制研究

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【摘要】無錫會展中心一期采用魚腹式鋼屋架，施工過程中，厚鋼板的焊接質量非常關鍵。論文主要介紹了無錫會展中心114m大跨度鋼屋架厚鋼板焊接的質量控制措施。

【關鍵詞】超厚鋼板；焊接；工藝評定；質量控制

1鋼結構簡介

無錫會展中心一期鋼屋架總用鋼量約1.18×104t，25榀魚腹式屋面長288m、寬114m，凈跨度94.5m，兩端分別懸挑10.5m和9m。鋼屋架由于跨度大，鋼板厚度也較大，最厚的鋼屋架下弦鋼板達到140㎜厚，安裝效果如圖1所示。在工期緊、工程量大、施工難度高的情況下，如何保證厚鋼板的焊接質量是確保本工程工期、質量、安全的前提和基礎。

2厚鋼板焊接質量控制

本工程鋼屋架鋼材以Q345b、60~140mm的中厚板為主，鋼屋架下弦鋼板厚度最大達到140mm。為了保證超厚鋼板的焊接質量，施工前制定了詳細的超厚鋼板焊接方案，并且該焊接方案通過了焊接工藝評定并檢測合格。施工中，主要從以下幾個方面進行厚鋼板焊縫焊接質量的控制。2.1焊工選擇。焊接人員的技術素質直接決定了焊縫的焊接質量，為了保證關鍵節點的焊接質量，選擇參與重要節點焊接施工的焊工時，對有資格的焊工中進行考試選拔，考試合格人員方可參與重要節點的焊接任務，其他普通焊工只能在普通部位施焊，從焊接人員方面抓好焊接質量的人員保障工作。2.2焊接材料選擇。本工程焊接材料結合鋼結構設計說明建議，根據焊接工藝評定結果，合理選擇配套焊材、焊劑；結合以往工程經驗，本工程屋架鋼鋼材種類、施焊方法及焊接材料如表1所示。2.3焊縫坡口形式的設計。對于鋼板的對接焊縫，盡量采用X形坡口，這樣可以大大減小焊接填充量，減小焊接殘余應力和焊接變形。坡口形式如對于T形角焊縫，應盡量采用相對填充量較小的坡口角焊縫代替雙側角焊縫，坡口形式如圖3所示。對于單邊T形焊縫，應在Z向應力的一側開坡口。圖3坡口形式2.4焊接工藝評定———參數確定。對本工程鋼屋架采用的鋼材種類、焊條焊劑、鋼構件接頭連接形式、焊縫坡口加工形式及焊接的具體施工工藝，在鋼屋架正式施工前，應首先進行焊接工藝評定，焊接工藝評定結果應符合規范及鋼結構設計要求。焊接工藝作業指導書應根據本工程采用的不同鋼材的種類、節點形式、板厚、接頭形式等選用相配的焊接材料、焊接方法（手工電弧焊、自動和半自動埋弧焊、氣體保護焊、電渣焊等）、焊絲直徑、焊接順序、焊接參數（電流、電弧電壓、焊接速度）。焊接前的預熱、焊接層間溫度、焊后保溫緩冷等措施應根據材質、焊件厚度、焊接工藝、施焊時氣溫等綜合因素確定。應特別重視厚壁焊件及線能量敏感的鋼材的焊接方式。焊接工作必須在焊接工程師的指導下進行，根據焊接工藝評定結果，編制詳細焊接工藝作業指導書。焊工焊接要嚴格按照焊接工藝作業指導書進行焊接施工。對各種厚度的鋼板在正式施工前進行焊接工藝評定試驗，焊接工藝評定經歷連續20h的操作結束，采取全程監督，確定了極為重要的過程數據（焊接參數、預熱溫度、持續時間等），在正式施工中便于焊工焊接操作和監督檢查人員檢查超厚板材的焊接工藝執行情況（見圖4）。2.5焊接位置順序確定。針對超厚鋼板焊接位置順序，為減少超厚板焊接過程中的殘余應力和變形，本工程采用跳躍式接頭焊接。通過實踐證明這種焊接順序是非常合理的，同時，這些高難部位的焊接安排焊接技術較好、經驗較豐富的焊工進行施焊。主焊縫焊接按照同向、同步、同規范、2臺焊機同時對稱施焊的原則一次性完成焊接，以防止焊接構件焊接扭曲變形。較厚板的主焊縫焊接時，為了控制彎曲變形，當焊縫高度為板厚的2/3時，應翻身焊對面的兩條主焊縫，焊完后再翻身焊未焊完的2條主焊縫。2.6母材預熱。根據建筑鋼結構焊接規范和焊接工藝評定，母材板厚超過35mm時，在焊接前要對母材進行焊前預熱，焊前預熱溫度約為60℃。焊前預熱區域為焊接坡口兩側，預熱寬度為焊件施焊處母材厚度的1.5倍以上且不小于100mm,在焊件反面測量預熱溫度，測溫點距離電弧經過前的焊接點不小于75mm，一般采用氧氣乙炔中性火焰預熱。2.7焊縫的層溫控制。每個焊接接頭應一次性焊接完成，層溫即焊縫的層間溫度，一般應控制在85~110℃，焊接過程中焊工要及時用測溫筆檢查層間溫度，焊接工長在施工過程中要用測溫儀抽查，施工前要注意收集天氣資料,當天氣惡劣時應停止施焊（見圖5）；如已開始，必須搶在惡劣天氣到來前，焊完板厚的1/3以上才能停止焊接，并要及時做好已完焊縫的后熱處理工作，及時記錄層間溫度。2.8做好寒冷天氣下焊縫的后熱與保溫工作。為了避免焊縫延遲裂紋的產生，必須保證焊縫中的氫元素有足夠的時間擴散，因此，在寒冷天氣下，焊縫焊接完成后必須進行后熱和保溫處理，一般后熱處理溫度控制在200~250℃，測溫點選在加熱點的相對位置，禁止在加熱點直接進行溫度測試；達到后熱溫度之后，將焊縫用多層石棉布緊緊包裹保溫。保溫時間主要考慮接頭區域、焊縫表面和環境溫度，保溫時間盡量延長。2.9焊縫探傷時間的確定。對于板材超厚和應力過于集中的情況，原來24h后的探傷工作經研究后決定延長至36h后進行，使殘余應力和氫元素能夠充分擴散，使探傷檢測更為準確，可以避免后續應力導致的缺陷問題存在。

3結語

無錫會展中心一期魚腹式鋼屋架厚鋼板焊接施工，通過以上各項措施的實施和控制，使焊縫質量得到了有效控制，內部焊縫UT探傷一次焊接合格率達到98.2%，返修后合格率100%，第三方（業主代表方）探傷合格率100%，鋼結構焊接質量的有效控制保證了鋼屋架的成功安裝（見圖6）、工程工期和工程創優；無錫會展中心一期鋼結構制作、安裝工程獲得了2010年度上海市建設工程金屬結構“金剛獎”、中國鋼結構“金獎”（國家優質工程），整體工程獲得了江蘇省“揚子杯”獎，取得了較好的經濟效益和社會效益。

作者:佘遠健 單位:江蘇南通六建建設集團有限公司